刘 丹

(临沂大学建筑学院,山东临沂,276005)

随着能源价格的上涨,造纸企业对于能源自给越来越感兴趣,并考虑将造纸固体废弃物作为能源加以利用。

1999年,欧盟执行了为降低垃圾填埋量所制定的欧洲指导方针,所有成员国都应逐年减少生物质废弃物的填埋比例,并计划到2020年实现无生物质废弃物填埋处理。在英国,倾倒固体废弃物需缴纳额外的税金[1]；德国规定采用焚烧工艺来处理造纸固体废弃物；造纸固体废弃物的焚烧处理工艺也在意大利推广。造纸固体废弃物经焚烧处理后可减容90%,但焚烧产生大量的烟尘、臭味和二恶英会对人体造成极大危害[2],所以不能曝露在空气中焚烧,固体废弃物焚烧处理是否得当直接影响节能减排的效果。我国能源缺乏,固体废弃物的再利用逐渐受重视[3]。

本文以广东惠州市博罗县新柏纸厂(以下简称新柏纸厂)为例,将造纸固体废弃物(如废塑料皮和草渣等)在锅炉中进行焚烧处理,其热能加以利用,产生蒸汽,进一步用于生产。新柏纸厂是一家以美废和国废为原料生产瓦楞原纸、年产能达4万t的造纸企业。

1 造纸固体废弃物的热力学特性

新柏纸厂产生的固体废弃物主要由废塑料皮、草渣和造纸污泥组成,废塑料皮主要包括塑料包装、泡沫塑料及塑料电脑纸等,其可燃物较多,热值较高；草渣主要由稻麦草及芦苇中的碎叶片和麦糠、稻壳等组成[1],热值很高；造纸污泥是生物质污泥和脱墨污泥的混合物,含水量大,约为70%。长期以来，新柏纸厂都是采用堆放、填埋和定点焚烧的方式来处理这些固体废弃物。

新柏纸厂与临沂大学合作,对该厂造纸固体废弃物进行研究分析。新柏纸厂造纸污泥的发热量低(约为2300 kJ/kg),含水量又高,这两项特点决定了以其为燃料燃烧时所需的干燥时间长,着火困难,并且燃烧所产生的烟气温度低,因此单独采用这种污泥作为燃料不能维持稳定的燃烧。所以,将新柏纸厂的固体废弃物作为燃料进行燃烧,以及分析燃料的热力学特性时,不考虑造纸污泥。该厂每天产生约50 t的固体废弃物(主要指废塑料皮和草渣的产生量),其热力学特性：①废塑料皮,产生量33 t/d、发热量9628 kJ/kg、含水量57%、灰分10%；②草渣,产生量17 t/d、发热量10465 kJ/kg、含水量20%、灰分32%；③废塑料皮和草渣的混合燃料(按每天的产生量混合),发热量9913 kJ/kg、含水量44.4%、灰分24.5%、碳元素及氢元素的含量分别为20%和3.5%。

2 造纸固体废弃物的焚烧处理

2.1 LC50-6-1.25焚烧锅炉

2009年,新柏纸厂引进了LC50-6-1.25焚烧锅炉,将造纸固体废弃物作为LC50-6-1.25焚烧锅炉的燃料进行焚烧,用于生产蒸汽。LC50-6-1.25焚烧锅炉由带式输送机、送料装置、往复炉排、空预器、下部钢架、下部炉墙及落灰装置等主要部件组成。主要技术参数：额定蒸发量6 t/h,额定蒸汽压力1.25 MPa,饱和蒸汽温度193.3℃,给水温度20℃,本体受热面积186 m2,空预器受热面积255 m2,锅炉设计热效率70%。设计燃料为造纸固体废弃物(60%废塑料皮和40%草渣),若燃料的含水量高,则着火燃烧困难,设计要求废塑料皮和草渣的含水量分别低于40%和20%,燃烧时通过自然晾干降低其含水量。

为防止废塑料皮受热熔化成团、黏结炉排、影响热空气进入炉膛,采用与水平方向成16°倾角三级往复炉排的布置方式,并在每两级之间设置合理的落差,使燃料从前向后推动前进的同时有一个下落翻动过程,在上级炉排落至下级时有一个较大的翻滚,起到自拨火作用,有利于充分燃烧。

2.2 燃烧污染物的控制

LC50-6-1.25焚烧锅炉通过严格控制燃烧状态和使用烟气净化设备来控制焚烧污染物的产生量。燃烧状态的控制主要是控制进气量、燃烧温度以及烟气在炉膛内停留的时间等。由于造纸固体废弃物中含有各种易熔易黏的物质,燃烧时容易形成团状且表面固化,通过推动炉排的往复运动,使固体废弃物充分搅动,提高其透气性,以便于干燥、着火和燃烧。废塑料皮的主要成分是聚氯乙烯和氯代苯,当其不充分燃烧或燃烧温度不高时,会产生二恶英等有害物质,但二恶英可在850℃以上的高温烟气区域内分解燃烧。国家相关标准规定：为防止二恶英的产生,必须保证烟气在高于850℃的烟区内停留2 s以上。造纸固体废弃物燃烧过程中分解出的甲苯、丙酮、苯酚等气体在约700℃时也能充分燃烧[4]。LC50-6-1.25焚烧锅炉燃烧室的最高温度能达到1000℃,并可保证高温烟气达850℃以上持续2 s以上,使固体废弃物充分燃烧,二恶英类有害物质充分分解。

通过LC50-6-1.25焚烧锅炉的搅拌机,使增湿的石灰与废塑料皮焚烧过程中产生的HCl等酸性产物接触,发生化学反应进行脱酸。燃烧后对烟气进行半干法处理,由脱酸塔和布袋除尘器两级处理,并在脱酸塔和布袋除尘器之间设活性炭喷射装置,吸附二恶英,并采用选择性催化还原(SCR)法脱硝。粉尘排放浓度达到30 mg/m3以下,大大低于100 mg/m3的国家标准,并达到欧洲标准。 经检测,烟气成分如表1,各项指标均达到排放要求。

表1 LC50-6-1.25焚烧锅炉烟气成分

3 运行效果及经济效益分析

新柏纸厂造纸固体废弃物焚烧工程于2010年完成,LC50-6-1.25焚烧锅炉已累计运行3年多,最大焚烧量可达2.96 t/h,超过了设计量(2.08 t/h),平均焚烧量也达到了设计要求。锅炉可实现自动控制,无需太多的操作人员,减少了管理成本。在实际操作过程中,要求司炉人员掌握好炉膛温度,以高效燃烧固体废弃物和减少更换炉排片次数。同时,要密切注意锅炉的排烟温度并及时调整,并按规定定期吹灰,确保受热面清洁,从而减轻受热管因过热而腐蚀的可能性,延长受热管的使用寿命。

LC50-6-1.25焚烧锅炉运行期间,锅炉的进风温度为20℃,排烟温度为200℃,化学不完全燃烧损失为1.0%。锅炉主机和各辅机运行效果良好,各项重要技术指标均能满足设计要求。经测试,可燃物在灰渣中的含量仅3%～5%,锅炉实际热效率为73%,比设计热效率提高了0.3%。

LC50-6-1.25焚烧锅炉投入运行后,新柏纸厂的造纸固体废弃物得到减量化、无害化处理,减容效果良好,达97%,并减少了固体废弃物的运输费用,降低了环境污染。以生产蒸汽6 t/h的燃煤锅炉计算,可节煤1200 kg/h,运行时间以7000 h/a计算,可节煤8400 t/a,每吨煤价格以250元计算,节煤效益可达210万元/a,锅炉运行1～1.5年即可收回全部投资成本。

4 结论及展望

将新柏纸厂每天产生的50 t废塑料皮和草渣混合后作为LC50-6-1.25焚烧锅炉的燃料进行燃烧,采用具有自动拨火作用的16°倾角三级往复炉排,两级炉排之间的落差可使燃料在下落时翻动,有效地防止了废塑料加热熔化黏结炉排。由脱酸塔和布袋除尘器处理尾气,并采用SCR法脱硝。锅炉运行效果良好,各项指标均能达到设计要求或国家标准,变废为宝,社会经济效益显著。固体废物减容效果好，达97%以上。

新柏纸厂的废塑料皮和脱水后的草渣热值高,焚烧锅炉运行良好,造纸污泥用板框压滤机脱水后与前两种固体废弃物混合，并一起入炉焚烧,则是下一步研究的重要课题。

参 考 文 献

[1] QI liang. Paper making waste as energy use[J]. Papermaking Chemicals, 2008, 20(1): 69.

齐 亮. 造纸废渣作为能源加以利用[J]. 造纸化学品, 2008, 20(1)： 69.

[2] SUN Xue-cheng. China’s Paper Industry and Dioxins of Persistent Organic Pollutants[J]. China Pulp & Paper, 2010, 29(9): 56.

孙学成. 我国造纸工业二恶英类持久性有机污染物的研究进展[J]. 中国造纸, 2010, 29(9): 56.

[3] ZHANG Yan-guo, LI Qing-hai, KANG Jian-bin. Clean waste incineration power generation technology[M]. Beijing: China Water Power Press, 2004.

张衍国, 李清海, 康建斌. 垃圾清洁焚烧发电技术[M]. 北京： 中国水利水电出版社, 2004.

[4] YANG Qing-yong, DONG Zhi-gang. Combustion and control of paper industry waste[J]. China Pulp & Paper Industry, 2007, 28(10): 7.