回轉窯焚燒處置危廢煙氣CO超標原因分析

　　焚燒法因在減量化、資源化、無害化等方面擁有其他危廢處置方式無可比擬的優勢而被廣泛應用,但焚燒過程中不可避免的會釋放出一些煙氣,煙氣中的CO如果不嚴格控制會對環境造成二次污染。本文以回轉窯燃燒爐處理危廢為例,對煙氣中CO超標問題進行分析。

　　1 回轉窯焚燒系統

　　焚燒可以實現危險廢物的無害化、減量化和資源化，在危險廢物處置行業中占據重要地位。目前處理固體廢物的焚燒爐主要有爐排式、爐床式、流化床式、回轉窯式等形式，由于適用廢物種類多、技術成熟、運行穩定等特點，回轉窯式焚燒爐在危險廢物處置行業中得到了廣泛的應用。

　　回轉窯式焚燒爐主體是由回轉窯、二燃室構成。

　　回轉窯是一個略微傾斜的內襯耐火磚的鋼制空心圓筒，以固定的速度進行旋轉，可以起到攪拌固廢的作用。根據危險廢物焚燒污染控制標準規定，回轉窯焚燒爐在處理危險廢物時，需要控制各項運行參數，保證爐溫≧ 1100℃，熱解產生的氣態物質在二燃室停留時間≧ 2s，以此保證燃燒效率≧ 99.9% 和焚毀去除率≧ 99.99%的要求。

　　焚燒后產生的高溫煙氣含有CO、HCl、SO2等，經熱量回收、半干法和干法脫酸、活性炭吸附、布袋除塵凈化處理達標后排至大氣。然而，煙氣中CO濃度超標問題時有發生，本文以某危廢焚燒企業為例，對其焚燒煙氣中CO濃度( CO排放濃度限值為80mg /Nm3超標問題進行了探討。

　　2 煙氣排放影響因素

　　圖2為該企業某一個焚燒周期內，危險廢物焚燒煙氣中CO濃度情況，在該周期內，CO排放濃度不穩定、超標頻繁等問題。CO濃度超標主要與燃燒不充分有關，受爐內溫度、升溫速率、氧氣含量、配伍等因素影響； 同時CO濃度超標間接佐證了其他有機氣體未充分燃燒的可能。

　　2.1 爐內溫度

　　根據該企業回轉窯焚燒爐運行溫度變化曲線( 圖3) ，危廢處理過程中CO超標主要集中在回轉窯焚燒爐升溫、降溫及窯內溫度不足這三個時間段。

　　回轉窯焚燒爐的焚燒系統包括回轉窯與二燃室，危險廢物先進入回轉窯內進行焚燒熱解，熱解氣體進入二燃室進一步焚燒，其中回轉窯溫度控制在850℃以上，二燃室溫度控制在1100 ～ 1150℃。回轉窯、二燃室均有燃燒器，啟動時，開啟燃燒器以提高窯內溫度。由于使用柴油作為燃料時的二燃室燃燒器功率偏低，二燃室內溫度無法迅速升至1100℃以上，熱解煙氣燃燒不充分，產生了CO。同時，為使二燃室溫度達標，還需打開回轉窯柴油噴槍進行溫度補充，但溫度不達標情況下，使用的柴油也無法充分燃燒反應，也產生了一定量的CO。煙氣凈化工序只能對煙塵、酸性氣體進一步凈化，無法去除CO，從而造成煙氣中CO超標情況發生。

　　二燃室燃燒器如果滿足二燃室升溫需要，不僅要考慮二燃室空間，還需要考慮熱損失的問題。以該企業回轉窯燃燒爐的二燃室為例，其室內體積100m3，以6小時升至850℃為計算標準，考慮到回轉窯進入到二燃室的氣體自身溫度可以達到300℃和二燃室自身熱損失，燃燒器功率應至少達到1.3 × 105 cal /h，為滿足燃燒器功率要求，該企業使用天然氣燃燒器替換了柴油燃燒器以改進燃燒效果。

　　圖4為更換燃燒器后一個焚燒周期內CO排放情況，圖5是更換燃燒器后一個焚燒周期內回轉窯焚燒爐運行溫度圖； 更換大功率的天然氣燃燒器后，二燃室溫度可迅速達到指定溫度，且回轉窯焚燒爐系統運行溫度更加平穩，進而CO超標次數、超標濃度均大幅度降低。

　　2.2 升溫速率

　　升溫速率對廢物熱解特性的影響是顯而易見的，升溫速率過快會導致廢物微孔孔體積和孔表面積有所下降，因此溫度升溫快雖然使廢物反應時間縮短，但反應不完全程度卻開始增加。

　　2. 3 氧氣含量

　　C + CO2→2CO 公式( 1)

　　2CO + O2→2CO2公式( 2)

　　C + O2→CO2公式( 3)

　　2C + O2→2CO 公式( 4)

　　結合公式( 1) ( 2) ( 3) ( 4) 可以看出氧含量對CO產生量有著重要影響，雖然在低溫中C與CO2的氣化反應并不占據主導作用，但正常運行時爐中溫度是超過900℃的，在高溫下CO2已具備了反應活性，若C過量且氧含量不足，C很可能搶奪CO2中的氧生成CO( 如公式( 1) ) ，為確保C與CO2的氣化反應速度遠低于C與O2的燃燒反應速度，充足的氧氣含量是必須的。

　　2.4 配伍

　　危險廢物的組分、結構相當復雜，其燃燒過程中產生的熱量、產物也不盡相同。熱值低的危廢要在焚燒爐中徹底分解，需要啟動輔助燃料系統，增加了企業運行成本； 熱值太高則需要燃燒爐啟用冷循環限制爐溫，降低焚燒爐的處理能力，減少爐體的使用壽命。為此需要對危廢進行配伍，一般而言配伍后廢物熱值在3000～ 3500kCal /kg。

　　目前危廢處置企業很少對危廢進行分析、分類，進行合理的配伍，廢物進入焚燒爐后很難穩定、均勻、平衡的燃燒，因此焚燒爐溫度、煙氣成分也就無法保持相對穩定，如圖2和圖3中的( d) ( e) 。

　　要實現合理、安全的配伍必須考慮廢物之間的相容性，兩種及以上廢物混合發生反應產生大量熱量、壓力、有毒氣體等情況的配伍應該避免，否則會造成爆炸、著火等危險后果。除此之外儲存危廢的容器、料倉也需要考慮相容性、安全性問題。

　　3 總結

　　根據該危險廢物焚燒處置企業的運行數據和經驗，可采取以下措施改善焚燒煙氣中CO 濃度超標問題:

　　( 1) 回轉窯焚燒爐開啟后，保證回轉窯溫度達到800～850℃，二燃室溫度達到1100℃后再投料有利于減少煙氣中CO的含量； 可以通過改善燃燒器效率保證溫度迅速達到指定溫度。

　　( 2) 保證充足的氧氣量，有利于碳完全轉化成CO2，減少煙氣中CO的含量；

　　( 3) 危險廢物的合理配伍不僅可以延長焚燒爐壽命、降低運行成本，還可以提高廢物處理效果、降低煙氣超標率。