回转窑焚烧炉窑内结圈的原因分析
由于国内环保要求越来越严格，处置成本越来越高，因此外送危废处置中心的废弃物一般都尽量浓缩，致使此类废弃物特别是固废和蒸馏残渣的热值普遍较高，多数情况下在3,000~5,000Kcal/kg之间。为了保持较好的燃烬效果，回转窑普遍在950~1,150℃之间运行，而危废灰渣的熔点普遍在1,000~1,200之间（接近或者稍高于最高燃烧温度）。加上送入回转窑的物料一般都较为复杂、热值波动较大、物料进料不均匀，且物料在窑内停留时间较长（一般在60~90分钟），比较难做到及时调整燃烧过程，因此窑内温度一般都会有一定的波动，不可避免会出现窑内局部温度过高导致灰渣熔融，进而粘附在回转窑内壁上。随着转窑的转动及由于内衬的温度呈梯度分布，部分熔融的灰渣可能会在内衬材料上凝固下来，形成新的窑皮。随着窑的转动，部分灰渣可能会被再次熔融，并达到一定的平衡，这样窑皮就不会增厚。但是如果没有达到平衡，掉落下来的灰渣少，窑皮就会逐步增厚，达到一定程度后就形成结圈，如下图所示：
形成结圈的主要原因有如下几点：
1.回转窑的操作模式
根据操作温度的不同，回转窑有两种操作模式：干渣模式和熔渣模式。干渣操作模式在危废焚烧中最为常见，也被证明是最为可靠的一种操作模式，常规一般认为925℃以下为干渣模式，正常配伍可以保证灰渣不会熔融，此种操作模式结圈的可能性比较小。另外一种模式是熔渣模式，回转窑会在较高的温度运行，使得焚烧后形成的灰渣融化成液态，常规的熔渣模式操作温度大于1,200℃，此种模式由于灰渣处于熔融态，一般也较难结圈。如果操作温度运行在950~1,200℃之间，其操作正好介于干渣和熔渣操作模式中间，可以称为半熔融态操作模式，比较容易产生部分熔融，但又不能完全熔融的工况出现，进而随着温度变化及波动，造成部分熔融的渣凝固在转窑内衬上，同时包裹一些高熔点灰渣，窑皮逐渐加厚，进而造成结圈。
2.回转窑进料的及配风稳定性
危险废弃物包括液态、固态和半固态，特别是固废成分、形态比较复杂。一般占主导地位的回转窑固废进料以抓斗+推料机或者溜槽等间歇进料为主，部分转窑还间歇处理一些直接入炉的低闪点的桶装特殊废液。由于间歇进料会造成物料焚烧的大幅波动，以及会影响配风的稳定性，造成回转窑温度的波动较大，这也成为导致回转窑窑内结圈的重要原因之一。
3.灰渣的化学组分及灰熔点
回转窑底部灰渣的主要成分是一些无机氧化物，如SiO2、Al2O3、FeOx及CaO，另外由于部分危废高含盐，也普遍含有一定量的低熔点碱金属盐如Na/K盐。若碱金属组分含量较高，由于其熔点低，因此入炉废料如果含盐量较高，很容易在窑内浓缩，导致窑内结圈。而根据文献的实验研究结果，当分别提高SiO2、Al2O3及CaO的含量时，其灰熔点温度都有不同程度的上升，因此底渣的成分对于灰渣软化温度有较大的影响。根据现场操作经验，在此情况下，即使回转窑在较低温度运行时(比如850~950℃)，窑内也可发现较多的熔融物，如下图所示，根据化验结果可知，其中Na含量高达35%，见表1，也印证了此推论。
表1：低熔点盐灰熔点及主要成分分析
回转窑结圈的预防措施
危险废弃物在回转窑焚烧装置中焚烧时，如果实际运行中操作不当，很容易产生窑内结圈的问题。当结圈严重时，将导致窑内重力负荷增加，物料运行不通畅，就会产生耐火材料被拉裂损坏，焚烧系统被迫停运等问题，因此需要从操作运行等源头上进行预防。
1.选择合适的操作模式
根据物料灰分和热值等条件，进行物料配伍及选择合适的操作模式，使得回转窑尽量在干渣或者熔渣模式下工作，尽量避开物料在半熔融状态下运行。
2.改变进料方式及稳定配风
根据物料的特性，做好物料的分类及配伍，尽量采用螺旋或者SMP（破碎-混合-泵送系统）等连续进料设备进行固废的进料，同时加强回转窑配风，使得回转窑的操作温度处于较稳定的状态。
3.加强废物的配伍
尽量控制碱金属含量较高的物料或其他低熔点灰分废弃物的入炉量。若必须要处理高含碱金属废弃物，可以适当地配搭一些CaO，或者含有SiO2或Al2O3较高的黏土进行配伍。同时根据废弃物的热值，合理地进行配伍，以保证废弃物热值的稳定性。
结圈的清理措施
焚烧系统的安全稳定运行是危险废弃物安全焚烧处置的基础，而回转窑内部结圈是影响装置稳定运行的重要因素之一。由于国内危废的种类繁多，部分废弃物无相关的工业分析及元素分析数据，所以实际操作中可能还是存在结圈的可能。如果结圈比较严重时，可能还会造成内衬的脱落坍塌，这样就需要至少2周以上的时间进行停车清理，因此如果在保证安全的前提下在线清理结圈，就有比较现实的意义。根据笔者的经验，建议采用如下两种方式进行清理。
1.自熔融措施
根据危险废弃物回转窑灰渣的灰熔点数据可知，熔渣的熔点仅比回转窑的稳定运行温度高100℃左右。根据设计参数，一般回转窑内衬材料的耐火温度为1,350℃，因此可以考虑在回转窑运行过程中，通过调整燃烧工况，适当地提高回转窑运行温度到1,200℃左右，在不危害回转窑内衬材料的前提下，将回转窑内部结圈熔融。采取熔融态的操作模式，可以有效地解决回转窑内部的结圈问题。这种清理结圈的方式，已在国内很多危废处置中心得到验证。
2.高压水枪
高压水枪是将30-50MPa高压水柱射入温度在850℃-1,050℃左右的结皮物料内部，在高温物料内，水骤然汽化膨胀从而使结皮爆裂，被击中的部分物料被震动垮落，相邻部分物料局部温度迅速下降而变脆、变硬。高压水柱的射入深度与结皮厚度相关，目的是使结皮物料爆裂垮落，而耐火材料不受影响。水柱射入的角度应仅使物料松软而不致于被大面积冲垮，否则会引起设备或人员的伤害事故。这种方法对于操作角度和空间要求较高，适用于回转窑尾部的结圈清理，但如果操作不当，也可能会损坏回转窑内衬。
综上所述：
1.回转窑的操作温度对于回转窑结圈影响较大，因此，建议回转窑在干渣模式或者熔渣模式下运行，不建议在炉渣处于半熔融态下运行；
2.进料方式和配风对于操作稳定性也有较大影响，采用连续进料的方式优于传统的间歇进料。同时优化配风控制程序，更有利于操作的稳定，减少结圈的产生；
3.灰渣的成分（特别是低熔点盐的含量）对于结圈及结圈温度也有一定的影响，需要经过严格的配伍，尽量减少低熔点盐的入炉量或占比；
4.实际生产中如产生了结圈，可以通过自熔融或者高压水枪的方式进行清理。
