危險廢物回轉(zhuǎn)窯焚燒爐水冷夾套裝置優(yōu)化設計

劉美琴 曾招樂

（福建省固體廢物處置有限公司 福建福州 350000）

1 引言

隨著城市社會經(jīng)濟和工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，工業(yè)危險廢物產(chǎn)量與日俱增，危險廢物的妥善處理顯得十分重要?，F(xiàn)行危險廢物處理方式主要有焚燒、熱解、固化處理、物化處理、安全填埋等，其中焚燒處置方法具有處理徹底、減量化、無害化等特點，已被廣泛應用[1-4]。

目前焚燒處置技術主要包括回轉(zhuǎn)窯焚燒、液體注射爐焚燒、流化床焚燒、固定床焚燒和熱解焚燒等[5-7]。其中，回轉(zhuǎn)窯焚燒處理技術成熟，適用性廣，運行穩(wěn)定，能處理各種類型的固體、液體廢物，是目前處理危險廢物最為廣泛、最為主流的技術；同時也是我國科技部和國家環(huán)?？偩炙l(fā)布的國家工業(yè)廢物處理技術政策中推薦的焚燒爐爐型，其市場占有率約為85%，主要工藝為：進料系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)窯和二燃室焚燒系統(tǒng)、余熱利用系統(tǒng)和煙氣凈化系統(tǒng)等。

2 進料系統(tǒng)介紹

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐進料系統(tǒng)主要由提升機、料斗、一、二級密封門、給料機、水冷夾套、廢液噴槍等組成[8]，采用分系統(tǒng)進料方式，液體廢物經(jīng)廢液噴槍直接噴入回轉(zhuǎn)窯及二燃室，其他固體廢物則由上料提升系統(tǒng)送至料斗，經(jīng)過兩級密封門，由液壓推桿給料機送入回轉(zhuǎn)窯焚燒。液壓推桿給料機進出送料，不斷經(jīng)歷冷熱交替過程，設計時在推桿給料機四周設置了冷卻夾套，對推料筒進行冷卻，一方面可以防止推料筒因過熱而變形或損壞，另一方面可以避免因推料筒過熱而黏附物料造成進料不暢[9]。水冷夾套是整套焚燒系統(tǒng)的“咽喉要道”，一端連著給料機，一端連接回轉(zhuǎn)窯，是固體廢物進來的唯一通道，保障了固體廢物的正常進料。

目前國內(nèi)冷卻夾套使用較多的為水冷夾套和風冷夾套，兩種冷卻夾套介紹如下表1所示：

表1 水冷夾套和風冷夾套介紹

通過上表水冷夾套和風冷夾套優(yōu)劣勢比較，兩種結(jié)構(gòu)設計各有優(yōu)缺點，但從實際應用情況看，使用水冷夾套的工程案例多一些。我公司危險廢物回轉(zhuǎn)窯焚燒爐進料系統(tǒng)采用的是水冷夾套，但水冷夾套在運行過程中也存在一些問題。

3 水冷夾套常見問題分析

目前，進料推頭四周的水冷夾套在運行過程中容易出現(xiàn)破損現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為水冷夾套內(nèi)壁腐蝕破損，其中頂部內(nèi)壁比兩側(cè)內(nèi)壁和底部內(nèi)壁腐蝕嚴重，更容易穿孔。水冷夾套破損，冷卻水不斷滲漏，甚至噴射出來，不僅增加了冷卻水循環(huán)使用量，還使進爐焚燒物料含水率增大，熱值降低，影響物料焚燒；同時，冷卻水大量進入回轉(zhuǎn)窯，導致回轉(zhuǎn)窯窯頭澆注料和耐火磚局部溫度過低，受熱不均勻，易出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，影響其使用壽命；甚至直接導致澆筑料或耐火磚炸裂。所以，水冷夾套破損時，必須進行停爐檢修。

根據(jù)危險廢物回轉(zhuǎn)窯焚燒爐實際運行情況，水冷夾套內(nèi)壁破損原因主要有以下兩點：

（1）回轉(zhuǎn)窯焚燒爐長期處置危險廢物，危險廢物由推料機構(gòu)送入回轉(zhuǎn)窯燃燒，物料燃燒過程中產(chǎn)生火焰和高溫煙氣，窯頭負壓運行不穩(wěn)定時，火焰和高溫煙氣容易溢出，火焰和高溫煙氣往上升，在水冷夾套頂部內(nèi)壁產(chǎn)生熱輻射，同時，產(chǎn)生的大量煙氣，沖刷水冷夾套頂部內(nèi)壁，對水冷夾套頂部內(nèi)壁造成侵蝕性破壞，頂部內(nèi)壁比兩側(cè)內(nèi)壁和底部內(nèi)部腐蝕嚴重。

（2）回轉(zhuǎn)窯的熱煙氣中含有較多的水分和SO2、HCl等酸性氣體，這些水分和含有酸性氣體的煙氣遇冷形成小露滴，小露滴容易附著在水冷夾套內(nèi)壁上，對水冷夾套內(nèi)壁形成露點腐蝕，長時間運行后，造成穿孔現(xiàn)象，導致水冷夾套破損。

為了減少回轉(zhuǎn)窯焚燒爐水冷夾套破損停爐檢維修頻次，降低回轉(zhuǎn)窯焚燒爐運行成本，更好的提高回轉(zhuǎn)窯焚燒爐的連續(xù)穩(wěn)定運行效果，我公司針對水冷夾套出現(xiàn)的問題，做了進一步的優(yōu)化改造，現(xiàn)對優(yōu)化改造方案做一簡單的介紹。

4 水冷夾套優(yōu)化方案

針對回轉(zhuǎn)窯焚燒爐運行過程中水冷夾套出現(xiàn)的問題，對原有的水冷夾套進行升級改造，提出以下優(yōu)化方案，優(yōu)化后的水冷夾套詳見圖1。

4.1 材質(zhì)方面

原有水冷夾套為Q235鋼材質(zhì)，運行過程中不耐腐蝕，現(xiàn)將水冷夾套改為20#鍋爐鋼，鍋爐鋼具有良好的焊接性能和一定高溫強度、耐腐蝕、耐氧化。慮到經(jīng)濟實用性，僅將水冷夾套內(nèi)側(cè)鋼板更換為20#鍋爐鋼，外側(cè)鋼板繼續(xù)沿用Q235鋼，兩塊鋼板之間使用20#鍋爐鋼做加強筋焊接。

4.2 結(jié)構(gòu)方面

水冷夾套結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)化主要有以下4方面：

（1）水冷夾套頂部內(nèi)壁在運行過程中腐蝕破損最為嚴重，在其表面及即朝向焚燒爐推筒給料機頂部增加一層長800mm*寬700mm*厚10mm隔離擋板，采用Q235鋼結(jié)構(gòu)。

（2）在水冷夾套內(nèi)壁處設置槽狀板，槽狀板前端具有供隔離擋板插入的開口，后端設置限位擋片。

（3）隔離擋板、槽狀板、限位擋片采用間隔100mm的段焊方式進行焊接固定。

（4）隔離擋板在升溫受熱時有一定的膨脹量，為保證隔離擋板受熱膨脹產(chǎn)生的擠壓力不影響水冷夾套，需在隔離擋板和水冷夾套內(nèi)壁頂部、兩側(cè)面之間留有一定間隙，間隙大小根據(jù)隔離擋板受熱膨脹量進行計算，如下：

危險廢物回轉(zhuǎn)窯焚燒爐窯頭溫度為550℃左右，碳鋼在20-600℃時的熱膨脹系數(shù)a為（13.5-14.3）*10-6/℃，運用插值法，則550℃時碳鋼的熱膨脹系數(shù)a為14.23*10-6/℃；

熱膨脹量：ΔL=a*（t1-t2）*L

隔離擋板熱膨脹量為：14.23*10-6/℃*（550℃-20℃）*0.7=5.28*10-3m；

即隔離擋板和水冷夾套內(nèi)壁兩側(cè)面之間各留縫隙≥2.64mm。

4.3 優(yōu)化后優(yōu)勢

（1）隔離擋板與水冷夾套內(nèi)壁之間留有間隙，煙氣產(chǎn)生的熱輻射和焚燒爐推筒給料機散發(fā)出來的熱量先經(jīng)過隔離擋板，經(jīng)由間隙再傳遞到與水冷夾套，大大減弱了熱輻射，水冷夾套內(nèi)部表面溫度降低，受熱更均勻。

（2）危險廢物回轉(zhuǎn)窯焚燒爐運行時，進料推頭四周的水冷夾套頂部表面由隔離擋板遮蔽，避免了水冷夾套與回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燃燒產(chǎn)生的煙氣和含有酸性氣體的煙氣冷凝形成的小露滴直接接觸，有效防止了水冷夾套被腐蝕，從而更好的保護了水冷夾套，延長了水冷夾套使用壽命。

（3）避免了因冷卻水進入回轉(zhuǎn)窯，對窯內(nèi)部澆注料和耐火磚的影響，從而大大提高了內(nèi)部澆注料和耐火磚的使用壽命。

圖1 優(yōu)化后的水冷夾套簡圖（1-夾套外殼2-夾套內(nèi)殼3-出水口4-進水口5-內(nèi)外夾套間支撐筋6-隔離擋板7-槽狀板）

結(jié)語

根據(jù)上述分析和優(yōu)化設計方案，對危險廢物回轉(zhuǎn)窯焚燒爐頭罩中的水冷夾套進行了改造，投入資金少，但大大延長了水冷夾套的使用壽命。原水冷夾套使用壽命為6-8個月，優(yōu)化后的水冷夾套現(xiàn)已使用壽命超過1年，仍無大礙。優(yōu)化后的水冷夾套在運行過程中，定期做好隔離擋板受損程度檢查，及時進行隔離擋板更替即可，可以更大程度上降低了水冷夾套的檢維修，保證了危險廢物回轉(zhuǎn)窯焚燒爐的連續(xù)穩(wěn)定運行，具有較高的經(jīng)濟效益和良好的社會效益。該優(yōu)化設計方案對于其他危險廢物回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)中出現(xiàn)的類似問題，具有重要的參考價值和借鑒意義。參考文獻

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