回转窑危废焚烧炉耐火内衬设计及优化建议.docx

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1、回转窑危废焚烧炉耐火内衬设计及优化建议摘要概述了我国工业危险废物处理行业现状、处置技术以及回转窑焚烧系统特点，分析了我国回转窑焚烧系统的耐火内衬设计，并根据工艺特点提出优化建议。关键词：回转窑；二燃室；危险废物；焚烧炉；耐火材料目录摘要1一工Z-C刖百21 .我国危险废物无害化处置现状22 .我国危废焚烧技术33 .回转窑危废焚烧炉耐火内衬设计53.1. 回转窑运转形式53.2. 回转窑燃烧模式53.3. 回转窑处理危险废物的设计63.3.1.概述73.3.2.回转窑尺寸和运转方式的设计73.3.3.燃烧设计83.3.4.回转窑耐火材料设计93.3.5.焚烧系统的监控设计93.4. 回转窑处理

2、危险废物工程中的问题103. 4.1.结焦问题114. 4.2,安全问题113.5. 回转窑本体123.6. 二燃室143.7. 其他部位154.典型回转窑危废工艺与耐火材料设计优化建议154.1. 处理含水率高物料154.2. 窑头废液处理量大、雾化不好164.3. 铁皮（桶）等硬料处理量大164.4. 含低熔点盐量高的物料164.5. 含氟量高的物料16结束语16参考文献16刖百危险废物（以下简称危废）种类繁多、成分复杂、区域差异化严重，处理不当会带来一系列民生和社会问题。实践证明，高温焚烧是危废安全处置和减容化的有效途径，其中回转窑焚烧工艺是危废处理中最有效的处置工艺之一，具有处理危废种

3、类多、处理量大等优点。我国自20世纪90年代，逐步开始使用回转窑焚烧系统处理危废。近年来，因耐火材料损毁导致的停窑事故多有发生，严重影响了危废焚烧生产线的稳定运转率，对回转窑危废焚烧炉耐火内衬设计优化以及高效运行等提出了迫切需求。1 .我国危险废物无害化处置现状我国的危废处置从1990年开始起步，到1996年初步形成相关管理体系，直至2008年才形成国家危废名录，2013年，两高司法解释，“非法排放、倾倒、处理3吨以上危废将入刑”，被视为我国危废处理行业启动的关键点。2016年上半年，土壤污染防治行动计划、国家危险废物名录（2016年版）等危废处理相关专项规划的相继颁布实施，2017年，“十三

4、五”全国危险废物规范化管理督查考核工作方案颁布，2018年，生态环境部开展“清废行动2018”计划、工信部开展长江经济带工业绿色发展行动，2019年11月12日，生态环境部办公厅发布危险废物焚烧污染控制标准（二次征求意见稿），2020年3月100,国家标准固体废物玻璃化处理产物技术要求（征求意见稿）公开征求意见等，均让危废处理行业发展提速，进一步催化危废处理行业发展机遇。随着工业的发展，工业生产过程排放的危废日益增多。2016年，214个大、中城市工业危废产生量达3344.6万吨，其中，工业危废综合利用量占利用处置总量的45.3%,处置、贮存分别占比43.8%和10.9%,有效地利用和处置是处

5、理工业危废的主要途径。2018年，200个大、中城市工业危废产生量达4643.0万吨，预计2020年因为疫情原因，危废将增至近1亿吨。2 .我国危废焚烧技术实践证明，回转窑或水泥窑焚烧处理技术可以处理固体、液体和气体状态的工业危废，是当今处理危废最为广泛的处置技术。截至2019年7月，我国已取得危废经营许可证的水泥窑协同处置项目75个（不包含港澳台地区），核准规模462.52万吨。目前水泥窑协同处理危废主要包括固体危废、废液以及RDF替代燃料等，主要从预热器、分解炉、后窑口以及窑头罩等部位处理，典型入料方式如图1所示。与传统填埋、焚烧的处理方式相比，水泥窑协同处置废弃物有着明显的优势，但由于起

6、步晚，技术、运营、监管等多方面的体系构建尚不健全。由于水泥工艺和产品质量管控日趋严格，很多危废禁止在水泥窑中协同处置，而且协同危废处理后对运营工况、烟气成分、物料组份都造成很大变化和波动，加剧了水泥窑筒体腐蚀和系统内结圈或者结皮，缩短了耐火材料使用寿命，严重影响了水泥窑长周期稳定运行。经原才橙储娥檎科人口图1水泥窑协同处理危废系统1篦冷机；2-窑头罩；3-回转窑；4-烟室；5-分解炉；6-预热器回转窑焚烧炉是专业危废焚烧装置，如图2所示，主体设备由回转窑、二燃室、余热锅炉、急冷塔、脱酸、除尘系统构成。经过预处理的各类危废通过不同喂养方式进入燃烧系统，在自身重力和回转窑的连续旋转作用下，物料和助

7、燃空气充分接触，完成干燥、气化和燃烧过程，最后残留部分淬冷成灰渣。图2回转窑焚烧炉系统1-料坑；2-进料系统；3-回转窑；4二燃室；5-锅炉；6-急冷塔；7-脱酸塔；8-除尘；9-烟囱根据炉气和固体流动方向的不同，或回转窑中燃烧器的位置，回转窑焚烧炉可以分为逆流和顺流两种形式。其中，燃烧器热源在回转窑的进料端，固体和烟气走向相同，成为顺流式；反之，燃烧器热源在出料端，固体和烟气走向相反，称为逆流式。目前危废焚烧系统主要是以顺流式回转窑的设计为主，逆流式回转窑更适用于含水率高或热值低的危废等。回转窑焚烧炉具有适用性广特点，可同时处理固体、液体和气体的危废。环保要求日趋严格形势下，专业回转窑危废焚

8、烧炉优势明显。据统计，我国回转窑危废焚烧系统约有800条处理生产线，处理能力从20t/d至lj120t/d不等。2018年我国危废焚烧处置产能规模达到616万t/年，其中专业回转窑焚烧占比53%,主要分布在浙江、江苏、山东、河北、福建等地。3 .回转窑危废焚烧炉耐火内衬设计3.1. 回转窑运转形式按气、固体在回转窑内流动方向的不同，回转窑可分为顺流式回转窑(Co-currentflowkiln)和逆流式回转窑(Counter-currentflowkiln)两种。在顺流操作方式下，危险废弃物在窑内预热、燃烧以及燃尽阶段较为明显，进料、进风及辅助燃烧器的布置简便，操作维护方便，有利于废物的进料及

9、前置处理，同时烟气停留时间较长。在逆流操作模式下，回转窑可提供较佳的气、固混合及接触，传热效率高，可增加其燃烧速度。但逆流操作方式需要复杂的上料系统和除渣系统，成本高；同时，由于气固相对速度大，烟气带走的粉尘量相对较高，增加了控制回转窑内燃烧状况和烟气停留时间的难度。因此，顺流式回转窑焚烧炉更适于危险废物的处理，应用更为广泛。3.2.回转窑燃烧模式依据回转窑内燃烧时灰渣状态和炉内温度的不同，回转窑可分为熔渣式回转窑(Slaggingrotarykiln)和非熔渣式回转窑(Non-slaggingrotarykiln)。其中，非熔渣式又称“灰渣式”。（通往二燃室）固体灰淡图3熔渣式与非熔渣式回转

10、窑对比熔渣式回转窑的温度比非熔渣式高的多，由此可带来如下问题：回转窑耐火材料、保温材料要求较高；进料系统和助燃系统所需材料成本增大且运行寿命短；运行过程中辅材消耗大，较昂贵；烟气中重金属和NOx含量高，增加了后续烟气处理成本。虽然熔渣式回转窑熔渣热灼减率低，焚烧，但是考虑运行成本，耐火材料的使用寿命等问题，并不占优势。所以，非熔渣式回转窑在处理危险废物领域较熔渣式更为经济实用，在工程中的应用越来越广泛。3.3.回转窑处理危险废物的设计3.3.1.概述类型非熔渣式熔渣式窑体结构相对简单比较复杂，对耐火材料要求高温度要求8501000C12001430物料滞留时间相对较长相对较短添加原料不需要可能

11、需CaO、SiCh等原料降低熔渣熔点辅助燃料相对较少为非熔渣式的11.5倍烟气排放少量NOxNOx为非熔渣式10倍以上运行成本较经济较昂贵典型的回转窑焚烧炉如图所示，其设计主要分为如下几个部分：回转窑尺寸和运转方式的设计、燃烧设计、耐火材料的设计、焚烧系统的安全监控设计等。烟气图4典型回转窑焚烧炉3.3.2.回转窑尺寸和运转方式的设计一般来讲，用于危险废物处理的回转窑，其典型的长径比值为3.44.2,而回转窑的尺寸须根据容积热负荷参数来确定。回转窑容积热负荷参数控制到炉内燃烧状况的好坏，回转窑容积热负荷的范围一般为(4.2104.5)Xl()4kj/(m3h)o目前，很多项目确定回转窑尺寸采用

12、的方法是：首先，根据危险废物的成分计算出废物的热值，再根据废物的处理量确定出每小时废物在回转窑内燃烧所产生的热量，然后根据选定的容积热负荷确定出回转窑的容积，后结合回转窑的长径比，确定回转窑的尺寸。对于回转窑的运转方式，在工程实践中，回转窑的倾斜角度一般在13,转速为15r/min,回转窑的转动方向结合进料方式和助燃方式确定。处理难焚烧的危险废物可采用大长径比与低转速的回转窑；而热值较高、容易燃烧的危险废物，燃烧需要的时间稍短一些，可采用较大倾斜角与较高转速的回转窑来处理。3.3.3.燃烧设计3.3.3.1.危险废物的燃烧过程危险废物进入焚烧炉后首先接受到辅助燃烧器火焰和高温窑壁的热辐射而完成

13、加热、水分蒸发和可燃分析出的过程。随着温度的进一步升高，固态物质开始分解燃烧。废物中气态成分和固态物质析出的可燃气体在高温状态也会快速分解燃烧。在回转窑中，废物中的无机可燃成分被燃尽，长链环状物质会被分解成短链物质进入二燃室进一步分解焚烧。3.3.3.2.焚烧系统的“3T+1E”控制原则“3T+1E”是指温度(Temperature)、时间(Time)、扰动(Turbulence)和空气过剩系数综合控制的原则。“3T+1E”原则能确保危险废物的有害成份的充分分解，从源头上控制酸性气体、有害气体(二嗯英类物质)的生成，全面控制烟气排放造成的二次污染。温度是保证在焚烧炉中危险废物得到破坏的重要的因

14、素。回转窑(一燃室)设计温度为1000C,运行温度为850-1000o二燃室设计温度为1300C,正常运行温度为1100C。二燃室采用和一燃室不同的温度设计，保证了危险废物在二燃室中可充分焚毁。温度达到设计值后，为了使危险废物充分焚毁，停留时间足够长。通常地，固体物质在回转窑内的停留时间为30120分钟；烟气在回转窑内的流速控制在34.5米/秒，停留时间约2秒；烟气在二燃室的流速一般控制在26米/秒，保证停留时间大于2秒。送入炉膛中的废物同氧气充分接触，才能在高温下全部快速高效地氧化，这就要求对废弃物进行适当的搅动。搅动越频繁，废物和空气混合越均匀越有利于焚烧。在工程实际中，主要利用供风布置和

15、辅助燃烧器的布置来增加扰动。在危险废物燃烧过程中，空气过剩系数反应了燃烧状况。空气过剩系数大，燃烧速度快，燃烧充分，但供风量较大，产生的烟气量大，使后续的烟气处理负荷增大，不够经济。反之，则燃烧不完全，甚至产生黑烟，有害物质分解不。根据多年的实践经验，通常取回转窑的空气过剩系数为L11.3,回转窑十二燃室总过剩空气量系数为1.72.0。3.3.4.回转窑耐火材料设计3. 3.4.1.耐火材料的选用原则耐火材料是决定焚烧炉使用寿命的关键，其选用原则如下：1）良好的耐磨性，以抵抗固体物料的磨损和热气流的冲刷；2）良好的化学稳定性，以抵抗炉内化学物质的侵蚀；3）良好的热稳定性以抵抗炉温的变化对材料的破坏；4）高致密