技术研究｜水泥窑协同处置废物系统集成化研究

2)停留时间：停留时间包括焚烧物停留时间和烟气停留时间。焚烧物的停留时间是指从废物进炉开始到焚烧后的残渣从炉中排出所需的时间;烟气停留时间是指从废物焚烧产生烟气到烟气排出焚烧炉所需的时间。停留时间需根据所处置废物的不同性质决定，实际操作中，焚烧物在炉中的停留时间应大于理论上干燥、热分解、燃烧所需的总时间，焚烧烟气的停留时间应保证烟气中气态可燃物完全燃烧。停留时间的长短直接影响焚烧的完善程度，停留时间也是反映炉体容积尺寸的重要依据。废物进入炉内的形态及粒度对焚烧所需时间影响甚大，所以炉体形式及构造应该满足不同废物的停留时间需求。当其他条件保持不变时，停留时间越长，焚烧效果越好，但停留时间过长会使炉子的处置能力降低，同时增加热耗，但停留时间过短也会使有害物分解不完全，所以停留时间可控是很重要的。一般烟气停留时间≥2  s，废气除去恶臭的停留时间一般1  s以下。焚烧物的停留时间因物质性质不同和炉内分散状态不同相对更复杂，在预燃炉中的停留时间应可人工控制或自动控制，上限值可设定，保证焚烧物能够有足够时间分解燃烧。

3)过剩空气：炉内燃烧过程应保持一定的过剩空气，过剩空气对废物燃烧状况有很大影响，过剩空气也是保证焚烧过程中有机物完全燃烧的必要条件。此外一氧化碳与二恶英的生成也有一定的相关性，适当的空气过剩系数可保证焚烧更加充分。但引入冷风过多会降低焚烧温度，因此需要引入部分三次风入炉，三次风的进入量可调节控制，保证供氧充足，同时热空气量的灵活调控也能起到调节炉温稳定的作用。冷风一般通过燃烧器或漏风带入，对废物进行除臭所抽取的气体也可以进入炉中，但此气体量不宜太大，一般是就近的输送设备下料点为防止异味外逸，保持一定负压所设置的抽风点抽取的少量气体入炉。

4)混合均匀：均匀的焚烧可促进反应更彻底，炉体形状的设计应使气流形成一定的湍流状态，焚烧物也应改变单一的堆积状态，更有利于焚烧的废物与助燃空气充分接触，燃烧气体与助燃空气充分混合，需加强气流扰动和料流的翻动或流动，以实现不同物性、不同相态多种废物的均衡混合燃烧。由于湍流状态会使炉体阻力损失增加，因此，炉型设计需要把握好这种平衡。

5)系统简捷：预燃炉在水泥烧成系统的位置设置主要考虑将分解炉作为衔接点，焚烧后的灰渣及燃烧后的气体均入分解炉，节省了灰渣外排的热损失及外循环电耗，预燃炉在窑尾框架内就可以布置，对现有生产线的改造也很方便，灰渣的成分应有预先的检测和统计，在生产过程中只要加强管理和控制，就能够保证正常生产，且不会对熟料质量产生不利影响。

预燃炉所需要的主要技术条件实际上是相辅相成、互相影响的，一般呈堆积状态的废物表层与底层的温度是有差异的，表层处于燃烧火焰区域内和区域外的温度也是有差异的，焚烧温度的不均衡需要增加停留时间来弥补，同时也会增加热耗，冷、热风的调节除影响焚烧温度，也影响过剩空气及气流混合状态。因此，废物在炉内不能始终呈堆积状态，由于废物密度、粒度的差异和限制，要始终保持悬浮状态也是有难度的，焚烧物的停留时间怎么进行调节和控制就需要在炉型设计上认真考虑。课题研究设计了两种炉型，一种是推杆式，另一种是导流式，两种炉型都可以实现焚烧物在高温状态下的堆积、翻动、流动交替，对焚烧物起到了炉内均化作用，促进了焚烧条件的稳定和均衡。根据现场情况及空间布置可以选择不同的炉型。

1.2.2窑头焚烧

废物在窑头焚烧，其焚烧温度更高，烟气停留时间更长，对有害物质的分解更加有利，应该将废物连续均衡地送入窑内焚烧是较为合理的，能通过燃烧器将废物喷射入窑更为简便有效，但采用喷射的方法对废物的物理性能适应性如何需要进行验证，特别是针对粒度较大、水分较高的固态废物采用喷射方法入窑是否可行，采取哪些技术措施保证可靠运行是课题研究的重点。从窑头加入的固态替代燃料一般都加工成干燥粉粒状物，用喷射的方法也很容易实现，但对于像生活垃圾这样的废物要加工成干燥粉粒状会消耗更多的能耗并增加处置成本，从经济方面是不合适的。因生活垃圾成分复杂，其组成物的物性差异很大，经取样分析，未经烘干的物料水分可达到35%~40%，而且随天气及季节变化，其水分还有可能增加。粒度受破碎设备的限制，排料粒度只能控制到≤30  mm，如果此性能的物料能够顺利喷入窑内，则相对干燥、均质的物料就更容易实现，所以采用未经烘干的生活垃圾作为窑头焚烧物更具有实际意义。

课题研究采取的主要技术措施：

1)抽取从窑头余热发电系统排出已经废弃不用的80~100  ℃低温废气作为喷射气体可以削弱水分的黏附作用，同时还可以回收一部分已经废弃的热能，这种废气因温度太低，已经无法再用于烘干作业，但缓解含水废物在管道内的黏附作用还是有一定效果的。

2)采用分隔混合喷射装置，控制料流与通过气流匀速混合，气流对管壁的冲刷可以削弱废物与管壁的黏附作用，使物料与气流搅动混合，进一步阻止物料与管壁黏附，使其能顺利喷入窑内。

3)在喷射过程中，计量装置根据气体流量控制废物的给入量，起到稳定流量的作用，可以调节固气比，进一步适应水分波动变化而消除带来的黏附效应，保证固气混合效果，使物料在管内不发生堵塞。

通过以上水泥窑烧成系统的整合基本可以适应不同性能及焚烧条件的废物焚烧处置的要求，并且没有对原水泥生产系统进行过大的修改和变动，在焚烧这个环节上实现了以简捷的系统完成集成化处置废物的目标。

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