移动床锅炉焚烧制鞋废料的污染物排放研究

摘要：通过焚烧法来处理制鞋废料既能减量化，又能实现热能回收，是十分理想的处理方式。然而，制鞋废料焚烧时产生的污染物排放一直备受关注。文中从常见的小型移动床层燃锅炉入手，以制鞋废料为燃料，对焚烧产生的污染物排放情况进行检测，并分析污染物存在的原因，提出烟气清洁排放的相关防治建议。

关键词：制鞋废料;锅炉焚烧;二噁英;污染物排放

Study on Pollutant Emission of Shoemaking Waste Incineration in the Moving Bed Boiler

YOU Yi-Cong

（Quanzhou Branch of Fujian Boiler and Pressure Vessel Inspection Institute， Quanzhou 362000， Fujian， China）

Abstract： Its an ideal way to treat shoemaking waste by incineration， which can not only reduce the amount， but also realize the recovery of heat energy. However， the emission of pollutants from the incineration of shoemaking waste has attracted much attention. This paper starts with the common small-scale moving bed combustion boiler， uses shoe-making waste as fuel， detects the pollutant emission from incineration， analyzes the causes of pollutants， and puts forward relevant prevention and control suggestions for clean emission of flue gas.

Key Words： Shoemaking waste; Boiler incineration; Dioxins; Pollutant emission

1引言

我国是世界公认的制鞋大国，每年生产的鞋类产品约占世界总产量的60%。然而在制鞋过程中，不可避免会产生大量的边角料。这些边角料由于成分多样、形态琐碎无规则、工业回收再利用困难等问题，大多只能当作固体废料加以处置[1]。相对于露天堆放或填埋法，通过焚烧法来处理制鞋废料不仅能达到减量化，又能实现热能回收，无疑是十分理想的处理方式。然而，制鞋废料焚烧时产生的污染物排放一直是人们关注的焦点。

采用移动床锅炉焚烧处理固体废物目前在我国及欧美地区均已得到广泛应用且技术相对成熟[2-4]。这是因为移动床锅炉对处理固体废物具有适应性强、故障少、运行稳定可靠等优势。但是，在处理制鞋废料这种特殊固体废物上的应用，相关的文献报道仍不多见[5]。文中从常见的小型移动床式层燃锅炉入手，以制鞋废料为燃料，对焚烧产生的污染物排放情况进行检测，并根据检测结果分析污染物存在的原因，提出烟气清洁排放的防治建议。

2实验部分

2.1移动床制鞋废料焚烧锅炉及除尘系统

文中选用的移动床焚烧锅炉为制鞋厂常用的卧式链条炉排有机热载体锅炉，锅炉型号：YLW-4700S，测试时使用的燃料为制鞋废料。在烟气系统中，该锅炉烟道尾部配有2座旋风除尘器（D×H=2.5m×6.0m）和6台布袋除尘器（D×H=2.5m×6.0m），燃烧废气经引风机通过一根40米高的砖砌烟囱向大气排放。锅炉及除尘系统的平面布置图见图1。

2.2燃烧工况介绍

燃烧工况主要由现场的炉膛出口（即第二烟道入口处）烟温和锅炉本体出口（即末端热水器前）烟温判断。温度测量采用铠装S型热电偶，测温范围为0℃～1300℃。热电偶外部套有不锈钢钢管进行保护，经测孔垂直插入侧墙内以获取炉膛及锅炉本体出口处的烟气温度信息。经测试，尾气污染物检测期间，炉膛出口（即第二烟道入口处）烟温在800℃～1100℃之间，平均值约为950℃;锅炉本体出口（末端热水器前）的烟温在234℃～249℃之间，平均值约为242℃。

2.3尾气污染物测试情况说明

邀请资质齐全的第三方检测公司分别对该锅炉进行烟气污染物排放测试。其中，烟气（尘）采样点位、重金属及其化合物类污染物监测点为鞋材废料焚烧炉布袋除尘后端废气排放口处（1#采样点，见图1标注）。二噁英类污染物采样点位分别为进布袋除尘器前端（2#采样点）、布袋除尘器内（3#采样点）和布袋除尘器后端（1#采样点）三个位置。以上检测频次均为连续3次。

各类污染物的检测标准（方法）和所使用的仪器名称及型号详见表1。烟气（尘）和重金属类含量实际采样工况信息见表2。

3 污染物排放测试结果

3.1烟气（尘）测试情况

采样点位为1#采样点处，检测结果见表3。在平均标干流量5711m3/h下，颗粒物（烟尘）含量为ND，即为未检出。汞及其化合物实测平均浓度为0.0166mg/m3，折算平均浓度为0.0200mg/m3。二氧化硫的实测浓度为1.16×103mg/m3，折算浓度为1.39×103mg/m3，超出GB 18485-2014《生活垃圾焚烧污染控制标准》[6]及修改单表4（以下简称“标准规定”）中的控制值100mg/m3（1h均值）。氮氧化物的实测浓度为400mg/m3，折算浓度为480mg/m3，超出标准规定中的控制值300mg/m3（1h均值）。一氧化碳的实测浓度为283mg/m3，折算浓度为339mg/m3，超出标准规定中的控制值100mg/m3（1h均值）。氯化氢的实测浓度为0.88mg/m3，折算浓度为1.06mg/m3，大大低于标准规定中的控制值60mg/m3（1h均值）。氟化氢的排放浓度为ND，即为未检出。

3.2 重金属及其化合物测试情况

采样点位为1#采样点处，检测结果见表4。在平均标干流量5425m3/h下，锑、砷、铅、铬、钴、铜、锰、镍及其化合物（以Sb+As+Pb+Cr+Co+Cu+Mn+Ni计）实测浓度为0.107mg/m3，折算浓度为0.135mg/m3，低于标准规定中的控制值1.0mg/m3（测定均值）。镉、铊及其化合物（Cd+Tl计），实测浓度为1.5×10-4mg/m3，折算浓度为1.9×10-4mg/m3，低于标准规定中的控制值0.1mg/m3（测定均值）。

3.3 二噁英类污染物测试情况

二噁英类，是指多氯代二苯并-对-二噁英（PCDDs）和多氯代二苯并呋喃（PCDFs）的统称。根据标准规定，本次检测的二噁英类为PCDDs和PCDFs的总量，浓度为毒性当量（TEQ）的质量浓度。其中，PCDDs包含2，3，7，8-T4CDD、1，2，3，7，8-P5CDD、1，2，3，4，7，8-H6CDD、1，2，3，6，7，8-H6CDD、1，2，3，7，8，9-H6CDD、1，2，3，4，6，7，8-H7CDD和O8CDD;PCDFs包含2，3，7，8-T4CDF、1，2，3，7，8-P5CDF、2，3，4，7，8-P5CDF、1，2，3，4，7，8-H6CDF、1，2，3，6，7，8-H6CDF、2，3，4，6，7，8-H6CDF、1，2，3，7，8，9-H6CDF、1，2，3，4，6，7，8-H7CDF、1，2，3，4，7，8，9-H7CDF和O8CDF。

对于烟气（尘）中的二噁英类，对进布袋除尘前端采样口（2#采样点）进行采样检测3次，经检测三次结果分别为：11ng/m3、14ng/m3、11ng/m3，平均含量为12ng/m3;对布袋除尘后端采样口（1#采样点）进行采样检测3次，经检测三次结果分别为2.6ng/m3、0.93ng/m3、2.5ng/m3，平均含量为2.0ng/m3。对布袋除尘器里的飞灰（3#采样点）进行随机采样3次，经检测该部分的二噁英类含量分别为80μg/kg、46μg/kg、73μg/kg，平均含量为66μg/kg。具体检测结果见表5。

4结果讨论与原因分析

4.1 测试结果概述与分析

参照GB 18485-2014《生活垃圾焚烧污染控制标准》及修改单4的排放要求，由测试结果可知，烟气中的颗粒物（烟尘）含量为未检出，说明通过配套的除尘设备（旋风除尘器和布袋除尘器）效果足够好，可以满足颗粒物（烟尘）达标排放、甚至超低浓度排放的要求。烟气检测中有少量氯化氢存在，但远低于排放限值，能满足清洁排放;烟气检测中几乎无氟化氢含量，达到排放标准;各类重金属类含量也远低于排放限值，达到排放标准，说明制鞋废料中重金属含量较低。值得关注的是，参照标准规定，烟气中的SO2、NOx、CO均不同程度地存在浓度超标排放，二噁英类的排放浓度也存在超标。

4.2  SO2排放浓度高的原因分析与防治建议

SO2浓度排放超标说明在鞋材废料中，仍然有相当程度的含硫材料存在，在燃烧过程中彻底释放出来，加上该锅炉尾部未配备相应的脱硫装置导致排放超标。因此，在此类焚烧炉的设计上，应考虑在锅炉烟道尾部加装脱硫装置，这样不但可以有效去除SO2的排放，同时也对酸性气体（如HCl、HF等）的去除大大有利。

4.3 NOx排放浓度超标的原因分析与防治建议

NOx排放浓度高，主要跟燃烧有关。焚烧烟气中NOx中主要成分是NO，约占90%，NO2占5%～10%，从形成机理上划分，可以分为热力型NOx、燃料型NOx和快速型NOx[7]。当焚烧炉温度大于1200℃时，温度每增加100℃，反应速率成指数增长，热力型NOx相应增加。当焚烧炉温度不超过1200℃，烟气中NOx的来源主要是燃料中的氮化合物在高温燃烧的条件下，与氧气反应生成的燃料型NOx。快速型NOx是指碳氢燃料在燃烧过程中，当过量空气系数小，而燃料浓度大时，会快速生成NOx。从锅炉运行工况数据可知，本锅炉炉膛温度基本运行在1200℃以下，热力型NOx生成量少，因此主要是燃料型NOx和快速型NOx。由于制鞋废料的燃烧着火点较低，着火迅速，过量空气系数迅速降低;同时，制鞋废料为成捆投料燃烧，着火初期燃料又相对充足，因此，燃料型NOx和快速型NOx迅速增加，最终导致排放浓度明显超标。对于NOx的防治，应先通过调整燃烧工况和配风来实现，再结合后端二噁英的防治设施协同脱除。

4.4 CO排放浓度高的原因分析与防治建议

CO是不完全燃烧的产物之一。CO含量高是因为目前市面上的制鞋废料为成包捆扎成方块状（重量约200kg/包）投料，投料初期由于制鞋废料迅速着火，炉内出现暂时的供氧不足，从而造成部分燃烧不充分现象，最终导致CO浓度排放超标。因此，给料均匀性差是造成CO超标的主要原因。对于CO的排放防治，主要以燃烧前端控制为主。将制鞋废料压缩制备成较小模块，或者将制鞋废料和木材联合加工成制鞋废料衍生物[8]，都能大大提高给料的均匀性，是将CO含量控制在达标排放范围内的一大解决思路。

4.5 二噁英类的排放问题分析与防治建议

通过测试结果可以发现，在进布袋除尘前，二噁英平均含量为12ng/m3;对进入布袋除尘后端的烟气进行测试，二噁英平均含量为2.0ng/m3。这说明制鞋材料燃烧还是会产生二噁英类物质。另外，从对布袋除尘器里的飞灰的采样检测结果，平均含量为66μg/kg也可以看出，在这种燃烧工况下二噁英是普遍存在于烟气中，并且以飞灰携带为主。虽然通过布袋除尘器，可以使颗粒物几乎完全除尽以及捕捉大部分飞灰中的二噁英，但是烟气中仍平均存在2.0ng/m3。根据GB 18485-2014《生活垃圾焚烧污染控制标准》及修改单表5规定，对于处理能力<50t/d的，应将排放指标控制在1.0ng/m3以内。因此，按照这个标准，在布袋除尘器后端（1#采样点）的第二次检测结果其实是能满足排放控制要求。不过，要进一步降低二噁英类的排放，还需通过有效的去除设备来联合实现。有文献[9]报道，在布袋除尘前端加装活性炭喷射塔技术，对生活垃圾焚烧中的二噁英去除效率能达到99%。此外，活性炭也能吸附烟气中的SO2和NOx，降低SO2和NOx的排放，对制鞋废料焚烧的清洁排放也是大大有益。

5结语

通过对制鞋废料在移动床层燃锅炉上焚烧的烟气、飞灰检测发现，仅通过旋风除尘器和布袋除尘器的配置，烟气中颗粒物、绝大多数污染物气体和重金属及其化合物都能达到《生活垃圾焚烧污染控制标准》中的控制值排放，但SO2、NOx、CO和二噁英类排放仍然会超过标准规定的排放浓度。因此，不能直接将制鞋废料在这种小型锅炉上焚烧处理。要做到制鞋废料在锅炉上焚烧的清洁排放，可以从以下三个方面进行改进：（1）将制鞋废料制成小模块，或与木柴等加工成制鞋废料衍生物，可以降低燃烧中的CO含量，使燃烧更为充分。（2）应配置专门的脱硫装置，可有效去除烟气中的SO2等酸性有害气体。（3）使用活性炭喷射加布袋除尘技术，有望将二噁英和烟气污染物控制在达标排放标准内。

总而言之，对于小型的移动床锅炉在处理制鞋废料上仍存在诸多不完善的技术问题，需要投入更多的尝试和研究。只有不断通过技术应用和创新，才能找到制鞋废料热能利用与清洁排放相统一的方法，真正做到变废为宝，从而为我国制鞋废料的工业治理提供坚强有力的技术支持。

参考文献

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[8]彭俊杰，林镇荣，刘敏茹，等.制鞋废料与木粉混合制备RDF的燃烧性能研究[J].可再生能源，2018， 36（01）：138-143.

[9]雷鸣.小型农村生活垃圾热处理炉二噁英及重金属的排放特性及控制研究[D].华南理工大学博士学位论文， 2017，22-27.