張 林，張寅璞

(1.上海藍鳥環(huán)境科技發(fā)展有限公司，上海 200333；2.上海申嘉三和環(huán)?？萍奸_發(fā)有限公司，上海 201400)

危險廢物焚燒處置的理論和實踐

張 林1，張寅璞2

(1.上海藍鳥環(huán)境科技發(fā)展有限公司，上海 200333；2.上海申嘉三和環(huán)保科技開發(fā)有限公司，上海 201400)

危險廢物的焚燒處置是按化學當量與氧發(fā)生燃燒反應。組合式焚燒爐（回轉窯、二燃室和爐排爐）能夠將各種危險廢物進行焚燒處置。危險廢物先在回轉窯內經(jīng)過缺氧、熱解干餾，生成的可燃氣體和廢渣分別在二燃室內和爐排上進行高溫燃燒和持續(xù)燃燒，使焚燒殘渣的熱灼減率、燃燒效率和有機物的焚毀去除率等技術性能指標達到國家標準的要求。高溫燃燒可以將煙氣中的有毒有害物質分解，持續(xù)燃燒可使廢渣燃盡燒透。在對危險廢物進行元素成分分析的基礎上，進行焚燒工藝設計、技術參數(shù)計算，并舉例說明。

危險廢物;組合式焚燒爐;工藝設計;技術參數(shù)

在危險廢物的處置技術中，焚燒技術是實現(xiàn)減量化、無害化的最快捷、亦是最有效的技術。焚燒處置不僅可以有效地破壞危險廢物中的有毒、有害、有機廢物，還能將焚燒產(chǎn)生的余熱回收，尤其適于處置含氯、氟、磷及汞等毒性較大的危險廢物，以及那些不宜回收利用、具有一定熱值的危險廢物。

1 機理分析

危險廢物的來源復雜、種類繁多、形狀各異，不同地區(qū)、不同行業(yè)產(chǎn)生的危險廢物成分相差很大。但從燃燒的角度分析，各種成分都是按化學當量比反應的。其完全燃燒反應的方程式，可用下式表示：

當危險廢物中有氟、磷存在，則可能會有氟化氫、五氧化二磷生成。

與液態(tài)和氣態(tài)危險廢物相比，固體危險廢物的焚燒過程相對復雜一些。一般來說，常溫下的固體危險廢物混合物，被加熱后先要將危險廢物中的溶劑和水蒸發(fā)、氣化出來，這部分低燃點的溶劑與少量的空氣接觸后會首先燃燒；繼續(xù)受熱后，廢物中的大部分有機物會被熱解、干餾，生成各種烴類、固定碳及不完全燃燒物；這些可燃氣體，在有充足氧的條件下，進行高溫焚燒，產(chǎn)生高溫煙氣。廢渣繼續(xù)燃燒，以殘渣固體的形式排出。圖1為危險廢物焚燒處置機理分析方框圖。

圖1 危險廢物焚燒機理分析

高溫焚燒可以將煙氣中的有毒有害物質（如聚合苯環(huán)類、多環(huán)碳氫化合物等）裂解；廢渣的充分燃燒可使其中的可燃物燃盡燒透。

焚燒過程中產(chǎn)生的高溫煙氣主要成分是二氧化碳、水蒸氣和氮氣，還有少量的二氧化硫、氯化氫，廢渣主要是各種金屬的氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽和硅酸鹽等[1]。

2 工藝設計

根據(jù)《危險廢物焚燒污染控制標準》（GB18484-2001）的要求，僅使用回轉窯不能滿足焚燒殘渣的熱灼減率、燃燒效率和有機物的焚毀去除率等焚燒爐技術性能指標的要求。

由回轉窯、二次燃燒室及爐排爐組合而成的組合式焚燒爐，在保留了回轉窯的適應能力強、運行穩(wěn)定可靠的基礎上，通過應用二燃室對煙氣進行高溫焚燒、爐排爐對廢渣進行持續(xù)焚燒，使危險廢物的燃燒效率、有機物的焚毀去除率和焚燒殘渣的熱灼減率可滿足國標的要求，減少了二英和一氧化碳的排放，達到無害化處置的目的。

組合式焚燒爐的工藝流程是：危險廢物先從回轉窯的頭部連續(xù)進入窯頭開始加熱，在缺氧的狀態(tài)下氣化；隨著窯體的轉動，危險廢物被移動到溫度較高的中部，開始熱解，低燃點的物質開始燃燒；接著移動到窯尾，溫度進一步升高，危險廢物裂解為一氧化碳等可燃氣體和廢渣。在回轉窯內，通過對廢料進行反復翻轉與持續(xù)推進[2]以及低燃點氣體的燃燒，使危險廢物基本完全分解為可燃氣體和廢渣。在二燃室內，可燃氣體與過量空氣完全燃燒，迅速升高溫度，使聚合苯環(huán)類有機物高溫分解為二氧化碳等無機物；在爐排上，廢渣與加入的爐排風，進行持續(xù)燃燒，使廢渣燃盡。圖2為組合式焚燒爐的工藝流程圖。

圖2 組合式焚燒爐工藝流程

回轉窯的旋轉和少量空氣的加入，可以使有機物分解，并控制溫度，避免窯內“結焦”；二燃室過量空氣的加入，可以提高危險廢物的燃燒效率、有機物的焚毀去除率，滿足國標的要求；爐排風的加入可以使焚燒廢渣燃盡。冷卻風是用于窯尾密封的冷卻。為防止有毒有害氣體的逸出，焚燒爐內應保持微負壓狀態(tài)運行。

3 主要技術參數(shù)

3.1 熱力計算

物料平衡與熱平衡的計算是以危險廢物中的碳、氫、硫等可燃元素和空氣中氧的化學反應方程式為依據(jù)的，并假定焚燒所需空氣為干空氣、所需空氣和生成的煙氣均為理想氣體，空氣量以1kg的危險廢物為計算基礎。

理論空氣量的計算公式為：

當過量空氣系數(shù)α＞1且完全燃燒時，實際煙氣的成分只比理論煙氣（α=1）多出一項：過?？諝狻?/p>

實際煙氣焓為理論煙氣焓、過量空氣焓和飛灰焓之和，理論煙氣焓為CO2、SO2、N2和H2O的焓之和，各成分的理論焓為各成分在θ溫度下的容積比焓與各成分的煙氣量之積。

3.2 選型計算

危險廢物在回轉窯內的停留時間計算公式[2]為：

式中：t —廢料的停留時間，一般為30～120min；

24和324—分別為經(jīng)驗系數(shù)；

θ — 廢料的自然傾角，一般在25～50度之間；

n — 窯的轉速，一般取1～3r/min；

α — 窯體的水平傾角，一般取1.0～3.0度；

L/Di— 回轉窯的長徑比，一般取3.0～5.0。

回轉窯和二燃室有效容積V容的計算公式[2]為：

式中：B — 危險廢物的處置量，kg/h；

Qfn— 危險廢物的低位發(fā)熱量，kcal/ kg；

q容— 燃燒室的容積熱負荷，kcal/m3?h。

4 應用實例

以長三角地區(qū)某危險廢物集中處置中心為例，對焚燒系統(tǒng)的相關參數(shù)和設備造型進行計算[3、4]。假設危險廢物混合物的熱值為3000kcal/kg，處置能力為24t/d，在過量空氣系數(shù)α為1.80的條件下，二燃室排煙中的氧氣含量約為9.3%（干氣）。

危險廢物混合物的元素成分詳見表1所示；表2為二燃室出口的煙氣濃度分析；表3為組合式焚燒爐的熱力參數(shù)。

表1 危險廢物混合物元素分析表

表2 煙氣濃度分析

（2）二燃室

若二燃室的容積熱負荷為1×105kcal/m3?h，高徑比為4，則二燃室的有效容積約為30m3，二燃室的有效內徑約為2.2m，高約為8.5m，煙氣的流速和停留時間分別約為2.5m/s、3.4s。

（3）爐排

設爐排的長和寬度分別為1.8m和1.4m，推桿行程為100mm，往復周期為10min，則傾斜式往復爐排的有效面積約為2.5m2，廢渣的移動速度和停留時間分別10mm/min、3.0h。

5 結語

在運行控制過程中，應注意控制回轉窯內的溫度低于1000℃，以免窯內結焦。因為有些危險廢物的灰熔點在1100℃左右，當窯內溫度超過1000℃，會發(fā)生熔融現(xiàn)象。

在正常生產(chǎn)工況下，如危險廢物混合物的熱值能穩(wěn)定在3000kcal/kg左右，則不用輔助燃料；若熱值低于2200kcal/kg，則需啟動燃燒器。窯頭燃燒器的主要作用是烘爐與啟動，窯尾燃燒器的主要作用是提高二燃室的溫度。

根據(jù)現(xiàn)有項目的檢測結果，焚燒殘渣的熱灼減率＜3%，燃燒效率＞99.95%，焚毀去除率＞99.99%，煙氣中一氧化碳、二英類的排放濃度分別＜60mg/m3、＜0.1TEQng/m3。

表3 組合式焚燒爐的熱力參數(shù)

焚燒系統(tǒng)主要設備是以回轉窯、二燃室和爐排為主的組合型焚燒爐，此外，還有緊急排放煙囪和各種風機等配套設備，下面就分別以這三種主要設備為例進行選型計算。

（1）回轉窯

若回轉窯的容積熱負荷為1×105kcal/m3?h，轉速為0.4r/min[5]，物料的自然堆角為40度[6]，窯體的傾斜角為2度，長徑比為4[5]，則回轉窯的有效容積約為30m3，廢料的停留時間約為57min，長約為8.5m，廢料的移動速度約為0.15m/min，回轉窯的有效內徑約為2.2m，煙氣的流速和停留時間分別約為0.5m/s、18.8s。

[1]趙由才,宋立杰,張華.固體廢物污染控制與資源化（實用環(huán)境工程手冊）[K].北京：化學工業(yè)出版社,2002,5.

[2]朱德宗,孔繁臣,黃卓武.化工回轉窯設計規(guī)定[S].化工部,1994,11.

[3]陳學俊,陳聽寬.鍋爐原理（上冊）[M].北京：機械工業(yè)出版社，1991.

[4]馮德凱,沈幼庭,楊瑞昌.鍋爐原理及計算[M].北京：科學出版社，2003，7.

[5]陳敬軍.危險廢物回轉窯焚燒爐的工藝設計[J].有色冶金設計與研究,2007,3.

[6]《回轉窯》編寫組.回轉窯（設計使用與維修）[M].北京：冶金工業(yè)出版社,1977,1.

Theory and Practice on Incineration and Disposal of Hazardous Wastes

ZHANG Lin, ZHANG Yin-pu

X705

A

1006-5377（2010）11-0036-03