流化床锅炉在脱墨渣焚烧中的应用

周修浩 陈永坚

(广州造纸集团有限公司，广东广州，511462)

目前，国内很多造纸企业采用废纸脱墨浆作为生产原料，废纸脱墨过程中必然产生固体废物，有些固体废物如脱墨渣被国家环保部门列为有害固废物，如何有效地对其作无害化处理，做到既符合环保要求，又尽量低成本处理固废物，是造纸企业正在探讨的课题。

1 造纸工业固废物

1.1 固废物的产生

脱墨浆生产过程固废物的来源大体为:废纸散包后经人工分拣，挑出的较大块塑料等固废物;废纸进入碎浆机打浆，碎浆机尾部排出碎块塑料等固废物;碎浆机出来的纸浆送去脱墨生产线处理，脱墨生产线在处理过程产生的脱墨污泥，经螺旋压榨机脱水成为脱墨渣;生产产生的全部废水送到废水处理系统，经厌氧、好氧工艺统一处理后，产生的废水污泥。

1.2 造纸固废物一般的处理方法

(1)人工分拣出来的塑料、金属、包装箱等，可分类回收出售。

(2)碎浆机尾部出来的主要是塑料，其热值很高，接近标煤，可以作为燃料入炉焚烧，但焚烧时产生的有害废气的处理成本很高，目前可出售回收利用。

(3)废水污泥一般也是委托外运处理，基本是填埋;也可以直接掺入到原煤中送热电厂的锅炉焚烧处理。

(4)脱墨渣一般是委托外单位外运处理，少部分用于做堆肥，大部分填埋。但这种处理方法已难以继续，在2008年脱墨渣被列入《国家危险废物名录》［1］中，必须按照危险废物的处理方法进行处置。

随着环保要求越来越严格，脱墨渣需按照危险废物的处理方法进行处置［2］，已经引起了业界的重视。目前，造纸企业都在探讨用焚烧炉焚烧固废物的方法来处理脱墨渣，既可符合环保要求，也能回收有效热能。而焚烧处理的前提则是必须符合国家的有关规范。

1.3 脱墨渣的性质

(1)脱墨渣的来源

废纸脱墨过程中去除油墨是一个非常关键的过程。废纸脱墨是化学反应和物理反应相结合的过程，一般通过脱墨剂来破坏印刷油墨对纤维的黏附，在适当的温度和机械力的作用下，将油墨从纤维上分离下来。脱墨污泥的成分，主要是来自废纸中的填料和涂料、细小纤维及大部分的油墨粒子。脱墨污泥经螺旋压榨机去掉大部分水后为脱墨渣，含水量在45%左右。

表1 脱墨渣主要成分

(2)脱墨渣主要成分

脱墨渣主要成分见表1，脱墨渣灰的特性和成分见表2和表3。

表2 脱墨渣灰的熔融特性 ℃

表3 脱墨渣灰的成分含量 %

从表1可以看到，脱墨污泥经脱水到含水量45%的脱墨渣时，低位发热值为3692 kJ/kg，是低发热量的燃料，可供锅炉作为燃料使用，只要燃料的低位热值不小于3649 kJ/kg，就可以不加辅助燃料在锅炉内稳定燃烧，这说明用锅炉焚烧处理脱墨渣在技术上是可行的，工艺也并不复杂。但脱墨渣已被列入《国家危险废物名录》中，其焚烧处理就必须符合国家对危险废物的处理规定。

由于脱墨渣的特性，要注意脱墨渣仓及脱墨渣入炉方式的选择。脱墨渣仓宜选择带有防搭桥铁板的圆柱体储仓，仓底应设置刮臂用于脱墨渣出仓，用螺旋给料方式入炉。

脱墨渣干燥后为粉状物，所以不适合用链条炉、炉排炉等炉型的锅炉。

本文重点对利用废纸脱墨浆作为生产原料的造纸企业在生产过程产生固体废物脱墨渣的焚烧处理进行探讨。

2 锅炉焚烧处理固废物的应用

目前固废减量化焚烧处理主要有炉排炉和流化床燃烧两种方式 (小型的还有回转窑炉，在此不作介绍)。炉排焚烧方式经过100多年的发展，技术已日臻完善并趋成熟。我国采用的炉排炉主要以直接购买或引进技术的方式，设备尚未国产化;采用流化床燃烧技术焚烧固废，虽然存在这样或那样的问题，但其应用结果证明是可行的，国内已有相近或类似应用的成功例子。

2.1 炉排炉

炉排炉由推料装置、干燥炉排、燃烧炉排和燃尽炉排等组成，见图1。固废由推料装置进入，推到干燥炉排，由热风干燥，并将有机物热解，干燥后的固废进入燃烧炉排焚烧;经焚烧的固废进入燃尽炉排，固废的渣灰在燃尽炉排冷却后排出炉外。炉膛来的热烟气进入余热锅炉回收热量，烟气要按环保要求进行处理后才能排放。

炉排炉的处理能力可以很大，目前垃圾焚烧处理大部分用这种炉型，但造纸的固废脱墨渣因是颗粒碎状，容易由炉排缝漏落，所以不适合在炉排炉里进行焚烧。

图1 炉排炉示意图

2.2 流化床固废焚烧锅炉

流化床固废焚烧锅炉技术在国外很早就有利用，但因固废燃料的特殊性以及对流化床燃烧低劣燃料技术掌握的不够，尤其是对高水分、低热值的固废燃料燃烧技术掌握不够广泛，使得该项技术没有得到深入发展。其实流化床燃烧技术几乎覆盖了所有可燃物质，优势非常明显，因此将该项技术用于固废焚烧也就成为一种必然，将其用于固废物的减量化及资源化处理也将成为一种趋势。流化床固废焚烧锅炉示意图见图2。

实践证明采用流化床燃烧方式钢材耗量低，最关键的是不存在技术壁垒，为其发展拓展了无限空间。流化床燃烧方式非常适合低劣燃料的燃烧，只要技术引用得当，结构及形式选择合理，采用流化床焚烧固废物将是一个很好的选择。

流化床焚烧锅炉存在的问题主要表现在以下几个方面:①固废物入炉，由于脱墨渣与其他燃料差异性很大，所以其仓储与入炉的方式设计必须具有很强的针对性，这一点很重要。②燃烧过程，由于热容大，对于高水分、低热值的固废燃料有着很好的包容性，但水分的变化却使其燃烧表现出明显的不稳定性，传热计算方面对固废燃料用于流化床燃烧计算没有成熟的经验，特别在负荷变化较大时经验参数的选取很重要。③高、低温腐蚀问题，由于固废燃料组分的复杂性，会有高温腐蚀问题，合理选取锅炉设计参数可以提高高温过热器的使用寿命，由于固废燃料的高水分特性，加之燃料中硫的存在及碱盐中氯的高温分解特性，大大提高了烟气露点温度，会导致低温区受热面的严重腐蚀，缩短锅炉运行周期和使用寿命，但脱硫脱硝技术的应用已可以解决这些问题。④二恶英的减量化处理及安全，二恶英是一种油脂类易溶性物质，常态下分解几乎是不可能的，因此有效遏制二恶英的生成或采取必要的分解措施尤显重要，焚烧炉必须设计二次燃烧室及急冷段。

目前以流化床燃烧固废物的锅炉都需要采用燃料煤作为助燃媒介，尤其是启动时更是如此，锅炉稳定燃烧后可以视入炉固废物的具体情况增减助燃煤给入量，以确保燃烧的稳定。

3 脱墨渣焚烧处理的应用

遵守国家环境保护法规，符合危险废物处理规范，使资源再生和能源利用，用“无害化、减量化和资源化”的原则来综合处理脱墨渣，使脱墨渣焚烧处理达到良好的环境效益、社会效益和经济效益。

图2 流化床固废焚烧锅炉示意图

(1)采用先进、成熟、可靠的脱墨渣焚烧、热能回收和烟气净化技术，使脱墨渣焚烧技术先进适用，确保脱墨渣焚烧运行的各项环保、能源指标优于或满足国家标准和规范的要求，同时合理控制工程造价和运行成本。

(2)针对脱墨渣热值低、水分高的特点，脱墨渣焚烧采用绝热炉膛的循环流化床炉，其处理效果符合HJ/T176—2005危险废物集中焚烧处置工程建设技术规范的要求:确保炉渣热灼减率＜5%;确保焚烧炉出口烟气中氧气含量达到6% ～10%(干烟气);设置二次燃烧室，并确保烟气在二次燃烧室1100℃以上停留时间＞2 s。

(3)设置烟气的急冷段，在设计工况下确保烟气温度在1.0 s内自500℃以上降到200℃以下，以减少烟气在该温度区的滞留时间，避免二恶英再次合成。在急冷段布置省煤器和空气预热器受热面回收余热［3］。

(4)采用选择性非催化还原 (SNCR，Selective Non-catalytic Reduction)技术以去除氮氧化物(NOx)，脱硝率大于40%。排放指标满足GB18484—2001危险废物焚烧污染控制标准的要求。

(5)脱墨渣含有大量碳酸钙 (是脱硫剂)，脱墨渣在炉内焚烧时碳酸钙与二氧化硫反应可达到脱硫的目的。炉后采用半干法进行烟气脱酸，排放指标满足GB18484—2001危险废物焚烧污染控制标准的要求。

(6)设活性炭喷射装置以吸附重金属和二恶英。

(7)用布袋除尘器除尘，除尘效率99.9%。烟尘排放浓度可达65 mg/m3以下。满足 GB18484—2001危险废弃物焚烧污染物排放标准，见表4。

(8)二次污染控制措施:①渣灰分储、分处，炉渣热灼减率＜5%，渣、灰分别设置渣仓和灰库中转存储，然后用专用汽车送有资质的危险废物填埋场进行安全处置，或者根据渣灰的成分分析，原地进行无害化调质处理后外运填埋。②焚烧烟气经“燃烧控制+装置净化+在线检测/监测”后，满足控制标准排放。

据据环保要求，危险废物焚烧处理后的灰均应检测重金属含量是否达标。如超标，应固化后再委托有资质的单位处理。

表4 烟气排放成分及含量

表5 脱墨渣重金属总含量与控制要求mg/kg

图3 脱墨渣焚烧处理及余热回收系统流程图

由表3脱墨渣灰成分含量可见，10种物质共占总成分的99.92%，其他没有检测到的成分只占0.08%。

此外，有关单位对脱墨渣重金属含量检测的结果及GB4284—1984农田污泥污染物控制标准的要求，见表5。

从表5可见，脱墨渣重金属含量只有总铜一项对酸性土超标、对中性土不超标，其他重金属含量均符合国家农田污泥污染物控制标准。

4 实例介绍

某公司是采用废纸脱墨浆生产新闻纸及文化用纸的企业，在生产过程中会产生一定量的脱墨渣。由于脱墨渣在2008年被列入《国家危险废物名录》中，必须按照危险废物的处理方法进行处置，因此，该公司建设了一套符合环保要求的脱墨渣焚烧处理及余热回收系统。

该项目脱墨渣焚烧处理及余热回收系统的技术改造设计，以安全、可靠的焚烧处理脱墨渣为主要目的，同时采用高效率、低成本的热能回收、发电技术。工程设计包括脱墨渣接收储存、高温焚烧、余热利用和发电、烟气急冷、烟气净化、渣灰处理、辅助燃料供应以及配套辅助生产设施等完整的建设内容［4］。

该项目采用流化床焚烧方法处理脱墨浆生产过程中产生的脱墨渣，脱墨渣焚烧处理及余热回收系统流程图见图3。设计、建设范围包括:脱墨渣焚烧处理及余热回收系统;焚烧炉后的环保设施;脱墨渣及燃料运输、炉前储存、入炉系统;渣灰输送、储存系统;电气系统;热控系统;配套的汽轮发电机组;给排水系统;点火和二次燃烧室供油系统;沼气燃烧系统;烟道及所需辅机［5］。

建设规模为安装1台处理能力不小于400 t/d的脱墨渣焚烧锅炉及其相配套的汽轮机发电系统。

(1)脱墨渣的储运及入炉系统

脱墨渣通过带式输送机送至炉前的2个容积约50 m3脱墨渣仓储存，该渣仓底部各设置1套出料螺旋，将脱墨渣分别送入2套炉前给料螺旋，由给料螺旋送入焚烧炉燃烧。为防止烟气反窜，脱墨渣的入炉口设在负压区，并设有密封风 (密封风采用焚烧炉的冷二次风)。

(2)助燃煤的储运及入炉系统

由于脱墨渣水分高、热值低，为保证脱墨渣的稳定燃烧，焚烧炉需用少量的助燃煤 (约1 t/h)，助燃煤的储存利用原锅炉系统的原煤仓，通过已有电站的输煤系统将助燃煤送入炉前仓内，再经带计量的带式给煤机送入炉内燃烧。

(3)点火助燃油及沼气输送系统

焚烧炉燃烧点火及二次燃烧室助燃用的0#柴油由供油系统供给。燃油输送管道分为两路:一路作为床下油点火;另一路助燃油进入二次燃烧室加热从燃烧室出来的烟气，使烟气温度升高到1100℃以上;造纸厂的工艺废水经厌氧处理将产生沼气，以甲烷为主要成分的沼气是非常理想的可再生能源。由于沼气具有较高的燃烧值，可回收利用热能。整个厂区现有和新建厌氧废水处理系统共产生约11000 m3/d的沼气，可全部引入新建脱墨渣焚烧炉作为燃料。沼气通过管道输送到炉前，经燃烧器送入炉内燃烧。

(4)脱墨渣的焚烧

脱墨渣的焚烧采用绝热炉膛，脱墨渣在焚烧炉中直接燃烧热解，焚烧温度达到850℃，使脱墨渣充分焚烧，确保炉渣热灼减率＜5%。由于脱墨渣热值低、水分含量高，为了保证脱墨渣稳定焚烧，使其充分得到燃烧并延长烟气停留时间 (＞2 s)，需要加入少量燃煤，既可助燃和稳燃，同时燃烧产生少量的渣灰又可作为床料补充。

为降低尾部烟气含尘浓度，提高燃尽率，在焚烧炉烟气出口设置旋风分离器。烟气经过分离器后进入二次燃烧室，在二次燃烧室的入口设置油燃烧器和沼气燃烧器，通过喷燃轻柴油和沼气，使烟气温度升高到1100℃以上，且时间≥2 s，烟气含氧＞6%［6］。

脱墨渣在高温下得到充分的氧化、热解和燃烧，使其焚烧去除率≥99.99%，可以从根本上解决脱墨渣焚烧所产生的烟气中的二恶英和重金属等有毒有害物质所带来的二次污染问题。在二次燃烧室设有尿素液喷口，采用SNCR脱硝技术，使NOx满足国家排放标准的要求。尿素制备系统与公司现有系统共用。

(5)余热回收

高温烟气从二次燃烧室进入余热锅炉，余热锅炉的汽水系统包括省煤器、锅筒及内部装置、水冷壁、下降管、蒸发管、过热器及减温器等。

给水经烟气传热后，产生压力2.5 MPa、温度350℃的次中压蒸汽，蒸发量约30 t/h。余热锅炉产生的次中压蒸汽送入1台1.5 MW背压式汽轮机做功后，排出压力0.5 MPa的低压蒸汽供生产用。

(6)急冷段

为防止在较低温度区200～500℃再次生成二恶英的可能，在余热锅炉的后部设置急冷段，采用急冷技术将500℃以上的高温烟气在1 s内降低为160～200℃的低温烟气，避免二恶英在低温区再次生成。

急冷段烟道内设省煤器和二级空气预热器，并设有应急喷水降温装置，喷嘴中冷却水采用压缩空气雾化，使烟气温度快速下降。无论在任何状况下都能保证急冷段出口的烟气温度低于200℃。为保证烟气在1 s内从500℃以上降至200℃以下，省煤器和空气预热器应有足够的面积且烟气应保证适当的流速。省煤器面积762 m2，空气预热器面积825 m2。急冷段内省煤器+二级空气预热器的长度小于6.2 m，烟气流速为7 m/s，从而保证烟气从500℃以上降到200℃以下所用时间＜1 s。

(6)烟气净化

本工程烟气净化采用炉内初步脱硫和SNCR脱硝、炉后采用半干法脱酸、活性炭吸附、布袋除尘等技术和装置。脱酸除尘系统包括烟气脱酸塔及烟道系统、布袋除尘系统、灰循环系统、吸收剂存储输送系统、灰输送及存储系统。

①烟气脱酸塔及烟道系统

烟气脱酸采用循环悬浮式半干法烟气脱酸装置(吸收剂使用氢氧化钙)，主要包括脱酸塔、双流体喷嘴、石灰储存和输送系统及相关连接烟道等。塔径约3020 mm，高约31.8 m。本脱酸塔适应锅炉负荷变化范围为50%～120%。

循环悬浮式半干法烟气脱酸是近几年国际上新兴的比较先进的烟气脱酸技术，具有投资相对较低，脱酸效率相对较高，设备可靠性高，运行费用较低的优点，因为适用性广，受到人们的关注，并在许多工程上普遍使用。

②活性炭吸附

余热锅炉出来的烟气经脱酸塔后，在进入布袋除尘器前要喷入活性炭。活性炭是广泛应用的吸附剂，吸附烟气残留的有害微粒。

③布袋除尘器

经脱酸塔后的含尘气体进入布袋除尘器，布袋除尘器收集下来的灰储存在灰斗，经空气斜槽回送到脱酸塔进行灰循环。布袋除尘器底部灰斗中的灰经螺旋输送机排出后经仓泵输送至灰库。考虑到烟气的组分特殊，酸露点较高，故在除尘器灰斗外设有电加热伴管保温，保证除尘器本体内壁不至于出现酸结露。烟气经布袋除尘器后，由引风机经烟囱排入大气。本系统除尘效率≥99.9%。

(7)渣灰处理系统

①除渣系统

本系统所处理的炉渣主要是焚烧炉底渣以及二次燃烧室末端排渣。

焚烧炉底部设有1个放渣口，放渣口下方配1台冷渣机，高温炉渣通过除盐水将其冷却，冷却后排渣温度为100℃以下。冷却后的炉渣输送至埋刮板输送机，再经斗式提升机后进入渣仓。

该系统设干渣库1座，容积为150 m3。渣库下部设出口，渣库顶部布置布袋除尘器和真空压力释放阀。渣灰输送设备及渣仓均为密闭操作，避免粉尘外泄。

炉渣按照危险废物需送有资质的危险废物填埋场进行安全处置，或者根据渣灰的成分分析考虑今后在原地进行无害化调质处理后外运填埋。

②除灰系统

脱墨渣焚烧处理产生的飞灰主要来自空气预热器下的排灰、脱酸塔排灰和布袋除尘器下的排灰。

脱酸后的干态产物小部分从脱酸塔塔底排灰口排出，绝大部分随烟气进入布袋除尘器，由布袋除尘器捕集。布袋除尘器收集的飞灰经仓式气力输送泵送至灰库暂存。该系统设干灰库1座，容积300 m3，可储灰量约240 t。当需将灰装车外运时，先用空压机站提供的经电加热器加热的压缩空气对气化板充气，使储存的干灰流态化，然后打开卸灰设备卸灰。卸灰有两种方式:一是干灰气化后经库底卸料器、散装机后直接装罐车外运;二是干灰气化后经螺旋闸门、电动锁气器卸至双轴搅拌机经加湿后装车外运。库顶设有脉冲式布袋除尘器1台，以处理气力输送和散装机排风产生的含尘气体。当输灰管和散装机排风管向灰库进灰时，经除尘器将含尘气体净化后排放。

该脱墨渣焚烧炉已投运并通过了环保测试验收。

5 结语

本文介绍的流化床固废焚烧锅炉是按环保要求焚烧处理脱墨渣的较好的选择。其优点有:①能大量焚烧处理脱墨渣，可把造纸厂所产生的脱墨渣全部处理。②锅炉有脱硝、脱酸、活性炭吸附和布袋除尘等环保处理配套设施，又有防止二恶英生成的二次燃烧室和急冷段的设置，满足了环保要求。烟气能完全达标排放。③焚烧处理达到了连续化、环保化、减量化处理脱墨渣的效果，又可以回收热量产生造纸厂必须的蒸汽和电力，达到变废为宝、资源化利用脱墨渣的效果。④焚烧处理脱墨渣的运行成本远低于由有资质单位处理的成本，造纸厂可以承受。⑤脱墨渣焚烧处理项目取得了良好的环境效益、社会效益和经济效益。

［1］ 中华人民共和国环境保护部、中华人民共和国国家发展和改革委员会．国家危险废物名录［S］．2008．

［2］ GB18484—2001 Pollution Control Standard for Bzzardous Wastes Incineration［S］．GB18484—2001危险废物焚烧污染控制标准［S］．

［3］ HJ/T176—2005 Technical specifications for Centralized Incineration Facility［S］．HJ/T176—2005危险废物集中焚烧处置工程建设技术规范［S］．

［4］ 环发［2001］199号．危险废物污染防治技术政策［S］．

［5］ GB50041—2008 Code for Design of Boiler Plant［S］．GB50041—2008锅炉房设计规范［S］．

［6］ CAO Chun-hua．Air Supply System of Chemical Recovery Furnace［J］．China Pulp ＆ Paper，2013，32(1):46．曹春华．大型碱回收锅炉燃烧供风系统［J］．中国造纸，2013，32(1):46． CPP