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危险废物回转窑焚烧炉窑内结圈原因分析及对策

发表时间:2020-08-19 10:48
 

  北极星固废网讯危险废弃物焚烧处置技术的应用和发展已有近百年的历史,二十世纪初期一些国家就开始采用焚烧处置技术处置工业固体废弃物。在工业危险废弃物焚烧处理行业中,回转窑+二燃室的组合因其适应性强、工艺相对简单、操作性强等特点而得到广泛应用。在实际运行中,回转窑窑内结圈是一个比较容易出现的问题,对装置的长周期稳定运行会带来一定的影响。根据笔者多年的工程设计与现场运行经验,结合相关技术文献,现对此问题进行分析,并尝试给出一些建议措施,以期对实际的生产和工程设计提供一些参考。

  由于国内环保要求越来越严格,处置成本越来越高,因此外送危废处置中心的废弃物一般都尽量浓缩,致使此类废弃物特别是固废和蒸馏残渣的热值普遍较高,多数情况下在3,000~5,000Kcal/kg之间。为了保持较好的燃烬效果,回转窑普遍在950~1,150℃之间运行,而危废灰渣的熔点普遍在1,000~1,200之间(接近或者稍高于最高燃烧温度)。加上送入回转窑的物料一般都较为复杂、热值波动较大、物料进料不均匀,且物料在窑内停留时间较长(一般在60~90分钟),比较难做到及时调整燃烧过程,因此窑内温度一般都会有一定的波动,不可避免会出现窑内局部温度过高导致灰渣熔融,进而粘附在回转窑内壁上。随着转窑的转动及由于内衬的温度呈梯度分布,部分熔融的灰渣可能会在内衬材料上凝固下来,形成新的窑皮。随着窑的转动,部分灰渣可能会被再次熔融,并达到一定的平衡,这样窑皮就不会增厚。但是如果没有达到平衡,掉落下来的灰渣少,窑皮就会逐步增厚,达到一定程度后就形成结圈,如下图所示:

  根据操作温度的不同,回转窑有两种操作模式:干渣模式和熔渣模式。干渣操作模式在危废焚烧中最为常见,也被证明是最为可靠的一种操作模式,常规一般认为925℃以下为干渣模式,正常配伍可以保证灰渣不会熔融,此种操作模式结圈的可能性比较小。另外一种模式是熔渣模式,回转窑会在较高的温度运行,使得焚烧后形成的灰渣融化成液态,常规的熔渣模式操作温度大于1,200℃,此种模式由于灰渣处于熔融态,一般也较难结圈。如果操作温度运行在950~1,200℃之间,其操作正好介于干渣和熔渣操作模式中间,可以称为半熔融态操作模式,比较容易产生部分熔融,但又不能完全熔融的工况出现,进而随着温度变化及波动,造成部分熔融的渣凝固在转窑内衬上,同时包裹一些高熔点灰渣,窑皮逐渐加厚,进而造成结圈。

  危险废弃物包括液态、固态和半固态,特别是固废成分、形态比较复杂。一般占主导地位的回转窑固废进料以抓斗+推料机或者溜槽等间歇进料为主,部分转窑还间歇处理一些直接入炉的低闪点的桶装特殊废液。由于间歇进料会造成物料焚烧的大幅波动,以及会影响配风的稳定性,造成回转窑温度的波动较大,这也成为导致回转窑窑内结圈的重要原因之一。

  回转窑底部灰渣的主要成分是一些无机氧化物,如SiO2、Al2O3、FeOx及CaO,另外由于部分危废高含盐,也普遍含有一定量的低熔点碱金属盐如Na/K盐。若碱金属组分含量较高,由于其熔点低,因此入炉废料如果含盐量较高,很容易在窑内浓缩,导致窑内结圈。而根据文献的实验研究结果,当分别提高SiO2、Al2O3及CaO的含量时,其灰熔点温度都有不同程度的上升,因此底渣的成分对于灰渣软化温度有较大的影响。根据现场操作经验,在此情况下,即使回转窑在较低温度运行时(比如850~950℃),窑内也可发现较多的熔融物,如下图所示,根据化验结果可知,其中Na含量高达35%,见表1,也印证了此推论。

  危险废弃物在回转窑焚烧装置中焚烧时,如果实际运行中操作不当,很容易产生窑内结圈的问题。当结圈严重时,将导致窑内重力负荷增加,物料运行不通畅,就会产生耐火材料被拉裂损坏,焚烧系统被迫停运等问题,因此需要从操作运行等源头上进行预防。

  根据物料灰分和热值等条件,进行物料配伍及选择合适的操作模式,使得回转窑尽量在干渣或者熔渣模式下工作,尽量避开物料在半熔融状态下运行。

  根据物料的特性,做好物料的分类及配伍,尽量采用螺旋或者SMP(破碎-混合-泵送系统)等连续进料设备进行固废的进料,同时加强回转窑配风,使得回转窑的操作温度处于较稳定的状态。

  尽量控制碱金属含量较高的物料或其他低熔点灰分废弃物的入炉量。若必须要处理高含碱金属废弃物,可以适当地配搭一些CaO,或者含有SiO2或Al2O3较高的黏土进行配伍。同时根据废弃物的热值,合理地进行配伍,以保证废弃物热值的稳定性。

  焚烧系统的安全稳定运行是危险废弃物安全焚烧处置的基础,而回转窑内部结圈是影响装置稳定运行的重要因素之一。由于国内危废的种类繁多,部分废弃物无相关的工业分析及元素分析数据,所以实际操作中可能还是存在结圈的可能。如果结圈比较严重时,可能还会造成内衬的脱落坍塌,这样就需要至少2周以上的时间进行停车清理,因此如果在保证安全的前提下在线清理结圈,就有比较现实的意义。根据笔者的经验,建议采用如下两种方式进行清理。

  根据危险废弃物回转窑灰渣的灰熔点数据可知,熔渣的熔点仅比回转窑的稳定运行温度高100℃左右。根据设计参数,一般回转窑内衬材料的耐火温度为1,350℃,因此可以考虑在回转窑运行过程中,通过调整燃烧工况,适当地提高回转窑运行温度到1,200℃左右,在不危害回转窑内衬材料的前提下,将回转窑内部结圈熔融。采取熔融态的操作模式,可以有效地解决回转窑内部的结圈问题。这种清理结圈的方式,已在国内很多危废处置中心得到验证。

  高压水枪是将30-50MPa高压水柱射入温度在850℃-1,050℃左右的结皮物料内部,在高温物料内,水骤然汽化膨胀从而使结皮爆裂,被击中的部分物料被震动垮落,相邻部分物料局部温度迅速下降而变脆、188金宝搏变硬。高压水柱的射入深度与结皮厚度相关,目的是使结皮物料爆裂垮落,而耐火材料不受影响。水柱射入的角度应仅使物料松软而不致于被大面积冲垮,否则会引起设备或人员的伤害事故。这种方法对于操作角度和空间要求较高,适用于回转窑尾部的结圈清理,但如果操作不当,也可能会损坏回转窑内衬。

  1.回转窑的操作温度对于回转窑结圈影响较大,因此,建议回转窑在干渣模式或者熔渣模式下运行,不建议在炉渣处于半熔融态下运行;

  2.进料方式和配风对于操作稳定性也有较大影响,采用连续进料的方式优于传统的间歇进料。同时优化配风控制程序,更有利于操作的稳定,减少结圈的产生;

  3.灰渣的成分(特别是低熔点盐的含量)对于结圈及结圈温度也有一定的影响,需要经过严格的配伍,尽量减少低熔点盐的入炉量或占比;

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