三燃式危险废物焚烧技术探讨
摘要:文章介绍了三燃式危险废物焚烧技术，该新型焚烧炉采用回转热解窑作为一次燃烧处理方式，再由往复式炉排炉进行二次焚化燃烧，未燃尽的气体、粉尘进入三燃室充分分解燃烧，因此烧尽率高、热能效率高。
关键词:焚烧炉;三燃式危废焚烧技术;回转热解窑;往复式炉排;垂直空气燃烧室
1 三燃式危废焚烧技术简介
三燃式危废焚烧技术采用13米长的回转热解窑作为一次燃烧处理方式，再由往复式炉排炉进行二次焚化燃烧，未燃尽的气体、粉尘进入三燃室充分分解燃烧，可以达到高的烧尽率和热能效率。其工艺流程如图1。
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危险废物运至现场，由自动投料装置定量送入炉本体回转窑炉燃烧室（900℃～1100℃）内，经二次燃烧室高温热解燃烧（1100℃～1200℃）后形成的高温烟气进入三燃室内，再经三次燃烧系统高温（1200℃～1400℃）氧化焚烧。完全燃烧后产生的烟气经余热锅炉热交换，烟气温度快速降至600℃并除去大颗粒的粉尘。降温后的烟气进入干式除酸及活性炭吸收装置并喷入消石灰（Ca(OH)2）及活性炭以去除SO2、HCl、二恶英等有毒有害气体，细微的粉尘由高效袋式除尘器捕集，再经脱硝塔脱除氮氧化物。焚烧过程见图2。
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2 主要系统
2.1 焚烧炉自动进料系统
危险废物在焚烧前需进行预处理。预处理系统工艺流程见图3。
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自动进料装置可平稳地将危险废物自动送入焚烧炉内并可自动卸料。该设备为液压式推进装置，推进速度和退回速度均可以自由调节，进料斗周围有保护装置，可防止废物散落，避免因人工操作带来的二次污染，也可避免因超负荷投料而造成尾气处理运行负荷增大。
2.2 焚烧炉系统
回转+往复式炉排焚烧炉是三燃式危废焚烧技术中的关键设备。当窑内趋于完全燃烧时，会放出大量的热能，回转窑需承受1200℃以上的高温；同时，燃烧过程中还会产生硫化物、氯化物等，腐蚀性极强，因此要求回转窑的耐高温性能好，并且耐腐蚀、耐磨损。
三燃式危废焚烧炉的回转窑筒体钢板厚约18mm，内衬为高强轻质保温砖和磷酸盐结合高铝质耐火砖，在焚烧过程中，火焰不与金属部分接触，只与耐火材料接触，从而可大大延长设备的使用时间。回转窑安装时要保证一定的倾斜度，筒体可以根据废物成分的变化，自由调节其回转速度，以控制废物在窑内的停留时间，从而确保废物充分完全地焚烧。
焚烧处理后的焦渣、废油渣液通过螺旋进料装置混合进入回转窑（一燃室），物料由燃烧机引燃，直接燃烧热解，一燃室温度达到850℃～1100℃，回转窑尾与往复式炉排炉相连，未燃尽的物料以及热解气体进入往复式炉排炉（二燃室），由另一燃烧机助燃进行二次燃烧，温度达到1100℃～1200℃，从而可使物料充分燃烧并延长烟气停留时间。在复式炉排炉设置垂直烟气燃烧室（三燃室），温度达到1200℃～1400℃，烟气停留时间大于4s。从燃烧室出来的高温烟气经热交换塔进行水冷、余热利用和空气预热后进入后处理系统。
2.3 点火及辅助燃烧系统
该系统由点火系统燃烧器及辅助燃烧系统油槽、滤油器、送风机构成。一次燃烧室配备点火燃烧器及辅助燃烧系统，二次燃烧室配备辅助燃烧系统，以确保二次燃烧室能达到足够高的温度。燃烧装置配有安全保护装置，如果发生点火失败或故障熄灭，安全保护装置能够自动切断燃料供应。
2.4 焚烧炉排渣出灰系统
回转窑、往复式炉排炉燃尽的炉渣以及尾气处理装置收集到的粉尘，可由自动出灰装置收集于储灰仓内后直接固化填埋或将渣料制成空心砖、砌块等建材再利用。
2.5 冷却系统
冷却系统可将烟气的排放温度从1400℃骤降至Platform200℃以下，既可避开二恶英合成温度区间，又可减少废气体积，保护袋式除尘器的布袋不被高温烧坏，同时冷却系统也可以进行余热利用。
2.6 废油废液处理系统
对于工业生产中所产生的废油、废液、重油等物质，在前处理系统中，可采用废油、废液过滤和重油蒸汽浓缩装置进行预处理，而对含废油、废液的工业废弃物与高粘度油废物可采用干燥方式加以处理后再进行燃烧。废油废液处理系统工艺流程见图4。
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2.7 尾气处理系统
2.7.1 尾气处理系统工艺流程（见图5）
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2.7.2 尾气处理系统设计原则
（1）不影响焚烧炉的稳定运行。脱酸性气体系统应具有动态适应能力，以保证装置高效稳定运行；
（2）对酸性气体、烟尘、二恶英等污染物进行有效脱除，以达到有关排放标准的要求；
（3）设备布置力求紧凑合理，节约用地，最大限度地降低建设投资；
（4）提高自动化生产水平，采用计算机控制系统，基本实现中控室集中控制。
2.7.2 尾气处理系统设计原则
（1）不影响焚烧炉的稳定运行。脱酸性气体系统应具有动态适应能力，以保证装置高效稳定运行；
（2）对酸性气体、烟尘、二恶英等污染物进行有效脱除，以达到有关排放标准的要求；
（3）设备布置力求紧凑合理，节约用地，最大限度地降低建设投资；
（4）提高自动化生产水平，采用计算机控制系统，基本实现中控室集中控制。
2.7.3 尾气处理主要设备
（1）急冷塔
冷却水雾化后与烟气在塔内混合，水吸热成为蒸汽后随着烟气至半干式除酸塔，系统无废水排放。急冷塔不仅可使高温烟气温度下降，满足半干式除酸塔和袋式除尘器的工作条件，而且可使1400℃的高温烟气急剧降低至200℃左右，防止二恶英低温再合成。阻力约600Pa。
（2）半干式除酸塔
半干式除酸塔实际上是一个喷雾干燥除酸系统。利用高效雾化器将消石灰泥浆从塔顶向下喷入塔中，尾气与喷入的泥浆以逆向流的方式充分接触并发生中和作用。由于雾化效果佳，气液接触面大，不仅可有效降低气体温度，中和气体中的酸气，并且可使喷入的消石灰浆中的水分在塔内完全蒸发，不产生废水。
半干式除酸塔的最大特点是结合了干法与湿法的优点，构造简单，压差小，能源消耗少，液体用量远低于湿法系统，比干法的去除效率高，也避免了湿法会产生过多废水的问题，操作温度高于水蒸汽饱和温度，尾气不产生白雾状水蒸汽团。
（3）活性炭粉喷射系统
为了减少尾气中二恶英和重金属的排放，在除酸塔之后袋式除尘器之前设置了活性炭喷射装置。活性炭粉因为用量较少，故由人工送入活性炭仓，然后通过活性炭喷射器内的给料阀实现微量均匀连续放料，并由压缩空气混合喷射到烟道中。该系统通过喷入活性炭粉，以吸附及去除废气中的PCDDS/PCDFS。活性炭粉活性大，用量少，且蒸汽活化安全性高，同时对汞金属具较优的吸附性能，是理想的选择。
该系统使用袋式除尘器，吸附作用发生在滤袋表面，能为吸附提供较长的停留时间，将活性炭粉直接喷入除尘器前的烟道即可。
（4）袋式除尘器
袋式除尘器是一种高效的除尘装置。一般而言，其去除粉尘的粒径应在0.05pm以上,除尘效率可达99%以上。使用半干式除酸塔配置袋式除尘器，可以提高对酸性气体、重金属及二恶英的去除率，可利用特殊助剂对滤布表面进行被覆，以延长酸性气体与石灰的接触时间，增大石灰与酸性气体的接触频率，增加石灰分散的均匀性，降低气流压力损失，避免滤布因受到湿废气的影响而阻塞。过滤室采用覆膜滤料（Ryton），温度限值为160℃～250℃；为防止粘结和灰搭桥等现象，本体、灰斗和输灰装置都有伴热和保温措施；启动及发生事故时有旁路保护系统；整个设备压力损失不超过1500Pa；覆膜滤料寿命在2年以上。
（5）SCR工艺
SCR工艺又称选择性催化还原脱硝工艺。烟气和氨（液氨或氨水）与空气的混合物在经过SCR装置的蜂窝式或板式催化剂层时，烟气中的NOx（主要是NO及少量的NO2）和NH3、空气中O2发生化学反应，生成无污染的N2和H2O。
（6）烟囱
烟囱对气体起扩散作用。该系统的烟囱加装采样孔、测温孔、采样平台，排放符合国家标准。
（7）飞灰和炉渣的安全处置系统
除尘及灰循环系统的主要设备包括：低阻分离器、袋式除尘器、中间缓冲灰仓、埋刮板输送机和返料器（U型阀）等。
含尘烟气首先进入反应塔进行脱酸反应，经反应塔的顶部排出后进入低阻分离器进行初步分离，总的分离效率为60%～85%，低阻分离器分离下来的灰经过放粉阀送入中间缓冲灰仓。经过分离后的烟气进入袋式除尘器除尘并在布袋上形成一层灰膜，烟气经过布袋后有部分脱硫效果（相当于固定床），然后排出。袋式除尘器收集下来的灰经过埋刮板输送机大部分进入中间缓冲灰仓，另一部分灰通过灰溜管进入储灰仓。中间缓冲灰仓中的灰通过振动料斗和放粉阀进入返料器（U型阀）回送到反应塔中。储灰仓中的灰由放粉阀送至双轴搅拌机加湿到含水率为20%～25%后，送到密闭罐车中拉至厂外处理。
3 技术分析
（1）采用传统的回转窑炉与往复式炉排炉相结合的焚烧技术，将回转窑炉的窑炉作为一燃室对各种垃圾与废弃物进行充分的热解气化，回转窑炉的尾端与往复式炉排炉上下相连，使在回转窑炉（一燃室）里热解气化的物料或没有燃尽的物料随着转炉旋转自动进入往复式炉排进行二次焚化（二燃室），从而彻底解决了因垃圾废弃物料密度不同而带来的燃烧不充分和烟气停留时间短等问题；在往复式炉排上方设置垂直空气燃烧室（三燃室），让烟气进行再次燃烧，使烟气停留时间大于4s，可从根本上解决垃圾焚烧所产生的烟气带来的二次污染问题。焚烧炉新旧工艺的焚烧特点对比见下表。
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（2）采用移动床式贮存、输送、排渣装置。在整个焚烧前处理系统采用负压状态的密封式移动床式装置，该移动床装置采用仓轨式传送技术，是利用耐高温陶瓷板传送底仓与耐高温铝材制成的一种仓轨式物料传送仓，以轨道式进行往复传送。
（3）采用废液、重油、污泥干燥装置，利用焚烧炉高温余热对废液、污泥、重油、高粘度废物进行干燥、粉碎、焚烧。
（4）采用蒸汽浓缩装置对含水量大的废油、重油进行浓缩，然后对废油、废液进行助燃贮存混合，利用燃烧机对一燃、二燃、三燃室进行助燃。
（5）采用灰溶蚀技术装置，在1300℃～1400℃的超高温中连续24小时燃烧时，可使设备在大风量集尘情况下发挥高性能，有效去除98%的酸性废气，去除90%以上重金属，二恶英排放浓度在0.01ng/m3以下。
（6）采用液压给料装置进行焚烧进料，首先将粉碎的垃圾、废弃物输送到进料口，然后进行液压推进，将物料推入回转窑（一燃室）。物料在一燃室随着回转窑旋转燃烧自动落入二燃室往复式炉排上进行二次燃烧。
4 结语
三燃式危废焚烧技术为结合新旧工艺特点而研制出的一种新型焚烧技术。该新型焚烧炉采用回转热解窑作为一次燃烧处理方式，再由往复式炉排炉进行二次焚化燃烧，未燃尽的气体粉尘进入三燃室充分分解燃烧，因此烧尽率高、热能效率高，有较强的应用推广价值。
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