回转窑焚烧炉、炉排炉与热解炉:按废物选炉型

回转窑焚烧炉、炉排炉与热解装置不是同一台机器的三个规格。它们是进料到来时是什么样子这个问题的三个答案,而先定下选择的是废物,不是处理能力。

带控制柜与燃烧风机的双腔式固体废物焚烧炉
Incineration & flue gas

废物燃烧之前,炉子必须先做什么

废物床层中的燃烧分三个相互重叠的步骤。水先离开,接着挥发分以气体的形式析出,然后剩下的固定碳烧尽。每一种炉型都把这三个步骤安排在时空中的某个位置,而正是这种安排决定了炉子能接受哪些进料。回转窑焚烧炉在转筒把料层不断翻动、并让它向下移动的过程中完成这三步;炉排炉在废物被向前输送的过程中沿炉排长度依次完成;热解或气化装置则有意把第二、第三步分开,在几乎没有氧或完全无氧的条件下把挥发分析出,之后再把它烧掉。

列出设备范围是另一件事,在焚烧炉各页上完成,那里描述了净化配置和各台设备。本文留在问题的废物这一侧,因为是废物决定一种炉型行还是不行。

危废用回转窑焚烧炉:把进料翻动的炉子

回转窑是一个衬耐火材料的钢制圆筒,略微倾斜、缓慢转动,上端进料、下端出料。转筒转动时料层翻滚,新表面持续暴露在火焰和热烟气中,而本来会在炉排上堆成一堆的物料——密封的桶、打包件、黏稠的膏体——被这种运动本身打散。回转窑是一燃室;它释放的烟气进入完成燃烧的二燃室,而排放标准所围绕的温度和停留时间正是由二燃室承担的。

它适合的进料是不规则的。危险废物与工业废物是它的经典任务:以桶装、袋装、污泥和液体的形式到来,每一批货组成都变,而且没有一种能铺成均匀的料层。GB 18484-2020 规定危险废物焚烧的高温段为 1100 °C、停留时间至少 2.0 秒,而衬耐火材料的回转窑正是能在接收这类进料的同时维持这种温度的布置。

回转窑付出的代价是机械上的。它有一个转动的筒体,两端与固定段相接处各有一道密封,而这些密封就是决定回转窑可靠性的维护项。转筒是按批次投料,而不是以薄薄的连续料层进料,所以处理量既是转筒尺寸的属性,也是投料周期的属性。热损失以及需要反复加热和冷却的耐火材料质量,都比紧凑型设备更大,这就是回转窑通常是对难处理进料、而不是对简单进料的答案的原因。

生活垃圾用炉排焚烧炉:把进料带过去的炉子

炉排焚烧炉在移动的料床上燃烧废物。成排的炉排片以往复或向前的顺序运动,把垃圾沿炉排往前推,同时从炉排下方和料床之上送入燃烧空气。废物在进料端干燥,在中段着火并烧透,残余物在远端以炉渣形式排出。正是这种推进过程,使炉排成为能把一股量大、连续、分选差的垃圾流变成稳定工艺的炉型。

这个稳定工艺依赖一种炉排能铺开的进料。生活垃圾炉排焚烧炉依赖料床沿炉排相对均匀,而经典的设计应对——机械预处理、混合料仓、送出稳定料层的给料推杆——存在的意义就是保护这个前提。GB 18485-2014 规定生活垃圾焚烧的炉温至少 850 °C、停留时间至少 2 秒、炉渣热灼减率不超过 5%,而炉排正是装置中必须交出这个燃尽度的部分。

炉排做不到的是接受一种躺不平的进料。一桶密封的溶剂、黏的脱水污泥,或者一件卡在给料溜槽里的大件,会直接让这套机构失效,而不只是让它变慢;为生活垃圾建的炉排装置,通常靠门口接收规则、而不是靠炉子本身来把这些物流挡在外面。

固废用热解焚烧炉:把过程一分为二的炉子

热解装置在完全无氧的条件下加热废物;气化装置则通入废物完全燃烧所需空气量中的一个受控份额。两者都把挥发分作为可燃气体析出、留下焦炭,而气体在第二段被烧掉——这意味着固废热解焚烧炉最终仍然落在一个燃烧室里,后面仍然有一条烟气处理线。

这样做在工程上的理由是必须净化的烟气量。在常规炉中,烟气的大部分是过量供入的空气带来的氮气,所以一座烧一吨废物的装置产生的是体积大、污染物浓度低的气体。两段式工艺只供给第二段所需的空气量,所以离开氧化段的气体体积更小、浓度更高。这就是这种布置在小型分散装置上有说服力的地方——在那里,烟气处理线的规模占成本的很大一部分。

代价是控制。进料负荷变动时,热解段必须被维持在自己的温度区间内;焦炭必须处理;而有两个反应区的工艺对操作员的要求比只有一个燃烧床的工艺更高。在多数地区的法规里,热解与气化的定位也与焚烧不同,所以这类装置的残渣与排放义务必须对照适用于该场地的规则来确认,而不能照焚烧炉的来假定。

按废物选择焚烧炉炉型

作为起点而不是规格来读,常见的配对来自进料,而不是来自设备目录。

  • 医院与诊所医疗废物的焚烧炉型,这类废物以袋装和箱装按日周期到来——中小型的两腔式设备,其任务是就地销毁与感染控制,而不是吨位。
  • 集中式处理厂的生活垃圾与市政固废——炉排炉,因为进料是散装、连续、只经过部分分选的,而且可以沿炉排铺开和翻动。
  • 塑料、轮胎或某一种工业残渣这类均匀、高热值的物流——热解或气化,因为两段式工艺需要一种不会每小时都变的进料。
  • 脱水污泥,它带的水比燃料多——配辅助燃料的专用设备,或与更干的物流混烧,因为污泥单独是维持不住燃烧温度的。
  • 以桶装、包装件或污泥、膏体形式到来的危险废物与工业废物,以及每一批货都在变的任何物流——回转窑,因为翻滚的筒体能把进料打散,而耐火材料能维持 1100 °C。

在具体场地上,什么决定选哪一种

五个条件起了大部分作用,而前两个通常在其余几个被讨论之前就已经把问题定了。

  • 废物到来的形态——散装可铺开的,还是容器装载的、膏状、不规则的。
  • 进料变化的程度。依赖均匀料床的炉子需要一种能被弄均匀的进料;回转窑能容忍炉排容忍不了的波动。
  • 标准要求的温度。危险废物要维持的高温段数值比生活垃圾高,而这个数值决定装置带多少耐火材料和多少炉膛容积。
  • 间歇还是连续运行,以及残渣去向。炉渣、灰和焦炭是不同物料、处置规则也不同,而一处场地若无法安排其中一种的去处,就等于在选另一种炉子。

常见错误

  • 按采购价格选炉型,事后才发现进料处理不了。炉子是装置中唯一一个后期无法改造的部分。
  • 以为用了热解装置就不需要烟气处理线了。气体仍然必须燃烧和净化,而排放限值适用于整座装置。
  • 把湿的、黏的或大件的进料放到炉排上,指望预处理能解决。预处理能让勉强可用的进料变得可控;它不能让铺不开的进料铺得开。
  • 只按吨位给炉子定规模,不看进料的热值。两种不同废物同样的每小时千克数,不是同样的热工任务。
  • 把炉型当成品牌来读。两家供应商的回转窑是同一种炉型,供应商之间的差别在密封、耐火材料和烟气处理线上。

炉型定下来之前的自查

  • 废物是按物理形态和变化程度描述的,而不是只按吨位和名称吗?
  • 适用标准要求的温度、以及与之配套的停留时间,都确定了吗?
  • 装置真正会收到的进料——包括临时到来的批次——就是选炉型时所依据的那种进料吗?
  • 残渣去向和进料热值都核对过了吗,使炉子按热工任务定规模、灰也有去处?
  • 炉膛之后的烟气处理线,有没有被纳入三种炉型之间的对比?

从一股废物流到一个炉型

废物与炉型的配对在设备清单写出来之前就已经定下,而且是从进料定下的:它的物理形态、变化程度,以及之后气体和残渣要经历什么。焚烧炉各页载有设备范围以及每种炉型对应的净化配置,焚烧炉排放图表列出装置必须达到的数字,而垃圾热值与焚烧炉一文接上下一个问题:进料把多少热量带进炉膛。把废物描述和适用标准发给我们,你这股废物的炉型、炉膛尺寸与烟气处理线将按你的废物组成与工厂确认,而不是从一张通用表格上推断。

请告诉我们现场要处理什么。