典型危險(xiǎn)廢物在兩段式回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)內(nèi)的熱處置和結(jié)渣特性研究及其應(yīng)用.pdf

1、我國(guó)2009年的危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生量達(dá)到1430萬(wàn)噸，由于危險(xiǎn)廢物形態(tài)復(fù)雜，回轉(zhuǎn)窯焚燒是一種比較適宜的安全處置方式。目前對(duì)危險(xiǎn)廢物焚燒特性、灰渣特性的研究尚不深入，回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中缺乏必要的指導(dǎo)，在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)了危險(xiǎn)廢物焚燒效果不佳、回轉(zhuǎn)窯內(nèi)結(jié)渣、耐火材料腐蝕、污染物排放不達(dá)標(biāo)等問(wèn)題。依托國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)重點(diǎn)項(xiàng)目課題“危險(xiǎn)廢物焚燒系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)與示范”(2007AA061302)和浙江省重大科技專(zhuān)項(xiàng)“工業(yè)危險(xiǎn)廢物

2、新型回轉(zhuǎn)窯集成系統(tǒng)處置技術(shù)示范工程”(2007C13084)，本文對(duì)幾種典型危險(xiǎn)廢物的熱解、燃燒特性開(kāi)展了基礎(chǔ)研究工作，并對(duì)危險(xiǎn)廢物焚燒處置工程應(yīng)用進(jìn)行試驗(yàn)研究，為現(xiàn)有的危險(xiǎn)廢物熱處置研究提供有益的補(bǔ)充，為回轉(zhuǎn)窯危險(xiǎn)廢物焚燒系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化提供支持。
　　 本文首先運(yùn)用化學(xué)熱力學(xué)平衡模擬和試驗(yàn)研究對(duì)危險(xiǎn)廢物在不同熱處置條件下的氣體生成特性進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)，危險(xiǎn)廢物熱解產(chǎn)物主要是H2O、C2H4、C2H2、H2和CO，隨著溫度的

3、升高，熱解氣態(tài)產(chǎn)物出現(xiàn)進(jìn)一步分解。在較低的過(guò)量空氣系數(shù)條件下，危險(xiǎn)廢物的氣化產(chǎn)物主要是CO、H2O、H2、和CH4，研究發(fā)現(xiàn)，少量O2有利于危險(xiǎn)廢物在熱分解過(guò)程中CH4、H2和CO的生成。在危險(xiǎn)廢物熱處置過(guò)程中，絕大部分Cl元素在300-600℃之間以HCl的形式釋放析出，危險(xiǎn)廢物焚燒過(guò)程中，SO2是最主要的含S污染物。利用熱重-紅外分析方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究和動(dòng)力學(xué)分析表明，危險(xiǎn)廢物燃燒過(guò)程的揮發(fā)份析出階段與其熱解過(guò)程的揮發(fā)份析出階段具有相

4、似的熱分解特性，而氧氣對(duì)危險(xiǎn)廢物的熱分解具有明顯的促進(jìn)作用，使熱分解溫度提前，表觀活化能降低。研究發(fā)現(xiàn)，危險(xiǎn)廢物熱解氣態(tài)產(chǎn)物的析出主要集中在200-500℃之間，大部分危險(xiǎn)廢物在700℃之前燃燼。高揮發(fā)份危險(xiǎn)廢物的熱解氣態(tài)產(chǎn)物析出較為集中，析出氣體具有較高的濃度；高氮含量有機(jī)危險(xiǎn)廢物熱解氣中含有大量的HNCO，高硫危險(xiǎn)廢物熱處置過(guò)程中的主要?dú)鈶B(tài)污染物是SO2。有機(jī)化工污泥的固定碳燃燒階段持續(xù)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，且大部分失重都在固定碳燃燒階段完

5、成。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，升溫速率的提高對(duì)危險(xiǎn)廢物熱解產(chǎn)物成分的影響較小。針對(duì)較高重金屬含量的制革污泥的研究發(fā)現(xiàn)，其具有較好的燃燒特性。制革污泥在揮發(fā)份燃燒初期有少量有機(jī)酸析出，800℃時(shí)基本燃燼，超過(guò)900℃以后，制革污泥燃燒灰渣開(kāi)始出現(xiàn)粘結(jié)現(xiàn)象。為避免制革污泥焚燒過(guò)程中出現(xiàn)結(jié)渣，并有效減少重金屬的揮發(fā)，可以選擇800℃為制革污泥的最佳燃燒溫度。
　　 本文利用計(jì)算流體軟件，對(duì)危險(xiǎn)廢物在兩段式回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)內(nèi)的燃燒過(guò)程進(jìn)行了不同運(yùn)行工

6、況條件下的模擬。研究發(fā)現(xiàn)，在回轉(zhuǎn)窯的后部區(qū)域，煙氣流速存在明顯的分層現(xiàn)象。在額定負(fù)荷和配風(fēng)條件下，危險(xiǎn)廢物在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)較為充分的燃燒，增加窯頭部位的送風(fēng)量以后，窯內(nèi)煙氣流速分層現(xiàn)象提前，窯內(nèi)高溫區(qū)域前移，危險(xiǎn)廢物在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的燃燒完全程度提高，二燃室的燃燒現(xiàn)象明顯減弱。模擬研究表明，投用窯頭助燃燃燒器可以在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部形成一個(gè)穩(wěn)定的沿著回轉(zhuǎn)窯軸向分布的高溫區(qū)域，有助于促進(jìn)窯內(nèi)溫度的穩(wěn)定和危險(xiǎn)廢物在窯內(nèi)的燃燒。對(duì)危險(xiǎn)廢物焚燒處置工程應(yīng)用

7、的研究發(fā)現(xiàn)，兩段式回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)完全可以滿(mǎn)足危險(xiǎn)廢物焚燒和污染物排放控制要求，穩(wěn)定運(yùn)行期間二噁英排放濃度只有0.016-0.035 TEQ ng/m3，但回轉(zhuǎn)窯內(nèi)存在較大程度的結(jié)渣隱患。危險(xiǎn)廢物焚燒飛灰呈現(xiàn)明顯的小顆粒團(tuán)聚特征，底渣質(zhì)地致密，具有明顯的燒結(jié)跡象，灰渣中部分重金屬含量較高。通過(guò)對(duì)不同部位灰渣采樣的分析，研究了危險(xiǎn)廢物在高溫焚燒條件下的灰渣特性，以及煙氣流動(dòng)方向飛灰的形成過(guò)程和小顆粒的團(tuán)聚過(guò)程，以及小顆粒在大顆粒表面富集的過(guò)