回转窑焚烧处置危废烟气CO超标原因分析

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回转窑焚烧处置危废烟气CO超标原因分析

摘要：
焚烧法因在减量化、资源化、无害化等方面拥有其他危废处置方式无可比拟的优势而被广泛应用,但焚烧过程中不可避免的会释放出一些烟气,烟气中的CO如果不严格控制会对环境造成二次污染。本文以回转窑燃烧炉处理危废为例,对烟气中CO超标问题进行分析。
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。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。

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。根据危险废物焚烧污染控制标准规定，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。

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。
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 × 105 cal /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。

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。
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) ) ，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，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。

内容来源：北极星环保网