危險(xiǎn)廢棄物焚燒處置技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展已有近百年的歷史，二十世紀(jì)初期一些國家就開始采用焚燒處置技術(shù)處置工業(yè)固體廢棄物。在工業(yè)危險(xiǎn)廢棄物焚燒處理行業(yè)中，回轉(zhuǎn)窯+二燃室的組合因其適應(yīng)性強(qiáng)、工藝相對(duì)簡單、操作性強(qiáng)等特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。在實(shí)際運(yùn)行中，回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)結(jié)圈是一個(gè)比較容易出現(xiàn)的問題，對(duì)裝置的長周期穩(wěn)定運(yùn)行會(huì)帶來一定的影響。根據(jù)筆者多年的工程設(shè)計(jì)與現(xiàn)場運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)，現(xiàn)對(duì)此問題進(jìn)行分析，并嘗試給出一些建議措施，以期對(duì)實(shí)際的生產(chǎn)和工程設(shè)計(jì)提供一些參考。

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐窯內(nèi)結(jié)圈的原因分析

由于國內(nèi)環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，處置成本越來越高，因此外送危廢處置中心的廢棄物一般都盡量濃縮，致使此類廢棄物特別是固廢和蒸餾殘?jiān)臒嶂灯毡檩^高，多數(shù)情況下在3,000~5,000Kcal/kg之間。為了保持較好的燃燼效果，回轉(zhuǎn)窯普遍在950~1,150℃之間運(yùn)行，而危廢灰渣的熔點(diǎn)普遍在1,000~1,200之間（接近或者稍高于最高燃燒溫度）。加上送入回轉(zhuǎn)窯的物料一般都較為復(fù)雜、熱值波動(dòng)較大、物料進(jìn)料不均勻，且物料在窯內(nèi)停留時(shí)間較長（一般在60~90分鐘），比較難做到及時(shí)調(diào)整燃燒過程，因此窯內(nèi)溫度一般都會(huì)有一定的波動(dòng)，不可避免會(huì)出現(xiàn)窯內(nèi)局部溫度過高導(dǎo)致灰渣熔融，進(jìn)而粘附在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)壁上。隨著轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)動(dòng)及由于內(nèi)襯的溫度呈梯度分布，部分熔融的灰渣可能會(huì)在內(nèi)襯材料上凝固下來，形成新的窯皮。隨著窯的轉(zhuǎn)動(dòng)，部分灰渣可能會(huì)被再次熔融，并達(dá)到一定的平衡，這樣窯皮就不會(huì)增厚。但是如果沒有達(dá)到平衡，掉落下來的灰渣少，窯皮就會(huì)逐步增厚，達(dá)到一定程度后就形成結(jié)圈，如下圖所示：

形成結(jié)圈的主要原因有如下幾點(diǎn)：

1.回轉(zhuǎn)窯的操作模式

根據(jù)操作溫度的不同，回轉(zhuǎn)窯有兩種操作模式：干渣模式和熔渣模式。干渣操作模式在危廢焚燒中最為常見，也被證明是最為可靠的一種操作模式，常規(guī)一般認(rèn)為925℃以下為干渣模式，正常配伍可以保證灰渣不會(huì)熔融，此種操作模式結(jié)圈的可能性比較小。另外一種模式是熔渣模式，回轉(zhuǎn)窯會(huì)在較高的溫度運(yùn)行，使得焚燒后形成的灰渣融化成液態(tài)，常規(guī)的熔渣模式操作溫度大于1,200℃，此種模式由于灰渣處于熔融態(tài)，一般也較難結(jié)圈。如果操作溫度運(yùn)行在950~1,200℃之間，其操作正好介于干渣和熔渣操作模式中間，可以稱為半熔融態(tài)操作模式，比較容易產(chǎn)生部分熔融，但又不能完全熔融的工況出現(xiàn)，進(jìn)而隨著溫度變化及波動(dòng)，造成部分熔融的渣凝固在轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯上，同時(shí)包裹一些高熔點(diǎn)灰渣，窯皮逐漸加厚，進(jìn)而造成結(jié)圈。

2.回轉(zhuǎn)窯進(jìn)料的及配風(fēng)穩(wěn)定性

危險(xiǎn)廢棄物包括液態(tài)、固態(tài)和半固態(tài)，特別是固廢成分、形態(tài)比較復(fù)雜。一般占主導(dǎo)地位的回轉(zhuǎn)窯固廢進(jìn)料以抓斗+推料機(jī)或者溜槽等間歇進(jìn)料為主，部分轉(zhuǎn)窯還間歇處理一些直接入爐的低閃點(diǎn)的桶裝特殊廢液。由于間歇進(jìn)料會(huì)造成物料焚燒的大幅波動(dòng)，以及會(huì)影響配風(fēng)的穩(wěn)定性，造成回轉(zhuǎn)窯溫度的波動(dòng)較大，這也成為導(dǎo)致回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)結(jié)圈的重要原因之一。

3.灰渣的化學(xué)組分及灰熔點(diǎn)

回轉(zhuǎn)窯底部灰渣的主要成分是一些無機(jī)氧化物，如SiO2、Al2O3、FeOx及CaO，另外由于部分危廢高含鹽，也普遍含有一定量的低熔點(diǎn)堿金屬鹽如Na/K鹽。若堿金屬組分含量較高，由于其熔點(diǎn)低，因此入爐廢料如果含鹽量較高，很容易在窯內(nèi)濃縮，導(dǎo)致窯內(nèi)結(jié)圈。而根據(jù)文獻(xiàn)的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果，當(dāng)分別提高SiO2、Al2O3及CaO的含量時(shí)，其灰熔點(diǎn)溫度都有不同程度的上升，因此底渣的成分對(duì)于灰渣軟化溫度有較大的影響。根據(jù)現(xiàn)場操作經(jīng)驗(yàn)，在此情況下，即使回轉(zhuǎn)窯在較低溫度運(yùn)行時(shí)(比如850~950℃)，窯內(nèi)也可發(fā)現(xiàn)較多的熔融物，如下圖所示，根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果可知，其中Na含量高達(dá)35%，見表1，也印證了此推論。

表1：低熔點(diǎn)鹽灰熔點(diǎn)及主要成分分析

回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈的預(yù)防措施

危險(xiǎn)廢棄物在回轉(zhuǎn)窯焚燒裝置中焚燒時(shí)，如果實(shí)際運(yùn)行中操作不當(dāng)，很容易產(chǎn)生窯內(nèi)結(jié)圈的問題。當(dāng)結(jié)圈嚴(yán)重時(shí)，將導(dǎo)致窯內(nèi)重力負(fù)荷增加，物料運(yùn)行不通暢，就會(huì)產(chǎn)生耐火材料被拉裂損壞，焚燒系統(tǒng)被迫停運(yùn)等問題，因此需要從操作運(yùn)行等源頭上進(jìn)行預(yù)防。

1.選擇合適的操作模式

根據(jù)物料灰分和熱值等條件，進(jìn)行物料配伍及選擇合適的操作模式，使得回轉(zhuǎn)窯盡量在干渣或者熔渣模式下工作，盡量避開物料在半熔融狀態(tài)下運(yùn)行。

2.改變進(jìn)料方式及穩(wěn)定配風(fēng)

根據(jù)物料的特性，做好物料的分類及配伍，盡量采用螺旋或者SMP（破碎-混合-泵送系統(tǒng)）等連續(xù)進(jìn)料設(shè)備進(jìn)行固廢的進(jìn)料，同時(shí)加強(qiáng)回轉(zhuǎn)窯配風(fēng)，使得回轉(zhuǎn)窯的操作溫度處于較穩(wěn)定的狀態(tài)。

3.加強(qiáng)廢物的配伍

盡量控制堿金屬含量較高的物料或其他低熔點(diǎn)灰分廢棄物的入爐量。若必須要處理高含堿金屬廢棄物，可以適當(dāng)?shù)嘏浯钜恍〤aO，或者含有SiO2或Al2O3較高的黏土進(jìn)行配伍。同時(shí)根據(jù)廢棄物的熱值，合理地進(jìn)行配伍，以保證廢棄物熱值的穩(wěn)定性。

結(jié)圈的清理措施

焚燒系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行是危險(xiǎn)廢棄物安全焚燒處置的基礎(chǔ)，而回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部結(jié)圈是影響裝置穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素之一。由于國內(nèi)危廢的種類繁多，部分廢棄物無相關(guān)的工業(yè)分析及元素分析數(shù)據(jù)，所以實(shí)際操作中可能還是存在結(jié)圈的可能。如果結(jié)圈比較嚴(yán)重時(shí)，可能還會(huì)造成內(nèi)襯的脫落坍塌，這樣就需要至少2周以上的時(shí)間進(jìn)行停車清理，因此如果在保證安全的前提下在線清理結(jié)圈，就有比較現(xiàn)實(shí)的意義。根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)，建議采用如下兩種方式進(jìn)行清理。

1.自熔融措施

根據(jù)危險(xiǎn)廢棄物回轉(zhuǎn)窯灰渣的灰熔點(diǎn)數(shù)據(jù)可知，熔渣的熔點(diǎn)僅比回轉(zhuǎn)窯的穩(wěn)定運(yùn)行溫度高100℃左右。根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，一般回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯材料的耐火溫度為1,350℃，因此可以考慮在回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行過程中，通過調(diào)整燃燒工況，適當(dāng)?shù)靥岣呋剞D(zhuǎn)窯運(yùn)行溫度到1,200℃左右，在不危害回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯材料的前提下，將回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部結(jié)圈熔融。采取熔融態(tài)的操作模式，可以有效地解決回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部的結(jié)圈問題。這種清理結(jié)圈的方式，已在國內(nèi)很多危廢處置中心得到驗(yàn)證。

2.高壓水槍

高壓水槍是將30-50MPa高壓水柱射入溫度在850℃-1,050℃左右的結(jié)皮物料內(nèi)部，在高溫物料內(nèi)，水驟然汽化膨脹從而使結(jié)皮爆裂，被擊中的部分物料被震動(dòng)垮落，相鄰部分物料局部溫度迅速下降而變脆、變硬。高壓水柱的射入深度與結(jié)皮厚度相關(guān)，目的是使結(jié)皮物料爆裂垮落，而耐火材料不受影響。水柱射入的角度應(yīng)僅使物料松軟而不致于被大面積沖垮，否則會(huì)引起設(shè)備或人員的傷害事故。這種方法對(duì)于操作角度和空間要求較高，適用于回轉(zhuǎn)窯尾部的結(jié)圈清理，但如果操作不當(dāng)，也可能會(huì)損壞回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯。

綜上所述：

1.回轉(zhuǎn)窯的操作溫度對(duì)于回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈影響較大，因此，建議回轉(zhuǎn)窯在干渣模式或者熔渣模式下運(yùn)行，不建議在爐渣處于半熔融態(tài)下運(yùn)行；

2.進(jìn)料方式和配風(fēng)對(duì)于操作穩(wěn)定性也有較大影響，采用連續(xù)進(jìn)料的方式優(yōu)于傳統(tǒng)的間歇進(jìn)料。同時(shí)優(yōu)化配風(fēng)控制程序，更有利于操作的穩(wěn)定，減少結(jié)圈的產(chǎn)生；

3.灰渣的成分（特別是低熔點(diǎn)鹽的含量）對(duì)于結(jié)圈及結(jié)圈溫度也有一定的影響，需要經(jīng)過嚴(yán)格的配伍，盡量減少低熔點(diǎn)鹽的入爐量或占比；

4.實(shí)際生產(chǎn)中如產(chǎn)生了結(jié)圈，可以通過自熔融或者高壓水槍的方式進(jìn)行清理。