刘增苹，汪洪伟，刘争芬

（1.北京机电院高技术股份有限公司，北京 100027；2.中石化华北分公司第一采气厂，郑州 450006）

回转窑在处理危废铬渣中的应用

刘增苹1，汪洪伟1，刘争芬2

（1.北京机电院高技术股份有限公司，北京 100027；2.中石化华北分公司第一采气厂，郑州 450006）

铬渣主要指铬盐厂生产过程中产生的有毒废渣，属于危险废物，其危害源自于所含的毒性很大的六价铬。文章介绍了危险废物处理行业中采用回转窑焚烧处理铬渣，及后续烟气净化、彻底无害化处理的工艺设计过程。为铬渣的处理提供了一套系统高效的处理方式。

铬渣;回转窑;危险废物;烟气净化;工艺设计

引言

铬渣所含的少量铬酸钙被国际癌症研究机构列为已充分证实对动物有致癌性的物质。本文介绍了危险废物处理行业中，用回转窑焚烧处理铬渣的工艺方法及应用。在处理场地将前期需要处理的铬渣、进场煤粉分别储存在各自的储坑内，通过行车抓斗的计量，铬渣与煤粉按照一定的比例通过抓斗充分混合后由链板输送机输送至焚烧车间炉前料坑内，通过行车抓斗送入回转窑内焚烧处理。回转窑与一次风机联锁，不断通入空气，确保铬渣在回转窑内处于还原状态。

回转窑产生的可燃气体和水蒸气抽送到二燃室，在这里碳氢化合物被进一步焚烧和分解。同时余热锅炉及尾气净化系统捕集的飞灰中，由于含有一部分未充分反应完全的六价铬，飞灰集中收集后送入回转窑内再次处理。烟气净化系统包括余热锅炉的高温脱氮、旋风除尘器除尘、急冷塔脱酸、袋除尘器进一步除尘、湿式洗涤塔进一步脱酸、烟气加热器除湿等多道净化工序，确保最终排放烟气达到国家有关排放标准。

1 铬渣焚烧处理方案

回转窑焚烧炉应对复杂的工业危险废物具有适应性广、技术成熟、运行稳定可靠、管理操作方便、设备维修简单等优点，与余热锅炉连用还可以回收热分解过程中产生的能量， 能有效地处理危险废物，因此在国际危险废物焚烧领域中应用最广。

铬渣和煤粉的混合物从回转窑筒体的头部进入，为提高铬渣的还原效率，该方案将铬渣与煤粉的混合比例设定为3:2。助燃的空气由筒体的头部进入，随着筒体的转动缓慢地向筒体尾部移动，完成干燥、燃烧、燃尽的全过程。在回转窑尾部装有CO测量仪，监测回转窑CO含量指标。经过还原的铬渣及燃烧完全的煤渣从回转窑尾部落入渣坑内，此时Cr6+已被还原为Cr3+，实现了对铬渣的解毒。刚出窑的渣要尽量隔绝空气，渣坑的冷却液采用硫酸亚铁溶液，对还原的铬有稳定效果，不会再次被氧化。回转窑焚烧工艺示意如图1所示。

图1 回转窑焚烧工艺示意图

1.1 回转窑的结构

回转窑由前端板、筒体、驱动及支撑机构组成。采用顺流式，即物料流动方向与产生的烟气流动方向一致。为保证物料顺利向后输送，窑体倾角2o。考虑到设备需要具有一定的超负荷运行能力，回转窑设计尺寸为Ф4.0×16.0（m），此尺寸根据项目处理规模在一定范围内可调。为防止冷空气进入和烟气粉尘溢出筒体，在回转窑窑头与筒体连接部位和窑尾与二燃室连接部位设有可靠的密封装置，采用独特的摩擦式金属密封技术，由耐热钢片、弹簧钢片、耐火纤维毡组成，以适应窑体上下窜动、窑体长度伸缩、直径变化以及悬臂端轻微变形的要求。回转窑密封示意图如图2所示。

图2 回转窑密封示意图

回转窑是一个有一定斜度的圆筒，废物通过上料机由高的一端（筒体头部）进入窑内，依靠窑筒体的斜度及窑的转动在窑内向后运动。物料借助窑的转动来促进物料在窑内的搅拌混合，使物料在燃烧的过程中与助燃空气充分接触，完成干燥、燃烧、燃尽的全过程，灰渣由窑炉尾部排出。窑头面板除设有进料装置外，还设有燃烧器、废液接口、一次风等设施。窑头设有漏灰收集装置。

1.2 回转窑控制系统

回转窑的控制系统包括回转窑转速的控制调节系统、炉膛压力自动控制调节系统、回转窑温度控制系统等。其中压力调节和温度控制通过PID远程控制调节。

1.2.1 回转窑转速控制调节

回转窑是慢速转动的设备，载荷的特点为：恒力矩；起动力矩大；要求均匀地进行无级变速。传动装置主要由以下几部分组成：

（1）驱动电机。采用单边传动，功率22kW，变频调速。

（2）减速机。电机的转速都比较高，而窑的转速一般都在0.1～1.1r/m in。两者间需要有减速机进行减速传动。回转窑电机变频拖动，根据物料的不同，转窑速度在上述范围调节以满足物料的处理要求。

（3）小齿轮。回转窑的小齿轮与大齿轮之间要留有合适的间隙，以适应窑体的转动。若两者间隙太小，则容易发生磨损等现象。小齿轮安装在大齿轮斜下方。小齿轮受水平与垂直两个方向上的力，基座受的水平力就小些，可延长使用寿命。

（4）大齿轮。铸钢材质。大齿轮由两半经螺栓联接组成，大齿轮通过弹簧片与窑壳连接而具有一定的弹性，可以保持平稳运行，减少开、停窑过程对大小齿轮的冲击，延长使用寿命。

1.2.2 炉膛压力自动控制调节

在炉膛压力调节系统中，炉膛负压测量值经过惯性延滞处理后与给定值一起送入PID中进行运算，运算结果传送到引风机变频器，从而调节炉膛负压满足机组运行要求。

1.2.3 回转窑温度控制

回转窑设计温度1200℃，焚烧温度控制在850℃～950℃，降低NOx的生成。同时废物灰渣在窑内停留30～120min，满足炉渣热灼减率＜5%的要求。回转窑内部的绝热设计保证其外表温度在180℃左右，避免HCl气体结露而造成炉壳腐蚀。

PID控制回路自动调节回转窑燃烧器的燃料油供给量以使其温度维持在设定范围内。PID调节输出控制燃烧器所用一次助燃空气调节阀，而燃料油通过一个比例调节阀与一次助燃空气之间保持一定的比例关系，使得燃烧器即能实现完全燃烧又不至于助燃风量过大而白白损耗燃料。

2 烟气净化系统

烟气净化系统设备包括烟气急冷塔、旋风除尘器、干法增湿脱酸反应器、活性炭喷射器、袋除尘器、湿式脱酸塔、烟气再加热器、引风机、烟囱、急冷水输送、活性炭粉贮存及输送、洗涤水循环系统、碱液制备等附属设备。烟气净化系统如图3所示。

为确保烟气达标排放，结合同类项目经验，烟气净化工艺采用烟气急冷 +干法脱酸 + 活性炭吸附 + 袋除尘+湿法脱酸的烟气净化工艺和技术。以下以急冷塔、袋除尘器和湿式脱酸塔为重点，介绍烟气净化工艺原理。

图3 烟气净化系统示意图

2.1 急冷塔

急冷塔由急冷塔筒体、双流体喷雾系统和供水系统组成。立式布置，内衬防腐隔热层。采用喷水降温，喷水采用压缩空气雾化。急冷塔直径2.8m，从喷嘴至烟气出口中心的高度为11m。急冷塔进口烟温550℃，出口烟温200℃，烟气急冷时间小于1s。急冷塔结构如图4所示。

图4 急冷塔

急冷塔采用喷碱液降温，采用压缩空气雾化。由于在急冷塔内发生脱酸反应，会生成一定量的盐颗粒随烟气中脱除的飞灰落入塔底，为了保证系统运行温度，在急冷塔底设置清灰槽，内衬KPI胶泥，设置检修清灰门。

2.2 袋除尘器

袋除尘器脉冲反吹式。袋除尘器基本结构由以下几部分组成：上箱体、中箱体、下箱体，排灰系统、喷吹系统、控制系统，其中包括上盖板、喷吹管、滤袋框架、多孔板、进出风口、检查门、电磁阀、气包灰斗等。袋除尘器的容量按焚烧废物设计处理量增加12%进行选型。设计阻力＜1800Pa，壳体的耐压能力为≤6000Pa，正常压力下壳体漏风率≤2%，除尘效率＞99.9%。

袋除尘器采用PLC控制吹灰。其除尘原理如图5所示。

图5 袋除尘器工作原理

袋除尘器的外壳带有保温材料，采用岩棉100mm + 0.5mm彩钢。外表面温度＜50℃。防止过度降温致使滤袋结露堵塞以造成除尘器外壳的腐蚀。袋笼材质选用碳钢 +硅油防腐。袋笼质量符合GB5917-90标准要求，满足在使用温度和烟气条件下的安全运行。此外，在危险废物焚烧炉中烟气负荷波动较大，且含湿量较大，烟尘比重小且黏，该方案采用加密龙骨，延长了滤袋的使用寿命。

2.3 筛板式洗涤塔

洗涤除雾塔塔内装有旋流塔板，除雾波纹板。旋流塔板材质为316L，塔体材质为Q235，衬玻璃钢防腐。板式塔内装有数层穿流式筛板，烟气呈发散状进入吸收塔底部，然后继续垂直往上通过筛板，酸性气体的吸收就发生在这个部位。通过喷淋管上带喷嘴的喷头将循环液扩散到整个塔截面，确保所有气体都能够与循环液充分接触。喷淋管由上下两根布置构成一组，用来确保烟气进入筛板之前达到露点温度。吸收塔本体Ф3000×15,300（mm），筒体材质为碳钢，厚度10mm，内衬玻璃钢防腐。湿式洗涤塔为成套供应，出口烟温为70℃。

筛板上面有一个波纹状除雾器，通过该除雾器可从烟气流中去除所有液滴。除雾器带有冲洗喷头，可间歇地喷入高压清洁水清洗除雾器，去除可能沉淀其上的盐类物质。筛板塔下部设循环水槽，用于收集来自吸收塔内的循环碱液。循环泵从水槽抽取循环碱液，供筛板塔使用。筛板式洗涤塔的结构如图6所示。

图6 筛板式洗涤塔结构

喷淋液循环系统由洗涤水池、碳酸钠储罐、pH计、洗涤喷淋泵及管路等组成。洗涤塔回水、药液均进入池内，经过滤、沉淀后，上清液进入循环碱液池，由洗涤喷淋泵提升至洗涤塔内。

碳酸钠通过螺旋输送机直接加入到循环水池中，加入量由循环碱液pH值控制。pH计在线监测冷却塔出水管碱浓度，控制投加药液的量，以保证循环液对碱浓度的要求，使酸性气体与药液中和后不腐蚀系统设备。

3 结语

针对铬盐生产对环境造成的污染日益严重的问题，设计了一套有针对性的用于处理危险废物铬渣的焚烧净化工艺流程。运用已经成熟的危废焚烧处理设备，对铬渣进行焚烧，进一步净化烟气，使铬渣处理最终产生的固态废渣和气体均对环境无害。送入回转窑的铬渣铬含量为20～30mg/L，还原后降为0.1～0.2mg/L，远远低于国家标准规定的限值0.5mg/L。数据证明该方法具有很好的处理效果，可以在环保行业推广应用。

回转窑焚烧处理铬渣具有以下优点：

（1）危废处理行业中，回转窑焚烧净化系统具有一套成熟的工艺设备。

（2）回转窑中铬渣高温焚烧，铬渣与煤粉的混合比例适当，还原效率很高。

（3）回转窑产生的尾气有一套完整的净化处理工艺，可防止排入大气中的烟气造成二次污染。

[1] 石玉敏，李俊杰，都兴红，隋志通.采用固相还原法利用工业废渣治理铬渣[J].中国有色金属学报，2006（5）.

[2] 景学森，蔡木林，杨亚提.铬渣处理处置技术研究进展[J].环境技术，2006（3）.

[3] 王彦君，朱军，刘漫博.铬渣无害化综合利用的实践[J].甘肃冶金，2008（2）.

[4] 张茂山，肖勇，朱元洪，等.铬渣治理技术及应用现状[J].中国资源综合利用，2007（10）.

[5] 张锡民.综述铬渣治理与利用[J].资源节约和综合利用，1990（12）.

Application of Rotary Furnace in Treatment of Hazardous and Waste Chromium Residues

LIU Zeng-ping1, WANG Hong-wei1, LIU Zheng-fen2
(1.Beijing Mechanical and Electrical Institute Co., Ltd, Beijing 100027; 2. First Gas Production Plant of North China Branch, Sinopec, Zhengzhou 450006, China)

The chrom ium residue mainly refers to the toxic waste residues produced from the production course in chrom ium salt p lant, belonging to hazardous wastes. The hazardous source comes from the heavy toxicity sexavalent chrome. The paper introduces the treatment of chrom ium residues by adopting rotary furnace incineration in hazardous waste treatment industries and technology design of purification of flue gas and harm less treatment; and provides one set of treatment method with high efficiency system in chromium residue treatment.

chromium residue; rotary furnace; hazardous waste; purification of flue gas; technology design

X701

A

1006-5377（2014）03-0024-04