烧结砖隧道窑特性及共处置危险废物潜力的研究

刘振森 何 捷 聂 卿 崔敬轩 萧 瑛 徐伟伟 赵兰珍 宋彤彤

（中国建筑材料科学研究总院，北京 100024）

自1998年国务院颁布了《国家危险废物名录》以来，我国陆续发布《危险废物污染防治技术政策》、《危险废物填埋污染控制标准》、《危险废物贮存污染控制标准》、《GB 5085.7—2007 危险废物鉴别标准通则》，使得我国对于危险废物的管理趋于规范和严格。危险废物处置方面，目前我国采用的是专用设施危险物焚烧、填埋和现存工业窑炉共处置两项并举的措施。由于缺乏对工业窑炉特性的系统研究，它们的共处置危险废物潜力也不为人所知。本文就烧结砖行业规模企业的主要烧成设备——隧道窑的热工特性进行研究，并探讨其共处置危险废物的潜力。

1 烧结砖及隧道窑

烧结砖瓦行业是我国建材类重要行业，2012年规模以上企业烧结砖完成3429.70亿块标砖，较上年同比增长9.5%；烧结瓦产量完成110.83亿片，同比增长0.9%[1]。隧道窑是烧结砖行业类规模企业的主要烧成设备，其工作结构可以分为预热带、烧成带、冷却带三部分。预热带，通过借助烧成余热对砖坯进行预热、干燥、脱水以保证烧成；烧成带，是对来自预热带的砖坯继续加热，实现矿物熔融、结晶、固化，完成它的物理化学反应过程；冷却带，通过送风机鼓入的空气对来自烧成区的砖进行冷却，并保证其不炸裂。干燥后的砖坯，由摆渡车送到隧道窑预热入口，之后，经过预热带的缓慢升温，到500℃时已逐渐排除完自由水分和结晶水分；到570℃时，β-石英相变到α-石英，产生0.8%的体积膨胀[2]。此后，砖坯进入1000～1200℃的烧成带烧制，烧成阶段一般保温时间较长，以便有利于满足原料砖坯的要求。当砖进入冷却带后，随着窑内温度降低，由于α-石英相变到β-石英和方石英产生快速体积收缩等因素，会使砖出现裂纹，影响砖的性能。为此，冷却应缓慢进行。

为保证砖的产量、质量和隧道窑的稳定操作，在生产过程中必须有合适的烧制热工制度，即温度制度、气氛制度以及压力制度，这些在探讨隧道窑共处置危险废物的潜力过程中是首当其冲的；除此之外，我们还应关注隧道窑砖坯停留时间、烟气等因素，综合评估隧道窑共处置危险废物的潜力。

2 隧道窑共处置危险废物潜力

2.1 温度制度

隧道窑的温度制度，是砖在预热、烧成和冷却过程中，为保证制品质量指标 （如尺寸、性能）的而设定烧成温度。一般预热带温度范围为40～900℃，烧成带的温度范围为900～1150℃[3]，冷却带的温度范围为1150℃～出窑温度。隧道窑的温度场如图1所示。

图1 隧道窑温度场（窑长150m，有效高度1.4m）

目前，危险废物处置工程技术要求的依据是《HJ 2042-2014 危险废物处置工程技术导则》（以下简称导则），其中，危险废物焚烧处置温度要求为：温度范围应为750～1200℃。可以看出，隧道窑温度制度满足危废处置温度的要求。

2.2 压力制度

隧道窑预热带为负压，烧成带为微正压，冷却带为正压[4]。隧道窑压力值和分布是否合理，决定窑内气体流量、窑温均匀程度和气氛维持状况。实践表明，预热带负压不能过大，烧成带微正压操作，冷却带正压也不能过大。还应强调的是，压力制度除与工作系统有关外，还与窑内的烟气阻力有关。

导则中规定，对于采用焚烧技术处置危险废物，应保证系统处于负压状态，以避免有害气体溢出。由于烧成带采用微正压操作，这使得烧结砖隧道窑必须重新考虑整体密闭性，同时应建立废气回窑设施，否则现阶段不适合共处置危险废物。

2.3 物料停留

隧道窑的物料停留时间，即烧成周期约50 小时[5]，烧成带物料停留时间为6～12小时。导则中规定，危险废物焚烧处置物料停留时间为：750～1200℃范围内，固体停留时间应为30min～2h。可以看出，烧结砖隧道窑满足物料停留时间的要求。

2.4 隧道窑烟气

隧道窑烟气温度为80～120℃，化学成分复杂，在烧成过程中可逸出有害气体SO2、HF、NOx、CO、HC1等。导则中规定焚烧处置系统产生的高温烟气应采取急冷措施，烟气温度应在1s内下降到200℃以下，减少烟气在200～500℃温度区的停留时间，防止二噁英产生或二次生成。尽管烟气温度满足需求，但是由于隧道窑烟气经过预热带降温缓慢，所以必须建立合适的烟气冷却制度，否则隧道窑共处置危废现阶段不满足烟气排放要求。

2.5 原料及设施

隧道窑的原料中，由于Mg、S元素易造成砖“泛霜”和“疏解粉碎”，影响砖的质量和成品率，因此，Mg、S含量高的危险废物不能采用烧结砖隧道窑进行共处置。

导则中，其他对危险废物焚烧处置要求如下：

采用焚烧技术处置危险废物，焚烧处置设施应采用技术成熟、自动化水平高、运行稳定的设备。

焚烧处置设施宜采取连续焚烧方式，并保证焚烧处理量在额定处理量的60%～110%内波动。

焚烧动力装置应满足最大负荷及各种意外情况下的最大动力输送，宜取平均值的3～5倍或以上。

可以看出，除了隧道窑自身外，还应建立并完善废物来源及存储设施，改进焚烧设置技术，提高管理水平，扩大窑动力负荷等，以达到隧道窑共处置危险废物的相关要求。

3 结 语

为满足导则对处置危废的要求，应对危险废物成分进行Mg、S含量控制，同时对现有的烧结砖隧道窑和配套系统进行如下改进：

1）重新考虑整体密闭性，同时应建立废气回窑设施；

2）建立合适的烟气冷却制度，以减少烟气在二噁英产生温度区的停留时间。

3）建立并完善废物来源及存储设施，改进焚烧设置技术，提高管理水平，扩大窑动力负荷。

[1] 中国建筑材料工业年鉴2013版[M]，北京:中国建筑材料工业年鉴编辑部，2013年，p136-137

[2] 晏拥华，尚江山，浅谈轮窑的热工制度和内燃烧成[J]，砖瓦世界，2006，6:P30-32

[3] 张学功，隧道窑总体设计与烧成工艺（一）[J], 砖瓦世界，2009，3:P48-52

[4] 张美杰，程玉保，无机非金属材料工业窑炉[M]，北京:冶金工业出版社，2008.74-75

[5] 孟永利，杨寰宇，邓磊，现代化烧结砖厂工艺探讨[J], 砖瓦世界，2011，11:P14-18