燒結(jié)磚隧道窯特性及共處置危險(xiǎn)廢物潛力的研究

劉振森 何 捷 聶 卿 崔敬軒 蕭 瑛 徐偉偉 趙蘭珍 宋彤彤

（中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院，北京 100024）

自1998年國(guó)務(wù)院頒布了《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》以來(lái)，我國(guó)陸續(xù)發(fā)布《危險(xiǎn)廢物污染防治技術(shù)政策》、《危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》、《危險(xiǎn)廢物貯存污染控制標(biāo)準(zhǔn)》、《GB 5085.7—2007 危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)通則》，使得我國(guó)對(duì)于危險(xiǎn)廢物的管理趨于規(guī)范和嚴(yán)格。危險(xiǎn)廢物處置方面，目前我國(guó)采用的是專用設(shè)施危險(xiǎn)物焚燒、填埋和現(xiàn)存工業(yè)窯爐共處置兩項(xiàng)并舉的措施。由于缺乏對(duì)工業(yè)窯爐特性的系統(tǒng)研究，它們的共處置危險(xiǎn)廢物潛力也不為人所知。本文就燒結(jié)磚行業(yè)規(guī)模企業(yè)的主要燒成設(shè)備——隧道窯的熱工特性進(jìn)行研究，并探討其共處置危險(xiǎn)廢物的潛力。

1 燒結(jié)磚及隧道窯

燒結(jié)磚瓦行業(yè)是我國(guó)建材類(lèi)重要行業(yè)，2012年規(guī)模以上企業(yè)燒結(jié)磚完成3429.70億塊標(biāo)磚，較上年同比增長(zhǎng)9.5%；燒結(jié)瓦產(chǎn)量完成110.83億片，同比增長(zhǎng)0.9%[1]。隧道窯是燒結(jié)磚行業(yè)類(lèi)規(guī)模企業(yè)的主要燒成設(shè)備，其工作結(jié)構(gòu)可以分為預(yù)熱帶、燒成帶、冷卻帶三部分。預(yù)熱帶，通過(guò)借助燒成余熱對(duì)磚坯進(jìn)行預(yù)熱、干燥、脫水以保證燒成；燒成帶，是對(duì)來(lái)自預(yù)熱帶的磚坯繼續(xù)加熱，實(shí)現(xiàn)礦物熔融、結(jié)晶、固化，完成它的物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程；冷卻帶，通過(guò)送風(fēng)機(jī)鼓入的空氣對(duì)來(lái)自燒成區(qū)的磚進(jìn)行冷卻，并保證其不炸裂。干燥后的磚坯，由擺渡車(chē)送到隧道窯預(yù)熱入口，之后，經(jīng)過(guò)預(yù)熱帶的緩慢升溫，到500℃時(shí)已逐漸排除完自由水分和結(jié)晶水分；到570℃時(shí)，β-石英相變到α-石英，產(chǎn)生0.8%的體積膨脹[2]。此后，磚坯進(jìn)入1000～1200℃的燒成帶燒制，燒成階段一般保溫時(shí)間較長(zhǎng)，以便有利于滿足原料磚坯的要求。當(dāng)磚進(jìn)入冷卻帶后，隨著窯內(nèi)溫度降低，由于α-石英相變到β-石英和方石英產(chǎn)生快速體積收縮等因素，會(huì)使磚出現(xiàn)裂紋，影響磚的性能。為此，冷卻應(yīng)緩慢進(jìn)行。

為保證磚的產(chǎn)量、質(zhì)量和隧道窯的穩(wěn)定操作，在生產(chǎn)過(guò)程中必須有合適的燒制熱工制度，即溫度制度、氣氛制度以及壓力制度，這些在探討隧道窯共處置危險(xiǎn)廢物的潛力過(guò)程中是首當(dāng)其沖的；除此之外，我們還應(yīng)關(guān)注隧道窯磚坯停留時(shí)間、煙氣等因素，綜合評(píng)估隧道窯共處置危險(xiǎn)廢物的潛力。

2 隧道窯共處置危險(xiǎn)廢物潛力

2.1 溫度制度

隧道窯的溫度制度，是磚在預(yù)熱、燒成和冷卻過(guò)程中，為保證制品質(zhì)量指標(biāo) （如尺寸、性能）的而設(shè)定燒成溫度。一般預(yù)熱帶溫度范圍為40～900℃，燒成帶的溫度范圍為900～1150℃[3]，冷卻帶的溫度范圍為1150℃～出窯溫度。隧道窯的溫度場(chǎng)如圖1所示。

圖1 隧道窯溫度場(chǎng)（窯長(zhǎng)150m，有效高度1.4m）

目前，危險(xiǎn)廢物處置工程技術(shù)要求的依據(jù)是《HJ 2042-2014 危險(xiǎn)廢物處置工程技術(shù)導(dǎo)則》（以下簡(jiǎn)稱導(dǎo)則），其中，危險(xiǎn)廢物焚燒處置溫度要求為：溫度范圍應(yīng)為750～1200℃?？梢钥闯?，隧道窯溫度制度滿足危廢處置溫度的要求。

2.2 壓力制度

隧道窯預(yù)熱帶為負(fù)壓，燒成帶為微正壓，冷卻帶為正壓[4]。隧道窯壓力值和分布是否合理，決定窯內(nèi)氣體流量、窯溫均勻程度和氣氛維持狀況。實(shí)踐表明，預(yù)熱帶負(fù)壓不能過(guò)大，燒成帶微正壓操作，冷卻帶正壓也不能過(guò)大。還應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，壓力制度除與工作系統(tǒng)有關(guān)外，還與窯內(nèi)的煙氣阻力有關(guān)。

導(dǎo)則中規(guī)定，對(duì)于采用焚燒技術(shù)處置危險(xiǎn)廢物，應(yīng)保證系統(tǒng)處于負(fù)壓狀態(tài)，以避免有害氣體溢出。由于燒成帶采用微正壓操作，這使得燒結(jié)磚隧道窯必須重新考慮整體密閉性，同時(shí)應(yīng)建立廢氣回窯設(shè)施，否則現(xiàn)階段不適合共處置危險(xiǎn)廢物。

2.3 物料停留

隧道窯的物料停留時(shí)間，即燒成周期約50 小時(shí)[5]，燒成帶物料停留時(shí)間為6～12小時(shí)。導(dǎo)則中規(guī)定，危險(xiǎn)廢物焚燒處置物料停留時(shí)間為：750～1200℃范圍內(nèi)，固體停留時(shí)間應(yīng)為30min～2h。可以看出，燒結(jié)磚隧道窯滿足物料停留時(shí)間的要求。

2.4 隧道窯煙氣

隧道窯煙氣溫度為80～120℃，化學(xué)成分復(fù)雜，在燒成過(guò)程中可逸出有害氣體SO2、HF、NOx、CO、HC1等。導(dǎo)則中規(guī)定焚燒處置系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫?zé)煔鈶?yīng)采取急冷措施，煙氣溫度應(yīng)在1s內(nèi)下降到200℃以下，減少煙氣在200～500℃溫度區(qū)的停留時(shí)間，防止二噁英產(chǎn)生或二次生成。盡管煙氣溫度滿足需求，但是由于隧道窯煙氣經(jīng)過(guò)預(yù)熱帶降溫緩慢，所以必須建立合適的煙氣冷卻制度，否則隧道窯共處置危廢現(xiàn)階段不滿足煙氣排放要求。

2.5 原料及設(shè)施

隧道窯的原料中，由于Mg、S元素易造成磚“泛霜”和“疏解粉碎”，影響磚的質(zhì)量和成品率，因此，Mg、S含量高的危險(xiǎn)廢物不能采用燒結(jié)磚隧道窯進(jìn)行共處置。

導(dǎo)則中，其他對(duì)危險(xiǎn)廢物焚燒處置要求如下：

采用焚燒技術(shù)處置危險(xiǎn)廢物，焚燒處置設(shè)施應(yīng)采用技術(shù)成熟、自動(dòng)化水平高、運(yùn)行穩(wěn)定的設(shè)備。

焚燒處置設(shè)施宜采取連續(xù)焚燒方式，并保證焚燒處理量在額定處理量的60%～110%內(nèi)波動(dòng)。

焚燒動(dòng)力裝置應(yīng)滿足最大負(fù)荷及各種意外情況下的最大動(dòng)力輸送，宜取平均值的3～5倍或以上。

可以看出，除了隧道窯自身外，還應(yīng)建立并完善廢物來(lái)源及存儲(chǔ)設(shè)施，改進(jìn)焚燒設(shè)置技術(shù)，提高管理水平，擴(kuò)大窯動(dòng)力負(fù)荷等，以達(dá)到隧道窯共處置危險(xiǎn)廢物的相關(guān)要求。

3 結(jié) 語(yǔ)

為滿足導(dǎo)則對(duì)處置危廢的要求，應(yīng)對(duì)危險(xiǎn)廢物成分進(jìn)行Mg、S含量控制，同時(shí)對(duì)現(xiàn)有的燒結(jié)磚隧道窯和配套系統(tǒng)進(jìn)行如下改進(jìn)：

1）重新考慮整體密閉性，同時(shí)應(yīng)建立廢氣回窯設(shè)施；

2）建立合適的煙氣冷卻制度，以減少煙氣在二噁英產(chǎn)生溫度區(qū)的停留時(shí)間。

3）建立并完善廢物來(lái)源及存儲(chǔ)設(shè)施，改進(jìn)焚燒設(shè)置技術(shù)，提高管理水平，擴(kuò)大窯動(dòng)力負(fù)荷。

[1] 中國(guó)建筑材料工業(yè)年鑒2013版[M]，北京:中國(guó)建筑材料工業(yè)年鑒編輯部，2013年，p136-137

[2] 晏擁華，尚江山，淺談?shì)喐G的熱工制度和內(nèi)燃燒成[J]，磚瓦世界，2006，6:P30-32

[3] 張學(xué)功，隧道窯總體設(shè)計(jì)與燒成工藝（一）[J], 磚瓦世界，2009，3:P48-52

[4] 張美杰，程玉保，無(wú)機(jī)非金屬材料工業(yè)窯爐[M]，北京:冶金工業(yè)出版社，2008.74-75

[5] 孟永利，楊寰宇，鄧?yán)?，現(xiàn)代化燒結(jié)磚廠工藝探討[J], 磚瓦世界，2011，11:P14-18