1、焚烧技术在危险废物焚烧处置中的应用摘要:危险废物是威胁人类环境和人体健康的重要污染源，目前，焚烧技术是我国处置危险废物的主要也是最直接的方法。本文分析了焚烧技术处理危险废物的机理，并介绍了焚烧工艺设计，最后结合实例，肯定了焚烧技术应用于危险废物处置中的可行性，可供参考。 关键词:危险废物；焚烧技术；机理；回转窑；热力计算；应用 中图分类号：V444.3+8 文献标识码：A 文章编号： 随着人们环保意识的增强，国家对环保建设事业的不断加大。危险废物是危害人类生态环境和人体健康的重要污染源之一，目前我国每年产生危险废物 2000 万吨左右，其中约 200 万吨进入生态环境。焚烧技术是目前处理危险废
2、物的主要方法,主要适用于那些不能再循环利用或无法安全填埋的废物。焚烧可以有效破坏危险废物中的有害组分,达到减容减量效果,还可以回收热量用于供热或发电。下面，就焚烧技术在危险废物处置中的应用进行探讨。 1 机理分析 危险废物具有成分复杂、来源范围广等特点。但从燃烧的角度分析，各种成分都是按化学当量比反应的。其完全燃烧反应的方程式，可用下式表示： 式中：为危险废物混合物。 当危险废物中有氟、磷存在，则可能会有氟化氢、五氧化二磷生成。与液态和气态危险废物相比，固体危险废物的焚烧过程相对复杂一些。一般来说，常温下的固体危险废物混合物，被加热后先要将危险废物中的溶剂和水蒸发、气化出来，这部分低燃点的溶剂
3、与少量的空气接触后会首先燃烧；继续受热后，废物中的大部分有机物会被热解、干馏，生成各种烃类、固定碳及不完全燃烧物；这些可燃气体，在有充足氧的条件下，进行高温焚烧，产生高温烟气。废渣继续燃烧，以残渣固体的形式排出。 高温焚烧可以将烟气中的有毒有害物质(如聚合苯环类、多环碳氢化合物等)裂解；废渣的充分燃烧可使其中的可燃物燃尽烧透。 焚烧过程中产生的高温烟气主要成分是二氧化碳、水蒸气和氮气，还有少量的二氧化硫、氯化氢，废渣主要是各种金属的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐和硅酸盐等。 2 工艺设计 根据危险废物焚烧污染控制标准(GB18484-2001)的要求，仅使用回转窑不能满足焚烧残渣的热
4、灼减率、燃烧效率和有机物的焚毁去除率等焚烧炉技术性能指标的要求。 由回转窑、二次燃烧室及炉排炉组合而成的组合式焚烧炉，在保留了回转窑的适应能力强、运行稳定可靠的基础上，通过应用二燃室对烟气进行高温焚烧、炉排炉对废渣进行持续焚烧，使危险废物的燃烧效率、有机物的焚毁去除率和焚烧残渣的热灼减率可满足国标的要求，减少了二英和一氧化碳的排放，达到无害化处置的目的。 组合式焚烧炉的工艺流程是：危险废物先从回转窑的头部连续进入窑头开始加热，在缺氧的状态下气化；随着窑体的转动，危险废物被移动到温度较高的中部，开始热解，低燃点的物质开始燃烧；接着移动到窑尾，温度进一步升高，危险废物裂解为一氧化碳等可燃气体和废渣
5、。在回转窑内，通过对废料进行反复翻转与持续推进以及低燃点气体的燃烧，使危险废物基本完全分解为可燃气体和废渣。在二燃室内，可燃气体与过量空气完全燃烧，迅速升高温度，使聚合苯环类有机物高温分解为二氧化碳等无机物；在炉排上，废渣与加入的炉排风，进行持续燃烧，使废渣燃尽。 回转窑的旋转和少量空气的加入，可以使有机物分解，并控制温度，避免窑内“结焦” ；二燃室过量空气的加入，可以提高危险废物的燃烧效率、有机物的焚毁去除率，满足国标的要求；炉排风的加入可以使焚烧废渣燃尽。冷却风是用于窑尾密封的冷却。为防止有毒有害气体的逸出，焚烧炉内应保持微负压状态运行。 3 主要技术参数 3.1 热力计算 物料平衡与热平
6、衡的计算是以危险废物中的碳、氢、硫等可燃元素和空气中氧的化学反应方程式为依据的，并假定焚烧所需空气为干空气、所需空气和生成的烟气均为理想气体，空气量以 1kg 的危险废物为计算基础。 理论空气量的计算公式为： 式中：焚烧所需的理论空气量，m3/kg； 分别为碳、氢、硫和氧的质量百分比，%。 理论烟气量的计算公式为： 式中：焚烧所产生的理论烟气量，m3/kg； 分别为碳、硫、氮、氢和水的质量百分比，%。 当过量空气系数 1 且完全燃烧时，实际烟气的成分只比理论烟气(=1)多出一项：过剩空气。实际烟气焓为理论烟气焓、过量空气焓和飞灰焓之和，理论烟气焓为 CO2、SO2、N2 和 H2O 的焓之和，
7、各成分的理论焓为各成分在 温度下的容积比焓与各成分的烟气量之积。 3.2 选型计算 危险废物在回转窑内的停留时间计算公式为： 式中：t废料的停留时间，一般为 30120min； 24 和 324分别为经验系数； 废料的自然倾角，一般在 2550 度之间； n窑的转速，一般取 13r/min； 窑体的水平倾角，一般取 1.03.0 度； L/Di回转窑的长径比，一般取 3.05.0。 回转窑和二燃室有效容积 V 容的计算公式为： 式中：B危险废物的处置量，kg/h； 危险废物的低位发热量，kcal/kg； q 容燃烧室的容积热负荷，kcal/m3h。 4 应用实例 以某危险废物集中处置中心为例，
8、对焚烧系统的相关参数和设备造型进行计算。假设危险废物混合物的热值为 3000kcal/kg，处置能力为24t/d，在过量空气系数 为 1.80 的条件下，二燃室排烟中的氧气含量约为 9.3%(干气)。 危险废物混合物的元素成分详见表 1 所示；表 2 为二燃室出口的烟气浓度分析；表 3 为组合式焚烧炉的热力参数。 表 1 危险废物混合物元素分析表 表 2 烟气浓度分析 表 3 组合式焚烧炉的热力参数 焚烧系统主要设备是以回转窑、二燃室和炉排为主的组合型焚烧炉，此外，还有紧急排放烟囱和各种风机等配套设备，下面就分别以这三种主要设备为例进行选型计算。 (1)回转窑 若回转窑的容积热负荷为 1105
9、kcal/m3h，转速为0.4r/min，物料的自然堆角为 40 度，窑体的倾斜角为 2 度，长径比为4，则回转窑的有效容积约为 30m3，废料的停留时间约为 57min，长约为8.5m，废料的移动速度约为 0.15m/min，回转窑的有效内径约为 2.2m，烟气的流速和停留时间分别约为 0.5m/s、18.8s。 (2)二燃室 若二燃室的容积热负荷为 1105kcal/m3h，高径比为 4，则二燃室的有效容积约为 30m3，二燃室的有效内径约为 2.2m，高约为8.5m，烟气的流速和停留时间分别约为 2.5m/s、3.4s。 (3)炉排 设炉排的长和宽度分别为 1.8m 和 1.4m，推杆行
10、程为 100mm，往复周期为 10min，则倾斜式往复炉排的有效面积约为 2.5m2，废渣的移动速度和停留时间分别 10mm/min、3.0h。 (4)结果分析 在运行控制过程中，应注意控制回转窑内的温度低于 1000，以免窑内结焦。因为有些危险废物的灰熔点在 1100左右，当窑内温度超过1000，会发生熔融现象。 在正常生产工况下，如危险废物混合物的热值能稳定在 3000kcal/kg左右，则不用辅助燃料；若热值低于 2200kcal/kg，则需启动燃烧器。窑头燃烧器的主要作用是烘炉与启动，窑尾燃烧器的主要作用是提高二燃室的温度。 根据现有项目的检测结果，焚烧残渣的热灼减率3%，燃烧效率99.95%，焚毁去除率99.99%，烟气中一氧化碳、二英类的排放浓度分别60mg/m3、0.1TEQng/m3。 5 结语 总之，危险废物是威胁人类环境和人体健康的重要污染源，在其处置问题上必须予以重视。为了使得危险废物能够充分燃烧，并达到排放要球，除了要有专门的工艺设备外，还须优化各种参数，进行可靠的操作和过程控制，这样才能使焚烧效果最佳。 参考文献： 1 李煜;张军.焚烧技术在危险废物处理处置中的应用J.环境导报.2000 年第 02 期 2 陈敬军.危险废物回转窑焚烧炉的工艺设计J.有色冶金设计与研究.2007 年第 Z1 期
