危險廢棄物焚燒處置技術的應用和發(fā)展已有近百年的歷史，二十世紀初期一些國家就開始采用焚燒處置技術處置工業(yè)固體廢棄物。在工業(yè)危險廢棄物焚燒處理行業(yè)中，回轉窯+二燃室的組合因其適應性強、工藝相對簡單、操作性強等特點而得到廣泛應用。在實際運行中，回轉窯窯內結圈是一個比較容易出現(xiàn)的問題，對裝置的長周期穩(wěn)定運行會帶來一定的影響。根據(jù)筆者多年的工程設計與現(xiàn)場運行經(jīng)驗，結合相關技術文獻，現(xiàn)對此問題進行分析，并嘗試給出一些建議措施，以期對實際的生產和工程設計提供一些參考。

回轉窯焚燒爐窯內結圈的原因分析

由于國內環(huán)保要求越來越嚴格，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渣的熱值普遍較高，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，回轉窯普遍在950~1,150℃之間運行，而危廢灰渣的熔點普遍在1,000~1,200之間（接近或者稍高于最高燃燒溫度）。加上送入回轉窯的物料一般都較為復雜、熱值波動較大、物料進料不均勻，且物料在窯內停留時間較長（一般在60~90分鐘），比較難做到及時調整燃燒過程，因此窯內溫度一般都會有一定的波動，不可避免會出現(xiàn)窯內局部溫度過高導致灰渣熔融，進而粘附在回轉窯內壁上。隨著轉窯的轉動及由于內襯的溫度呈梯度分布，部分熔融的灰渣可能會在內襯材料上凝固下來，形成新的窯皮。隨著窯的轉動，部分灰渣可能會被再次熔融，并達到一定的平衡，這樣窯皮就不會增厚。但是如果沒有達到平衡，掉落下來的灰渣少，窯皮就會逐步增厚，達到一定程度后就形成結圈，如下圖所示：

形成結圈的主要原因有如下幾點：

1.回轉窯的操作模式

根據(jù)操作溫度的不同，回轉窯有兩種操作模式：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)一般認為925℃以下為干渣模式，正常配伍可以保證灰渣不會熔融，此種操作模式結圈的可能性比較小。另外一種模式是熔渣模式，回轉窯會在較高的溫度運行，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)，一般也較難結圈。如果操作溫度運行在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，比較容易產生部分熔融，但又不能完全熔融的工況出現(xiàn)，進而隨著溫度變化及波動，造成部分熔融的渣凝固在轉窯內襯上，同時包裹一些高熔點灰渣，窯皮逐漸加厚，進而造成結圈。

2.回轉窯進料的及配風穩(wěn)定性

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

3.灰渣的化學組分及灰熔點

回轉窯底部灰渣的主要成分是一些無機氧化物，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堿金屬鹽如Na/K鹽。若堿金屬組分含量較高，由于其熔點低，因此入爐廢料如果含鹽量較高，很容易在窯內濃縮，導致窯內結圈。而根據(jù)文獻的實驗研究結果，當分別提高SiO2、Al2O3及CaO的含量時，其灰熔點溫度都有不同程度的上升，因此底渣的成分對于灰渣軟化溫度有較大的影響。根據(jù)現(xiàn)場操作經(jīng)驗，在此情況下，即使回轉窯在較低溫度運行時(比如850~950℃)，窯內也可發(fā)現(xiàn)較多的熔融物，如下圖所示，根據(jù)化驗結果可知，其中Na含量高達35%，見表1，也印證了此推論。

表1：低熔點鹽灰熔點及主要成分分析

回轉窯結圈的預防措施

危險廢棄物在回轉窯焚燒裝置中焚燒時，如果實際運行中操作不當，很容易產生窯內結圈的問題。當結圈嚴重時，將導致窯內重力負荷增加，物料運行不通暢，就會產生耐火材料被拉裂損壞，焚燒系統(tǒng)被迫停運等問題，因此需要從操作運行等源頭上進行預防。

1.選擇合適的操作模式

根據(jù)物料灰分和熱值等條件，進行物料配伍及選擇合適的操作模式，使得回轉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)下運行。

2.改變進料方式及穩(wěn)定配風

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)進料設備進行固廢的進料，同時加強回轉窯配風，使得回轉窯的操作溫度處于較穩(wěn)定的狀態(tài)。

3.加強廢物的配伍

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?shù)嘏浯钜恍〤aO，或者含有SiO2或Al2O3較高的黏土進行配伍。同時根據(jù)廢棄物的熱值，合理地進行配伍，以保證廢棄物熱值的穩(wěn)定性。

結圈的清理措施

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

1.自熔融措施

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

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℃左右的結皮物料內部，在高溫物料內，水驟然汽化膨脹從而使結皮爆裂，被擊中的部分物料被震動垮落，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皮厚度相關，目的是使結皮物料爆裂垮落，而耐火材料不受影響。水柱射入的角度應僅使物料松軟而不致于被大面積沖垮，否則會引起設備或人員的傷害事故。這種方法對于操作角度和空間要求較高，適用于回轉窯尾部的結圈清理，但如果操作不當，也可能會損壞回轉窯內襯。

綜上所述：

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

2.進料方式和配風對于操作穩(wěn)定性也有較大影響，采用連續(xù)進料的方式優(yōu)于傳統(tǒng)的間歇進料。同時優(yōu)化配風控制程序，更有利于操作的穩(wěn)定，減少結圈的產生；

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

4.實際生產中如產生了結圈，可以通過自熔融或者高壓水槍的方式進行清理。