摘要：随着我国各个行业不断的发展 ，废弃物品的数量也在逐渐的增多；本着安全第一的生产标准，对于危险废物的处理也显得十分重要 。回转窑是目前危险废弃物处理中最有效的设备，具有废物处理种类多等优点。随着回转窑危险废物焚烧系统应用越来越广泛，该系统在应用中的一些问题也暴露出来（如废物在窑内焚烧不充分、回转窑尾耐火材料容易脱落等），需要根据工程应用进行设备优化设计。
1 回转窑问题
典型回转窑是回转窑焚烧系统的核心设备，是由减速机驱动旋转的水平圆柱形焚烧炉，通常与水平面呈2°～5°布置，典型的回转窑如图1所示。固体废物与液体废物由回转窑头部进入回转窑，随着回转窑的旋转窑头向窑尾移动，在回转窑内依次经历烘干、热解、焚烧、燃尽等阶段，焚烧产生的灰渣由回转窑尾部排出。
1.回转窑筒体；2.前托轮；3.驱动齿轮；4.后托轮；5.冷却风套
图1 回转窑简图
目前，回转窑在运行过程中出现的问题主要有：
（1）回转窑尾端的浇注料容易脱落，维修较为频繁。
（2）部分块状危险废物焚烧后产生的残渣的热灼减率高于5%，而6%～10%为不符合《危险废物集中焚烧处置工程建设技术规范》（HJ/T 176-2005）中“炉渣热灼减率应﹤5%”的规定。
（3）由于焚烧废物产生残渣的热灼减率过高，部分灰渣需要再次入炉焚烧，增加了焚烧工作量，因而急需进行优化设计。
2回转窑问题分析
2.1 回转窑尾端浇注料脱落问题分析
回转窑尾部结构如图2所示。回转窑尾部的外面设有冷却风套，内部设置了窑尾护铁，其材质为0Cr25Ni20，窑尾护铁的截面近似呈工字型在护铁表面焊接有抓钉，抓钉的材质与护铁相同。通过抓钉的固定浇注料浇筑在窑尾护铁的四周，避免护铁直接暴露在高温烟气中而损坏。
图2 回转窑尾部结构示意图
在回转窑焚烧项目的运行过程中，两年之内曾发生了三次窑尾浇注料脱落事故，对回转窑的稳定运行造成了很坏的影响。通过对浇注料脱落后的窑尾检查发现，脱落浇注料为成块脱落，因而脱落部分的抓钉裸露了出来，但是脱落部分抓钉的牢固度仍很高，这说明了浇注料的脱落既不是由于烟气对耐火材料的腐蚀造成的，又不是由于抓钉焊接不牢固等施工原因造成的。由于未脱落部分也存在明显的裂缝，所以初步判定浇注料脱落的原因是受热膨胀造成的。
查相关资料得出:不锈钢的热膨胀系数约为16 x 10-6/ ?C，在900℃的环境下，其膨胀系数为入，=0.0144;耐火浇注料在900℃环境下，重烧线变化率不大于0.3%，即λ2 = 0.003。由于λ1/λ2≈5，所以在900℃的环境中不锈钢的热膨胀率约为浇注料的5倍。
因为窑尾护铁原有结构近似于工字型，而且高温下不锈钢的热膨胀率远大于浇注料，这样就导致了夹在两层钢板中的浇注料会受钢板热膨胀的挤压而变形，久而久之这些浇注料就会出现脱落现象。
2.2残渣热灼减率过高问题分析
危险废物焚烧后残渣的热灼减率过高，说明废物在回转窑内焚烧不彻底，可能的原因有三个:
（1）焚烧温度过低，导致回转窑容积热负荷过低。
（2）废物入炉量过高或回转窑的供风量不足。
（3）废物在回转窑内的停留时间不足。
验经过对该回转窑焚烧项目处理的危险废物进行化验，而得出的废物元素成分如表1所示。
表1 危险废物焚烧后的组成表
该危险废物的高位热值：
根据文献查得[1]，回转窑容积热负荷的范围为(4.2～104.5 ) x 104kJ/m3 h，所以该项目的回转窑容积热负荷符合常规要求。
此外:系统检测温度仪表显示回转窑运行时其内部温度稳定在850℃～950℃与其他项目一致且符合规范要求，因此导致残渣热灼减率过高的原因不是焚烧温度过低。
废物完全焚烧时，其反应方程式如下：
C + O2 = CO2 ；4H + O2 = 2H2O ；2N = N2；S + O2 = SO2；2Cl = Cl2；
2Cl2 + 2H2O = 4HCl + O2
表2 危险废物焚烧产物分析表
根据上述化学方程式，得出该危险废物焚烧过程计算表如表2所不。
根据表2可得出，该危险废物完全燃烧所需的理论空气量为:V k0=5.37Nm3/kg，回转窑的过剩空气系数按照经验值取1.2，则按照设计处理量Mh=1000kg/h，每小时所需空气量为:
VK-VKO?Mh?1.2=5.37 x 1000 x 1.2=6324(Nm3/h)
查回转窑助燃风机，得知回转窑的一次供风量为5712一10,562m3/h，风机运行稳定能够完全满足危险废物焚烧的需要，而且经危险废物进料量统计显示，危险废物的焚烧量平均约为1000kg/h符合设计要求。所以导致残渣热灼减率过高的原因并不是废物入炉量过高或同转窑的供风量不足。
经过以上分析可知，危险废物焚烧后残渣的热灼减率过高的主要原因是废物在同转窑内的停留时间不足。
2.3回转窑优化设计
针对回转窑出现的问题，结合上述分析，所做优化设计如下:
(1)针对回转窑尾部浇注料脱落问题，优化后的窑尾结构如图3所示。
此方案取消了原窑尾护铁中位于浇注料内部的横向环板，同时也缩短了纵向环板伸入回转窑内部的长度，这样既可以方便抓钉焊接，也可以最大限度减少窑尾护铁膨胀对浇注料的影响，还避免了窑尾浇注料的脱落。
(2)针对危险废物焚烧后的残渣热灼减率过高问题采取的优化措施为:特大体积的待烧物料先破碎后再入炉焚烧;在窑内增加砌筑扬料块，将废物扬起来使之充分与助燃空气接触，从而焚烧得更充分;在不影响焚烧处理量的前提下，通过变频控制尽量减慢回转窑的转速，增加物料在窑内的停留时间。这些优化措施，可使废物在回转窑内焚烧得更加充分、焚烧的时间更长，有效降低回转窑出渣的热灼减率。该优化方案实施后，回转窑出渣的热灼减率降低为3%一4 0}o，满足了规范的要求。
图3 回转窑尾部优化示意图
3优化设计结果
根据上述分析与优化设计方案，对于回转窑危险废物焚烧系统进行了改造，通过改造完成后一年多的运行情况来看，此次优化设计是比较成功的，具体体现在以下方面：
（1）回转窑尾部浇注料检修频率降低。优化前回转窑尾部浇注料每年需要检修3～4次；优化后回转窑尾部浇注料每年仅需检修一次，且检修只为补充因腐蚀而脱落的浇注料，因而检修强度大为降低。
（2）解决了进料水套容易损坏的问题。由于采用风冷，进料推头的冷却夹套故障率大为降低，由过去的每年约4次的检修频率，变为零检修。同时因为优化后
取消了冷却水泵和冷却塔，也节省了运行功率。
（3）回转窑焚烧炉渣的热灼减率符合规范规定。优化后，炉渣的热灼减率为2%～4%。
结语： 回转窑作为危险废料处分编制的主要点燃设备，具有设备单纯、运转准确、物料适应领域广和投资小等益处。但目前现实工程中还保存燃烧不充分、窑尾结渣、密封不严等问题，本文就这些问题进行改进。本次改进设计的特点是投入资金少、优化方案简单易行，技术先进、运行可靠，有利于回转窑危险废物焚烧系统的稳定运行，具有较高的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]方伟;水泥回转窑处置危险废物的技术研究[J];水泥技术;2000年06期
[2]徐波;;浅谈危险废物的鉴别与监测[J];环境科学与管理;2007年07期
论文作者:刘凌,佘熠
论文发表刊物:《防护工程》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/24
标签：回转窑论文; 危险废物论文; 浇注料论文; 废物论文; 残渣论文; 尾部论文; 过高论文; 《防护工程》2017年第15期论文;