回转窑焚烧处置危废烟气CO超标原因分析

李 琪 梁 淼

(盐城新宇辉丰环保科技有限公司，江苏 盐城 224100)

1 回转窑焚烧系统

焚烧可以实现危险废物的无害化、减量化和资源化，在危险废物处置行业中占据重要地位[1]。目前处理固体废物的焚烧炉主要有炉排式、炉床式、流化床式、回转窑式等形式，由于适用废物种类多、技术成熟、运行稳定等特点，回转窑式焚烧炉在危险废物处置行业中得到了广泛的应用[2-3]。

图1 回转窑焚烧炉系统

注：未超标数据默认为0。 图2 CO排放曲线

回转窑式焚烧炉主体是由回转窑、二燃室构成。回转窑是一个略微倾斜的内衬耐火砖的钢制空心圆筒，以固定的速度进行旋转，可以起到搅拌固废的作用[3]。根据危险废物焚烧污染控制标准规定[4]，回转窑焚烧炉在处理危险废物时，需要控制各项运行参数，保证炉温≧1100℃，热解产生的气态物质在二燃室停留时间≧2s，以此保证燃烧效率≧99.9%和焚毁去除率≧99.99%的要求。

焚烧后产生的高温烟气含有CO、HCl、SO2等，经热量回收、半干法和干法脱酸、活性炭吸附、布袋除尘净化处理达标后排至大气。然而，烟气中CO浓度超标问题时有发生，本文以某危废焚烧企业为例，对其焚烧烟气中CO浓度(CO排放浓度限值为80mg/Nm3[4])超标问题进行了探讨。

2 烟气排放影响因素

图2为该企业某一个焚烧周期内，危险废物焚烧烟气中CO浓度情况，在该周期内，CO排放浓度不稳定、超标频繁等问题。CO浓度超标主要与燃烧不充分有关，受炉内温度、升温速率、氧气含量、配伍等因素影响；同时CO浓度超标间接佐证了其他有机气体未充分燃烧的可能。

2.1 炉内温度

根据该企业回转窑焚烧炉运行温度变化曲线(图3)，危废处理过程中CO超标主要集中在回转窑焚烧炉升温、降温及窑内温度不足这三个时间段。

图3 回转窑焚烧炉温度图

回转窑焚烧炉的焚烧系统包括回转窑与二燃室，危险废物先进入回转窑内进行焚烧热解，热解气体进入二燃室进一步焚烧，其中回转窑温度控制在850℃以上，二燃室温度控制在1100～1150℃。回转窑、二燃室均有燃烧器，启动时，开启燃烧器以提高窑内温度。由于使用柴油作为燃料时的二燃室燃烧器功率偏低，二燃室内温度无法迅速升至1100℃以上，热解烟气燃烧不充分，产生了CO。同时，为使二燃室温度达标，还需打开回转窑柴油喷枪进行温度补充，但温度不达标情况下，使用的柴油也无法充分燃烧反应，也产生了一定量的CO。烟气净化工序只能对烟尘、酸性气体进一步净化，无法去除CO，从而造成烟气中CO超标情况发生。

图4 更换燃烧器后CO排放图

二燃室燃烧器如果满足二燃室升温需要，不仅要考虑二燃室空间，还需要考虑热损失的问题。以该企业回转窑燃烧炉的二燃室为例，其室内体积100m3，以6小时升至850℃为计算标准，考虑到回转窑进入到二燃室的气体自身温度可以达到300℃和二燃室自身热损失，燃烧器功率应至少达到1.3×105kcal/h，为满足燃烧器功率要求，该企业使用天然气燃烧器替换了柴油燃烧器以改进燃烧效果。

图4为更换燃烧器后一个焚烧周期内CO排放情况，图5是更换燃烧器后一个焚烧周期内回转窑焚烧炉运行温度图；更换大功率的天然气燃烧器后，二燃室温度可迅速达到指定温度，且回转窑焚烧炉系统运行温度更加平稳，进而CO超标次数、超标浓度均大幅度降低。

图5 更换燃烧器后回转窑焚烧炉温度图

2.2 升温速率

升温速率对废物热解特性的影响是显而易见的，升温速率过快会导致废物微孔孔体积和孔表面积有所下降，因此温度升温快虽然使废物反应时间缩短，但反应不完全程度却开始增加[6]。

2.3 氧气含量

C+CO2⟺2CO

公式(1)

2CO+O2→2CO2

公式(2)

C+O2→CO2

公式(3)

2C+O2→2CO

公式(4)

结合公式(1)(2)(3)(4)可以看出氧含量对CO产生量有着重要影响，虽然在低温中C与CO2的气化反应并不占据主导作用，但正常运行时炉中温度是超过900℃的，在高温下CO2已具备了反应活性，若C过量且氧含量不足，C很可能抢夺CO2中的氧生成CO(如公式(1))[7，8]，为确保C与CO2的气化反应速度远低于C与O2的燃烧反应速度，充足的氧气含量是必须的。

2.4 配伍

危险废物的组分、结构相当复杂，其燃烧过程中产生的热量、产物也不尽相同。热值低的危废要在焚烧炉中彻底分解，需要启动辅助燃料系统，增加了企业运行成本；热值太高则需要燃烧炉启用冷循环限制炉温，降低焚烧炉的处理能力，减少炉体的使用寿命。为此需要对危废进行配伍，一般而言配伍后废物热值在3000～3500kCal/kg。

目前危废处置企业很少对危废进行分析、分类，进行合理的配伍，废物进入焚烧炉后很难稳定、均匀、平衡的燃烧[9]，因此焚烧炉温度、烟气成分也就无法保持相对稳定，如图2和图3中的(d)(e)。

要实现合理、安全的配伍必须考虑废物之间的相容性，两种及以上废物混合发生反应产生大量热量、压力、有毒气体等情况的配伍应该避免，否则会造成爆炸、着火等危险后果。除此之外储存危废的容器、料仓也需要考虑相容性、安全性问题。

3 总结

根据该危险废物焚烧处置企业的运行数据和经验，可采取以下措施改善焚烧烟气中CO浓度超标问题：

(1)回转窑焚烧炉开启后，保证回转窑温度达到800～850℃，二燃室温度达到1100℃后再投料有利于减少烟气中CO的含量；可以通过改善燃烧器效率保证温度迅速达到指定温度。

(2)保证充足的氧气量，有利于碳完全转化成CO2，减少烟气中CO的含量；

(3)危险废物的合理配伍不仅可以延长焚烧炉寿命、降低运行成本，还可以提高废物处理效果、降低烟气超标率。

[1]王少权，吕自强，王辉，等.危险废物焚烧烟气净化工艺研究[J].能源环境保护，2012，26(2)：30-32.

[2]陈强.回转窑焚烧系统处理危险废物[J].福建环境，2003，20(6)：65-67.

[3]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，2007，28(2-3)：81-83.

[4]《危险废物焚烧污染控制标准》(国家环境保护总局)，GB 18484-2001.

[5]Q.Z.Li，C，S.Zhao，X.P.Chen，et al.Comparison of pulverzed coal combustion in air and in O-2/CO2 mixtures by thermo-gravimetric analysis[J].Journal of Analytical and Applied Pyrolysis，2009，85(1-2)：521-528.

[6]K.Erhard H.Wolfgang.On the suitability of agricultural by-products for the manufacture of granular activated carbon[J].Fuel，1995，74(12)：1786-1791.

[7]P.Szabo G.Varhegyi，E.Jakab，F.Till，J.R.Richard.Mathematical modeling of char reactivity in Ar-O2and CO2-O2mixtures[J].Energy and fuels，1996，10(6)：1208-1214.

[8]M.B.Toftegaard，J.Brix，P.A.Jensen，et al.Oxy-fuel combustion of solid fuels[J].Progress in Energy and Combustion Science，2010，36(5)：581-625.

[9]邢杨荣.危险废物焚烧配伍与燃烧反应分析[J].环境工程，2008，26：203-205.