吴兴国

摘要：将废脱硫活性炭与热轧含油污泥这两种危废进行了配伍焚烧试验，通过调节废活性炭的添加比例，探究了焦炉煤气（COG）的消耗及整体焚烧产线运行情况。结果表明：随着废活性炭含量的增加，燃烧消耗助燃空气量也随之增加，尾部烟气量稍有下降。当含油污泥中废活性炭含量为15%时，回转窑COG消耗量下降约10%，降低能源消耗，且尾气各在线监测参数均达标排放，在实现焚烧处置含油污泥地同时最大化的实现了废活性炭的资源化、合规化的处置。

关键词：热轧含油污泥;废脱硫活性炭;配伍焚烧;资源化

中图分类号：X701.7

文獻标识码：A

文章编号：1674-9944（2018）14-0179-03

1 引言

热轧含油污泥是钢铁冶炼行业生产过程中热轧工序段产生的含油污泥，含油率较高，其中还含有大量的重金属、病原菌等有毒有害物质，已被列入《国家危险废物名录》，依据《国家清洁生产促进法》和《固体废物环境污染防治法》要求，必须对含油污泥进行无害化处理。焚烧处置含油污泥能够将污泥中的有害物质去除，并且实现减量化、稳定化、无害化和资源化，但是焚烧含油污泥需要消耗大量的燃料，成本高，投资大。近年来，伴随危废焚烧配伍的发展，国内外许多学者对含油污泥与生物质如煤、秸秆等混合燃烧的研究发现，混合生物质燃烧较含油污泥单独燃烧效果好。因此探究含油污泥配伍焚烧已是大势所趋。

废活性炭，是指经脱色或吸附饱和后，内部孔隙结构被吸附质堵塞，失去吸附能力的活性炭。工业生产过程中所产生的废活性炭，因所吸附的吸刚质为有毒有害物质，绝大多数废活性炭都归属危废范畴。废弃活性炭可通过再生技术使其重新获得吸附能力，但再生技术工艺复杂且成本高，有可能产生二次污染。鼓励废物的资源化利用和深度利用是危废处置的一贯追求，由于废活性炭的基体为活性炭，因此具有一定的热值（参考干碳热值3000 - 3300kj/kg），燃烧会放出一定的热量，通过利用废活性炭的热值来对其进行合规化处置是一个研究方向。

结合上述内容，本文就废活性炭与热轧含油污泥配伍焚烧试验进行研究，在保证烟气及尾气排放达标的基础上，研究废活性炭的添加对减少焦炉煤气（COG）用量的贡献。

2实验部分

2.1材料

试验物料热轧含油污泥由某钢厂热轧车间产生，废活性炭为经烟气处理吸附SO₂达饱和而无吸附能力的废弃活性炭。热轧含油污泥主要组分见表1。

2.2试验方法

采用焚烧热轧含油污泥用回转窑为本次实验的焚烧设备，处理能力为4 t/h，焚烧整体工艺如图1。同转窑焚烧温度850℃，二燃室温度1100℃。将含油污泥与废活性炭按五组不同质量比进行混掺，每组总重量10 t，随后进行焚烧，每组具体比例详见表2。以每0.5h为一个时间段，研究不同废弃活性炭掺混比例下每个时问段对含油污泥燃烧过程中回转窑COG消耗量、尾气排放、烟气景、助燃气消耗量及焚烧尾渣的影响。

3结果与讨论

3.1含油污泥与废活性炭不同掺烧比例下回转窑COG消耗量

图2给出了不同比例废活性炭掺杂下，回转窑内部COG在各时间段的消耗量比较，其中横坐标0.5 h表示从焚烧开始到0.5 h期间内COG的平均流量（单位Nm³/h），横坐标1h表示从焚烧0.5 h到1 h期问内COG的平均流量，以此类推。

①段线为纯含油污泥焚烧的变化图，从图2可以看出，整个焚烧期间，回转窑内部COG的流量没有发生太大变化，COG流量围绕在590 Nm³/h上下合理范围内浮动，表明整套焚烧系统运行比较稳定。随着废弃活性炭的掺入，回转窑内COG通入的流量随之下降，并且废活性炭掺杂量越多，消耗COG的量就越少，这是因为活性炭基体本质为炭，具有很高的热值，活性炭燃烧释放的热能可以代替部分COG燃烧释放的热能，从而减少了COG的消耗。从图中可以看出，掺杂5%、10%、15%废活性炭的含油污泥稳定燃烧时平均消耗COG流量分别为570 Nm³/h、560 Nm³/h、530 Nm³/h，分别减少COG消耗3%、5%、10%。

图2中，各组实验焚烧的起初阶段COG流量变化不大（对应各组实验的0.5h处），这是由于焚烧初期，物料刚刚入窑，对窑内原始状态冲击造成的，随着焚烧的慢慢进行，窑内环境趋于稳定，新物料的进入不会再引起波动。然而废活性炭的掺杂量并不是任意添加的，⑤段线只画出来第一个点，这是因为添加20%的活性炭的含油污泥，在进入窑内十分钟左右，由于炭含量较高，最大量的助燃空气无法满足混合物料的完全燃烧，各管路烟气量陡升，且回转窑内产生大量烟尘，此情况下，立即中断进料，不再对该配比下的混合物料进行焚烧试验，本文的后续章节也不再对此混合比例下的含油污泥焚烧情况做分析介绍。

3.2含油污泥与废活性炭不同掺烧比例下烟气量、助燃空气量变化

回转窑尾部烟气量整体呈现低开高走的趋势，一开始物料入窑时，回转窑尾部烟气量最低，这是因为焚烧才刚刚开始。随着焚烧趋于稳定，烟气量整体上升并变化不大。掺杂废活性炭的污泥焚烧整体烟气量小于未掺杂废活性炭的污泥·如图3所示，这是因为废活性炭代替了部分COG作为热源燃烧，相同热量产生的条件下，活性炭燃烧产生的烟气量稍小，但是由于物料的属性不同及焚烧的复杂性，掺杂不同比例活性炭的含油污泥焚烧时，回转窑尾部烟气量的变化没有呈现出相关规律。

图4给出了掺杂不同比例废活性炭的含油污泥焚烧时回转窑内部空气消耗量的变化，未掺杂废活性炭的含油污泥焚烧时消耗空气量最少，随着废活性炭掺杂比例的增加，混合物料消耗的空气量随着上升，这是因为废活性炭的主要可燃成分是碳，而COG主要可燃成分为CO。

3.3含油污泥与废活性炭不同掺烧比例下尾气排放及尾渣情况

由于废活性炭中吸附了SO₂，在焚烧时，因基体活性炭燃烧，吸附的SO₂释放到烟气中，必然导致烟气SO₂含量增加，图5给出了掺杂不同比例废活性炭的含油污泥焚燒时烟气中SO₂含量的变化。

本套含油污泥焚烧线采用的是干法和湿法两段脱硫，其中干法脱硫采用的是石灰/石灰石法，湿法脱硫采用的是20% NaOH溶液。从图5中可以看出，纯含油污泥焚烧，即线①，焚烧初期，烟气中SO₂在0.5 h内的均值为20 mg/m³，随着焚烧趋于稳定，烟气中SO₂含量有一定幅度上升，在焚烧后期，由于物料焚烧殆尽，尾气中SO₂含量也相应下降。

线②和线③分别对应掺杂5%废活性炭和掺杂10%废活性炭的含油污泥焚烧尾气中SO₂含量变化，从图中可以清晰的看出，随着废活性炭掺杂量的增加，尾气中SO₂含量随着增加，掺杂10%废活性炭的含油污泥在焚烧2h时，SO₂含量半小时内均值为55 mg/m³（上海市SO₂排放地标小时均值100 mg/m³，日均值50mg/m³）。因此在焚烧掺有15%废活性炭含量的含油污泥时，增大了石灰，/石灰石的喷入量，因此每半小时内的SO₂含量均值相比较掺杂10%废活性炭的含油污泥焚烧时稍有下降。后期还可以通过增大湿法脱硫段NaOH溶液的浓度来进一步降低尾气中SO₂含量，为尾气排放达标保驾护航。

对每组焚烧后的焚烧渣进行取样比较，掺杂过废活性炭的含油污泥焚烧后，焚烧渣形态并没有出现变化。

4结论

（1）废活性炭与含油污泥混烧的过程中，由于废活性炭的基体由碳元素组成，碳在焚烧时会产生一定的热量，可以代替部分COG燃料燃烧产生的热量，焚烧掺杂5%、10%、15%废活性炭的含油污泥可分别减少COG消耗3%、5%、10%，节省能源、降低焚烧运行成本的同时还可以通过焚烧消纳处置危险性废弃物脱硫活性炭，实现废弃活性炭资源化处置。

（2）废活性炭掺入到含油污泥中，由于碳和COG燃烧时耗氧量不同，混合焚烧时回转窑内部耗氧量略有增加，需增大助燃空气鼓入量。燃烧后，回转窑尾部烟气量随废活性炭掺杂比例的增加而略有下降。由于主风机及助燃风机额定风量的限制，在焚烧掺杂20%废活性炭的含油污泥时，本试验采用焚烧线由于助燃风量不足，导致各管路中烟气量陡升，增大除尘、脱硫单元的负荷，有可能损坏主体焚烧设备。

（3）废脱硫活性炭掺杂含油污泥进行焚烧，由于活性炭中吸附大量SO₂等硫元素，在焚烧时由于基体活性炭燃烧殆尽，吸附的硫元素在回转窑内部高温下形成大量SO₂，使得尾气中SO₂含量增加，随着废活性炭掺杂比例的增加而增加，为使娴气排放达标，需对脱硫单元进行适应性调整，实现对废弃活性炭的合规化处置。