危险废弃物焚烧工艺系统的选择

　　[摘 要]目前国内外用于危险废物焚烧的主要炉型有炉排炉、液体喷射式焚烧炉、流化床焚烧炉、多层床焚烧炉、热解焚烧炉和回转窑焚烧炉等。另外还有国外新近发展起来的微波处理、蒸汽消毒、等离子处理等技术，但微波处理、蒸汽消毒、等离子处理等方法对技术要求较高、投资较大、运行成本高，目前在国外成功运行的设施数量也不是很多，国内可供借鉴的经验几乎没有。本文主要对几种危险废弃物的焚烧工艺进行介绍。
　　[关键词]危险废弃物；焚烧；工艺；系统
　　中图分类号：S371 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）24-0289-01
　　1 炉排炉
　　炉排炉适合于大件和形状不规则的废物，多数情况下它是通过运动炉排的推动，使废物不断发生剪切、翻动，依次通过干燥点火段、燃烬段，未经燃尽的废物不断暴露于火焰中，达到完全燃烧，炉渣经过排渣槽排出炉外。在处理生活垃圾等固体废物中应用较多。炉排型焚烧炉具有对废物含水和热值范围适应性较宽，物料分布和透气比较均匀，燃烧比较充分等优点，且热效率适中。但炉排结构复杂，维修量大，需定期停炉检修和更换炉排，燃烧塑料废物时易使炉排粘结磨损，加大阻力，对工业危险废物而言，由于其成分复杂，有些成分会腐蚀炉排，另一缺点是焚烧温度受传动炉排和耐火材料的限制一般不能大于950℃，通常使用温度在850℃左右。由于危险废物的焚烧要求炉温大于1100℃，且气体在炉内停留应在2秒钟以上，以保证废物的彻底解毒和防止形成二噁英之类的剧毒物质随烟气排入大气环境。因此在发达国家很少采用炉排型炉子焚烧工业危险废物。
　　2 液体喷射式焚烧炉
　　凡是流动性的废液、泥浆及污泥都可以用液体喷射式焚烧炉来处理。液体喷射焚烧炉用于处理可以用泵输送的液体废弃物，主要分为卧式和立式，其结构通常为内衬耐火材料的圆筒（水平或垂直放置），配有一个或多个燃烧器。废液通过喷嘴雾化为细小液滴，在高温火焰区域内以悬浮态燃烧。可以采用旋流或直流燃烧器，以便废液雾滴与助燃空气良好混合，延长停留时间，使废液在高温区内充分燃烧。废液雾滴在燃烧室停留时间一般为2.0s，最高温度可达1650℃。良好的雾化是达到有害物质高破坏（燃烧）率的关键。常用的雾化技术有低压空气、蒸气和机械雾化。一般高黏度废液应采用蒸气雾化喷嘴，低黏度废液可采用机械雾化或空气雾化喷嘴。目前常用的喷嘴有转杯式机械雾化喷嘴、加压机械物化片式喷嘴、旋流式废液喷嘴、碟形旋流式废液喷嘴、蒸气雾化喷嘴、空气雾化喷嘴及组合喷嘴等。
　　3 流化床焚烧炉
　　流化床焚烧炉是能够用来处理固体、液体和气体废物的多用装置。流化床焚烧炉是由一个用耐火材料衬里的垂直容器和其中的惰性颗粒物组成。燃烧空气由焚烧炉底部的通风装置进入炉内，垂直上升通过一个分配盘进入流化床的颗粒层。流化床焚烧炉设备结构简单，温度稳定性好、容量大、炉内传热传质效率高，一直是工程热物理学科研究的热点。但流化床焚烧炉对物料粒度有较严格的要求（粒径小于50mm），废物预处理工序复杂化，导致二次污染的可能性增加；废物中某些低熔点物质会在流化床工作温度范围内呈熔融状态，与床料粘结成团，破坏流化状态；因此，多数设施在运转中皆须严格限定固体废物来源，只有通过流化床技术要求才能进入热处理，因而，流化床焚烧炉在危险废物焚烧中受到一定限制。
　　4 多层床焚烧炉
　　多层床焚烧炉的炉体是一个垂直的内衬耐火材料的钢制圆筒，内部分成许多层，每层是一个炉膛。炉体中央装有一顺时针方向旋转的双筒的带搅动臂的中空中心轴，搅动臂的内筒与外筒分别与中心轴的内筒和外筒相连。搅动臂上装有多个方向与每层落料口的位置相配合的搅拌齿。炉顶有加料口，炉底有排渣口，辅助燃烧器及废液喷嘴则装置于垂直的炉壁上，每层炉壳外都有一环状空气管线以提供二次空气。多层床焚烧炉由于固体停留时间长，炉内温度反应很慢，温度调整时间长，移动的主轴及搅拌杆易因摩擦、热乏及腐蚀而损坏，出料口易被炉内形成的大块物体堵塞，因此维护费用高，炉壁受间歇性进料及废物中的水分所产生的热震影响，易于损坏耐火砖更换频繁。不适于处理需高温焚烧的有机物或低熔点无机盐类含量高的废物。
　　5 热解焚烧炉
　　热解焚烧炉具有技术先进、工艺可靠、操作简便安全（一次性进料、一次性除渣）、投资省（没有传动部件）、烟气含尘量低（焚烧搅动程度小）、运行及维护费用低、使用寿命长，入炉废物不需进行分拣等优点。其缺点是热解过程延长了燃烧时间，热效率较低；一燃室冷热变化频率高（一天一次），对耐火材料影响较大，不便于热回收，自动控制水平要求较高，适合处理热值相对较高、疏松状、成分和性质相对较单一的废物，对泥状和大块物料的热解效果不是很理想。
　　6 回转窑焚烧炉
　　旋转式焚烧炉是活动炉床炉中应用最多的一种。回转窑焚烧炉是一个圆筒形的有耐火砖衬里的外壳，其轴心的安装线与水平线略成角度。可用天然气、油或煤粉作燃料。回转窑最早是用来处理及制造水泥、石灰、铁矿砂、焦炭等固体物质的主要设备，后来逐渐被应用于废物的焚烧上，由于它能有效地处理各种不同物态（固体、液体、污泥等）的废物，已经被工业界普遍采用。回转窑通常窑体很长，使得燃烧区在整个焚烧炉中只占有一个很小的部分。大多数废物物料是由燃料过程中产生的气体以及窑壁传输的热量加热的。
　　回转窑焚烧系统由回转窑和一个二次燃烧室组成，以确保废物燃烧完全。回转窑本身是用来沸化及氧化废物中的可燃物，废物中的惰性固体则随着窑体的转动向另一端移动，然后由底部排出。沸化的蒸汽及燃烧气体经过回转窑后端，进入二次燃烧室在高温下再进行氧化。二次空气用鼓风机供风，以增加空/燃比及湍流程度。回转窑和二燃室都设有辅助燃烧器以维持炉内温度稳定。同时，在回转窑窑头和二燃室设有废液喷嘴，液态的危险废物可以通过喷嘴喷入装置内焚烧处理。
　　按气体、固体在回转窑内流动的方向，回转窑焚烧炉分为同向及逆向两种。逆向式的回转窑焚烧炉气、固体混合及接触较佳、传热效率高、利于增大燃烧速率，但是由于气、固体相对速度较大，废物燃烧气体在回转窑内停留时间较短，增大了二燃室的燃烧负荷。同向式回转窑焚烧炉形不仅适于固体废物的输入及前置处理，同时可以增加气体的停留时间，容易实现密闭性。目前大多数处理危险废物的回轉窑焚烧炉为同向式。
　　根据窑内灰渣物态及温度范围，回转窑可分为干灰式及熔渣式。干灰式回转窑内的温度低于1000℃，窑内固体尚未熔融，仍为固体灰渣。熔渣式回转窑内温度可能高达1350℃，固体废物中的惰性物质除高熔点的金属及其化合物外，皆在窑内熔融，因此焚烧程度比较完全。熔融的流体由窑内流出，经急速冷却后凝固。由于这种类似矿渣或岩浆的残渣，颗粒大，重金属浸出浓度较干灰式回转窑所排放的灰渣低，欧洲有一些熔渣式的焚烧炉，美国仅有少数几座，它的主要用途是销毁含多氯联苯废物。然而根据实际的经验，熔渣式回转窑运转比较困难，如果温度控制不当，窑壁上可能附著不同形状的矿渣，熔渣出口容易堵塞。另外焚烧温度高，能耗比较大。
　　回转窑焚烧炉炉型技术成熟，操作简单灵活，适用于处理各种不同形状的固液体废物，还可以处理低熔点的危险废物。回转窑可以分别接受固体及液体进料，也可以将桶装或大形块状固体废物直接送入窑内处理。窑内气体湍流程度高，气、固体接触良好，窑内无移动的机械组件，保养容易。窑内固体停留时间可以由回转窑转速的调整而控制。
　　参考文献
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