1 焚烧物料的基本情况
宝钢危废焚烧系统具备优先处理宝钢自产危废并协同处理社会危废的功能，其中宝钢厂内主要危废包括：HW08 浮渣污泥；HW09 含油废物、废乳化液、热 CC（含有热废油的废水）；HW11 废脱硫剂、废焦油渣；HW12 染料、涂料废物；HW13 有机树脂类废物；HW49 清洗杂物等。社会危废来源主要包括：HW02 医药废物、HW03 废药物，药品、HW04 农药废物、HW05 木材防腐剂废物、HW06 废有机溶剂与含有机溶剂废物、HW08 废矿物油与含矿物油废物、HW09 油/水，烃/水混合物或乳化液、HW11 精（蒸）馏残渣、HW12 染料，涂料废物、HW13 有机树脂类废物、HW16 感光材料废物、HW37 有机磷化合物废物、HW39 含酚废物、HW40 含醚废物、HW49 其他废物。
钢铁企业自产危废焚烧运行具有其特殊性，主要体现在以下几点：①原料热值普遍偏低；②含油污泥产量大，且铁含量很高；③炉渣量大，飞灰量大；④一般要求炉渣采用干法冷却，配合炉渣综合利用；⑤高含铁量在高温下形成熔融炉渣，堵塞冷渣系统；⑥轻质破碎料燃烧速度快，温度高，与高含铁量油泥配伍时容易造成油泥熔融，在窑内结焦。
2 破碎料焚烧的主要问题及研究思路
我国每年产生的各种含油污泥总量超过 1 000 万 t，其中钢铁行业产生量占 30%以上。钢铁企业轧钢含油污泥处置除直接返生产利用及送水泥厂回转窑协同处置外，往往借鉴油田含油污泥处理的经验和技术，以焚烧和热解为主。焚烧和热解各有优势，焚烧力求彻底焚毁污染物，减量效果好，产生的高温烟气经过锅炉余热利用后，利用钢铁企业的优势，采用烧结烟气净化系统进行协同处置，即可回收蒸汽，又可节约烟气净化投资；热解则主要以节能为主，保留热解气作为辅助热源。可将二者的优势结合起来，开发独立的焚烧控制系统。
由于钢铁企业危险废物热值普遍偏低，单烧污泥虽然也可正常运行，但飞灰和炉渣产量大，因此，为了节约系统运行过程中辅助燃料的消耗量，按照社会危废焚烧的配伍要求，可以将含油污泥与轻质破碎料混合焚烧。虽然含油污泥中混入少量破碎料时焚烧系统运行能够基本正常，但轻质破碎料具有燃烧速度快且温度高的特点，容易造成污泥焚烧局部温度高，遇到细小颗粒铁粉含量高或者碱金属含量高（超过 5%）时，局部高温会导致窑内铁粉和碱金属呈现熔融状态，在随炉渣排除过程中很容易堵塞冷渣机入口，并在焚烧温度较低时，会出现严重的窑内结圈现象。本文对窑内结圈渣和窑尾炉渣样本进行分析发现，焦渣和炉渣铁含量高达 50%～70%，这是钢铁行业危险废物的主要特殊性。铁含量高也是焚烧系统结圈和熔融渣的罪魁祸首，因此对焚烧的温度控制有更高的要求。传统的回转窑危废焚烧处于负压、高度过氧状态，造成烟气量大，尾气处理设备能力大，运行成本偏高，目的是彻底焚毁危险废物。针对宝钢焚烧危险废物含铁量高的特点，中冶长天国际工程有限责任公司在行业内创新性地扭转惯性思维，首次提出采用控氧热解-低温焚烧技术。
通过控氧措施使窑内保持还原态气氛，使部分废物通过热解方式产生的可燃气得以保留至二燃室燃烧，节约二燃室辅助燃料消耗量，同时缺氧环境可大大提高炉渣中铁的金属化率，利于后续的烧结处置节约燃料，本项目采用干式冷却装置给高温炉渣降温，在一定程度上对维持炉渣的高金属化率具有积极的作用，通过实验室研究发现，水冷比空冷氧化效果更明显，可能在水冷时，高温下发生了铁与水的反应，如下所示：3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2↑。
低温焚烧的目的一是防止危险废物中的大量细粒铁在高温下熔融，形成黏性甚至可流动炉渣，从而在后端的干式出渣系统中造成堵塞；二是可以保留部分炉渣中的固定碳，被后续的钢铁流程所利用。由于钢铁企业焚烧炉渣可作为烧结系统的原料，保留下来的固定碳可以作为烧结的辅助燃料，从而实现用有机固废中的碳替代烧结化石燃料的节能效果。在这个过程中，同时应考虑炉渣中的 Cr、Pb、Zn 等重金属对烧结的影响。
本文通过对该批原料进行焚烧试验研究，在保证确保窑内不结圈、窑尾不形成熔融渣堵塞冷渣机的情况下，通过控制助燃空气量和焚烧温度，控氧热解-低温焚烧技术，得出最优的焚烧控制温度，进一步研究出合理的焚烧工艺运行参数，最终形成生产运行的指导性文件，并应用于宝钢焚烧回转窑项目上。
3 破碎料焚烧研究方案
3.1 试验原料
本试验以含有沾染毒性的废弃包装物、容器、过滤吸附介质、除尘布袋、水处理滤袋、废包装物、塑料碎片、油回丝、抹布等常见破碎物料作为研究对象。根据待焚烧物料的检测报告，主要的破碎料成分见表 1。用于试验的破碎料经破碎机破碎后进行配伍，热值整体较高，在设计处理量的基础上降负荷，本次研究试验处理量取 1.5 t/h。
可以发现：本次试验原料热值普遍较高，属于易焚烧物料，但系统升温快，温度不易控制；灰分含量低，与油泥焚烧相反，炉渣和飞灰量很小；污染物含量普遍低，意味着烟气净化系统负荷较小，对系统腐蚀性较小；部分物料溴含量高、铅含量高，分别对脱酸和脱重金属工艺有较高要求，可通过配伍降低个别污染物元素的含量。
焚烧系统确保设备、仪表、阀门均为正常状态。需要投入使用的主要设备有：行车抓斗、进料系统、回转窑、二燃室、余热锅炉、急冷塔、干式反应器、布袋除尘器、引风机、湿法脱酸系统、烟气加热器、烟囱、干式出渣系统、飞灰输送系统以及配套系统。
以下是修改后的版本：
3.2 试验方案
为方便进行比对分析，本试验采用单一变量法，其余参数尽量保持稳定，部分参数根据物料量及热值进行相应比例调整。试验参数如下：
• 焚烧量：约 1.5 t/h，通过调整进料量和频次，采取少量多次进料方式；
• 焚烧炉主电机频率（转速）：约 35 Hz；
• 锅炉出口氧含量：6%～10%；
• 一次风量：约 6000 m³/h（根据进料量及热值调整）；
• 闭环风量：约 2500 m³/h（根据一次风量及氧含量调整）；
• 二燃室出口温度：1100～1150℃，通过调节二燃室燃烧器天然气量来控制。
试验变量为窑头温度，依次设定为 450℃、550℃、650℃、750℃、850℃，分 5 个阶段进行试验。在保持其他试验参数不变的前提下，以窑头温度为唯一变量，在各阶段下正常运行。详细记录相关运行参数，如回转窑主电机频率、窑尾温度、天然气用量、助燃风量、氧含量、二燃室温度、烟气量等。每个试验温度下，对炉渣和飞灰进行取样留存，用于后续热灼减率的研究。重点观察炉渣从窑内到窑尾的状态变化，以窑尾段为燃尽段，维持回转窑燃烧段位于中后段为最佳。
3.3 试验结果分析
在不同窑头温度下，投入基本等量的破碎料进行焚烧试验，观察并记录各阶段参数，取平均值后结果如表 3 所示。由于试验过程中进料系统偶尔出现卡料堵塞等情况，导致进料量无法完全一致。运行记录显示，在投料量基本不变的情况下，同样热值的物料自持燃烧产生的热量仅能维持窑头温度在 750℃左右，若温度继续升高则需回转窑燃烧器添加辅助燃料，这是因为试验投料产生的热量未达到设计要求（约 70%热负荷）。但随着窑尾温度逐渐升高，二燃室燃料消耗量会相应减少，回转窑和二燃室辅助燃料消耗总量保持小幅波动。
本试验主要研究破碎料的最佳焚烧工况，关键在于窑头温度的控制，拟对比指标包括：炉渣热灼减率、炉渣状态（熔融、粉状、颗粒、大块）以及窑内结圈程度。其中，炉渣呈颗粒状为最佳状态，其次是粉状，熔融态为最差。钢铁企业焚烧炉渣进入烧结工序协同处置，作为烧结原料回收利用其中的铁和碳元素，GB 18484-2020《危险废物焚烧污染控制标准》对工业炉窑协同处置危险废物的热灼减率要求进行了豁免，因此热灼减率可不作硬性要求，反而保留一定的热灼减率可作为烧结的辅助燃料，热灼减率仅作为次要因素考虑。经总结，研究试验结果见表 3。
表 3 破碎料焚烧研究试验结果
|项目|450℃|550℃|650℃|750℃|850℃|备注|
|---|---|---|---|---|---|---|
|炉渣状态|颗粒/小块|颗粒|颗粒|颗粒|部分熔融|颗粒最佳|
|窑内结圈程度|严重|中等|较轻|较轻|轻度|---|
试验结果表明，当窑头温度为 450℃和 550℃时，窑内结圈较为严重；随着温度升高至 650℃以上，结圈情况明显改善；但当温度升至 850℃时，炉渣出现部分熔融状态，不利于干式出渣。筒体温度分布可反映出高温焚烧段的位置，各温度下窑体温度分布如图 3～图 5 所示。在 450～750℃时，窑体红外成像显示高温段位于窑体中段附近；而当温度达到 850℃时，高温段明显后移至窑尾，这会导致窑尾出渣呈熔融态，不利于干式出渣。
