东莞金洲纸业有限公司 523221
摘要：基于当前蓝天保卫战煤改气政策，燃煤锅炉不能以污泥为燃料，建设焚烧炉是当前处理固废的有效方法。造纸固废日产量大，外包处理费用高，因此造纸企业以固废减量化为主，收益为次。本文着重介绍造纸固废的燃料特性、炉型的选择、运行稳定性、污染排放物的控制。
关键词：造纸固废、焚烧炉、燃料特性、选型、运行稳定性、尾气净化
为打赢蓝天保卫战东莞市政府推动全市燃煤电厂煤改气，燃煤锅炉将进行改造升级，改造升级后锅炉不能再以污泥为燃料，同时为切实有效落实国家节能降耗政策，使造纸废渣和桨渣能够最大程度减量化，建设焚烧炉是当前处理固废的有效方法。
某造纸企业主要产品为高强瓦楞纸、挂面箱纸板，产生的固废分别为污泥、浆渣、轻渣。污水处理站日产污泥65吨；制桨过程产生的浆渣，日产量300吨；清洗回收系统所产生的轻渣，日产量520吨，主要成份为无法分离的纤维渣和布等。固废（收到基）的成分分析和热值分析如下表。
一、固废的燃料特性分析
燃料的成分和热值是影响锅炉设计的重要参数，其中热值的高低影响炉型的选择、锅炉的蒸发量、炉膛的设计、运行的稳定性等。焚烧炉能否达到有效控制二噁英生成所需的炉膛温度且稳定燃烧，很大程度上取决于燃料的热值，表中固废的平均热值为5150KJ/kg，热值偏低，不足以维持炉膛持续稳定燃烧，除了投入辅助燃料外，还可以增加耐火浇注料覆盖水冷壁的面积，甚至采用绝热炉膛设计，减少水冷壁吸热量，利于保证炉膛燃烧温度。表中固废平均水分为51.16%，水分含量大，平均灰分13.2%，固废中水分和灰分所占比例增加，可燃成分减少，热值减少，在焚烧过程中水分蒸发吸热，降低炉膛温度，不利于燃烧，烟气中水分增加会导致风机出力增加，水分越多带走的热量越多，锅炉效率降低。污泥、浆渣、轻渣已在各自的生产流程中经过脱水工段，基于成本、效率和有可用场地的考虑，不再增加一套脱水设备，固废在堆放场停留一定时间，通过自然蒸发可以降低固废的含水量以提高热值。灰分越多，炉内受热面积灰越严重，增加管内流体与烟气间热阻，容易造成管子烧坏。灰分越多，设备磨损越严重，易造成爆管、炉墙漏灰。表中固废平均含硫量为0.04%，氯含量为0.09%，硫、氯含量偏低，但硫、氯是造成高温腐蚀和低温酸腐蚀的主要元素，硫、氯的燃烧产物SO2、SO3、HCl是焚烧炉的主要大气污染物，固废中氯化物主要来源于塑料片，氯化物是生成二噁英的前体。烟气中的汞、砷、镉、铅、铬等重金属排放导致重金属污染，重金属也是二噁英生成的触媒。造纸固废水分含量大，种类繁多，体积质量不一，热值波动范围大，以上种种因素都不利于固废的完全燃烧，因此焚烧后排渣颗粒大，必须考虑排渣口尽量大或者其它利于排渣的设计，以免造成排渣堵塞，影响运行。
二、造纸固废炉的选型考虑因素
目前焚烧炉的炉型一般为循环流化床焚烧炉和炉排炉。焚烧造纸固废，循环流化床焚烧炉优势应该更加突出。与炉排炉不一样，循环流化床焚烧炉没有划分为干燥、燃烧和燃尽区域，不用考虑固废在各炉排的停留时间，影响固废处理量。循环流化床焚烧炉炉膛就是一个充满流动性极好的床料的沸腾池，固废的干燥、燃烧和燃尽同时进行，燃烧充分，效率高，结构更为简单，没有传动件，因而故障率低，体积较小，投资小。炉膛内可实行炉内脱硫，分级燃烧控制NOx生成量，环保性能好。循环流化床床料的蓄热量大，因而避免了床温的大幅度波动，燃烧稳定，利于控制有害污染物的生成。增减负荷时只需往炉膛内增减固废量和风量，控制简单，运行稳定并易于实现自动化，能短时间内完成起动或停止。清洗回收系统所产生的轻渣，主要成份除纤维渣和布等外还有大量的铁丝，铁块，虽然在输送过程可以设置除铁器，但仍会有残留，对于炉排炉容易造成炉排运动件的卡涩，影响运行，但对于循环流化床锅炉影响不大。据了解，曾经有纸厂尝试把纸渣送到炉排炉焚烧，但因太容易着火和燃烧温度高，在焚烧炉的烘干段已经猛烈焚烧，导致炉排局部温度过高，造成结焦。综上所述，采用循环流化床焚烧炉焚烧造纸固废更为适合。
三、造纸固废炉运行中注意事项
为保证固废稳定燃烧并有效控制二噁英的生成，炉膛温度必须稳定地保持在850℃以上，表中污泥热值只有2.49 KJ/kg,而浆渣热值为7.06 KJ/kg，燃料热值波动范围大，因此进入焚烧炉的固废必须经过配伍系统使热值控制在一定范围内。固废的热值会影响焚烧炉的出力和辅助燃料的用量，热值过低，需要增加辅助燃料提高炉膛温度，造成运行成本增加；热值过高，焚烧炉炉内温度过高，为避免炉膛结焦或受热面超温，限制锅炉出力。因此固废的热值需要控制在合适的范围内，保证焚烧炉运行的安全性和经济性。
对于选用循环流化床锅炉焚烧造纸固废，基于当前化验结果，灰分只有13.2%，燃烧后大部分灰分进入尾部烟道，少量经旋风分离器重返炉膛，由于返回炉膛灰量过少，难以保证床层的厚度，床温因此波动大，限制锅炉出力，而且易造成结焦，不利于锅炉的安全运行。为保证床层厚度，防止床温波动大，除优化炉膛设计外还可设置一套气力输送床料系统，系统一头连接料仓，一头连接炉膛利用压缩空气输送，但输送过程必须保证锅炉负荷稳定，床料添加量不能过多，否则导致床温过低，不利于控制二噁英生成。
焚烧炉受热面腐蚀会导致管壁损坏，使受热面寿命缩短，影响焚烧炉的安全稳定运行。受热面的腐蚀主要是氯、硫及其化合物造成的高温腐蚀和低温腐蚀。固废中碱金属氯化物如NaCl、KCl等与其它成分反应，生成相应的氢氧化物、硫酸盐、硅酸盐粘附在较冷的管壁膜层上形成初始附着面。氯化氢则通过管壁附面层渗透达到管壁，与管壁发生腐蚀。造纸固废平均含硫量为0.04%，其中污泥含硫量为0.06%，都不算高，但固废的平均含水率达51.16%，尾部烟道容易发生低温腐蚀。低温腐蚀主要是硫酸蒸汽腐蚀，固废中含硫量和含水率越高，过量空气系数越大，硫酸蒸汽浓度越高，酸露点越高，尾部烟道受热面易发生腐蚀。据不完全统计，该造纸企业原有三台220t/h高温高压循环流化床锅炉，空预器管材为Q215BF，一次风低温段为考登钢，纯烧含硫量约为0.1%，含水量约为38%的煤种约2年，空预器运行状态仍良好，但自掺烧污泥后，掺烧比例为10%，运行约一年半，三台锅炉的空气预热器都出现了大面积腐蚀现象，造成穿管漏风，引风机余量不足，锅炉出力受限制。因此造纸固废焚烧炉不可忽视低温腐蚀问题并采取必要的措施，如空预器采用耐腐蚀钢材、控制固废水分、选择合适的过量空气系数、优化锅炉设计等。
四、造纸固废炉尾气处理措施
固废焚烧炉的主要大气污染排放物为二噁英类、烟尘、NOx、HCl、SO2和重金属等。一般的固废焚烧炉烟气采用经“ SNCR 脱硝+静电除尘+旋转喷雾半干法脱酸装置+活性炭吸附+布袋除尘”经处理后由烟囱排放。而一般的燃煤炉采取“SNCR脱硝+布袋除尘+湿式石灰石—石膏法脱硫”工艺治理锅炉废气。
燃煤炉产生二噁英量极低，完全符合排放标准，因此不用再设置尾气处理装置去除二噁英。而固废中含大量塑料片，在燃烧过程中含氯前体生成二噁英。当因燃烧不充分时，烟气中产生过多的未燃尽物质，并遇到触媒在300-500℃的温度环境，在高温燃烧中已经分解的二噁英将会重新生成。为去除尾气中的二噁英，一般使用3T+E法；尾部烟道设置急冷装置，把烟气从500℃在1S内冷却到200℃以防二噁英的再生成；设置活性炭吸附装置，进一步吸附二噁英；合理地增加炉膛高度，让炉膛内烟气停留时间尽量延长到4S，使二噁英在炉膛内充分分解。
湿式石灰石—石膏法脱硫效率高，但建设投资大，建筑占地大，运行费用高，适用于大型机组。旋转喷雾半干法脱酸效率较高，建设投资小，建筑占地小，适应于配置容量较小机组的固废焚烧炉。
焚烧炉的尾部烟气处理措施一般把活性炭吸附装置设置在半干法脱酸装置之后，曾有专家指出烟气经脱酸装置后水分含量增多，活性炭吸附小分子水蒸气后再吸附二噁英，根本不起吸附二噁英作用。从微观分析，水分子与水分子之间的吸附力比活性炭与水分子之间的吸附力大，活性炭具有疏水性。相对来说，活性炭吸附水分子少，吸附二噁英分子多。宏观来看，把活性炭放进一瓶装有色素的水溶液中不断摇动，色素逐渐被活性炭吸附，水溶液逐渐变成透明，这也说明活性炭浸泡在水溶液中仍起吸附色素的作用。
固废焚烧炉使用活性炭去除二噁英和重金属后，布袋除尘器收集下的飞灰包含废活性炭，属于危险废物，应移交有资质的公司处理，处理成本较高。为了最大限度减少尾部烟气中含废活性炭粉尘产生量，且考虑焚烧炉尾部排出的烟气温度较高，建议采用电除尘器。投运后，需根据运行实际情况，不断摸索降低废气量产生的规律，积累降低处理成本的经验。
固废（收到基）的成分分析和热值分析表
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参考文献
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作者简介：苏海南 ，1988年9月12日 ，男 ，汉族，广东东莞，东莞金洲纸业有限公司，初级工程师，热能与动力工程