孫 霖，王 楊，張 揚(yáng)，趙亞寧

一種具有廢氣凈化功能的危險(xiǎn)品自動(dòng)燒毀系統(tǒng)

孫 霖1，王 楊2，張 揚(yáng)2，趙亞寧1

（1.陜西應(yīng)用物理化學(xué)研究所，陜西 西安，710061；2.哈爾濱龍江特種裝備有限公司，哈爾濱 黑龍江，100050）

針對(duì)國(guó)防工業(yè)及民爆領(lǐng)域危險(xiǎn)品的研制、生產(chǎn)、使用及試驗(yàn)過程中產(chǎn)生的廢舊殘次品，研發(fā)了具有廢氣凈化功能的危險(xiǎn)品燒毀系統(tǒng)，對(duì)燒毀系統(tǒng)、廢氣處理系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，并概括系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)。應(yīng)用效果表明該系統(tǒng)可用于廢棄火工品、爆破器材、煙花爆竹等裝藥量200gTNT以下的危險(xiǎn)品燒毀，對(duì)其燃燒后產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行降溫、吸收、除塵處理，可達(dá)到安全排放，減少環(huán)境污染的目的。

危險(xiǎn)品；燒毀爐；廢氣處理

在雷管、火工品、引信等爆炸危險(xiǎn)品的生產(chǎn)、使用、研制、試驗(yàn)過程中，產(chǎn)生的廢、舊、殘次品具有不安定性和不安全性，不宜長(zhǎng)期積存和集中銷毀。在以往銷毀過程中，常常因無安全、可靠、環(huán)保的專業(yè)設(shè)備等原因引發(fā)安全事故和環(huán)境污染[1-4]。本文研制了一種危險(xiǎn)品自動(dòng)燒毀系統(tǒng)，可以對(duì)危險(xiǎn)品進(jìn)行及時(shí)、安全、可靠燒毀，并對(duì)產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行凈化處理。

1 系統(tǒng)組成

危險(xiǎn)品自動(dòng)燒毀系統(tǒng)根據(jù)工藝和功能分為燒毀系統(tǒng)和廢氣處理系統(tǒng)兩大部分。燒毀系統(tǒng)主要用于危險(xiǎn)品的危險(xiǎn)性消除，廢氣處理系統(tǒng)主要針對(duì)報(bào)廢彈藥、爆炸品燒炸產(chǎn)生廢氣中的有害成分、煙粉塵、少量金屬氧化物等進(jìn)行收集、冷卻、吸收，然后進(jìn)行安全排放。為實(shí)現(xiàn)銷毀過程的本質(zhì)安全和使用的方便高效，另設(shè)具有隔爆功能的待銷毀品暫存間、油箱間和燃油儲(chǔ)存間，以及監(jiān)控室、工具室、廢渣場(chǎng)等輔助設(shè)施。

1.1 燒毀系統(tǒng)設(shè)計(jì)

燒毀系統(tǒng)由基座、爐體、進(jìn)料傳送系統(tǒng)、自動(dòng)排渣系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)及控制系統(tǒng)6部分組成[1]，如圖1所示。

圖1 燒毀系統(tǒng)總圖

1.1.1 基座

基座采用鋼結(jié)構(gòu)，通過地腳螺栓與爐體連接，用于支撐固定爐體及排渣系統(tǒng)，便于被燒毀品殘骸灰渣的排出和清理。

1.1.2 爐體

燒毀爐爐體由抗爆鋼結(jié)構(gòu)本體、噴火管、接料器組成，是進(jìn)行燒毀的場(chǎng)所，如圖2所示。

圖2 燒毀爐爐體

抗爆鋼結(jié)構(gòu)本體材料選用優(yōu)質(zhì)耐熱鋼。為提高抗爆鋼結(jié)構(gòu)本體的保溫隔熱性能，抗爆鋼結(jié)構(gòu)本體外圍包裹保溫隔熱材料，外套用鋼筒，爐體下部向內(nèi)收一角度，使火焰能在爐內(nèi)燒毀區(qū)集中，提高燒毀效率。

在噴火管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選取中，為適應(yīng)高溫作業(yè)需要，選用耐熱合金鋼材料制成噴火管。為使火焰在燒毀爐下部集中迅速提升燒毀區(qū)的溫度，并最大限度地防止破片打壞噴火口，設(shè)計(jì)的噴火管結(jié)構(gòu)與爐體內(nèi)圓呈一定角度的夾角，火焰在爐內(nèi)可與爐體下錐部相配合形成螺旋向下的火焰，覆蓋整個(gè)燒毀區(qū)，噴火管外露部分加泄爆口。

接料器選用厚鋼板制作，用螺栓固定在抗爆鋼結(jié)構(gòu)本體頂部。爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅要考慮強(qiáng)度問題，還要考慮防止破片飛出，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用了典型的壓力容器結(jié)構(gòu)。接料器上部安裝了回型泄壓防破片飛出裝置，該裝置內(nèi)交叉安裝6塊與水平線成一定角度的擋板，避免了破片從抗爆鋼結(jié)構(gòu)本體頂部開口處隨機(jī)飛出的風(fēng)險(xiǎn)。

1.1.3 進(jìn)料傳送系統(tǒng)

進(jìn)料傳送系統(tǒng)由傳送導(dǎo)軌及鏈條、進(jìn)料小車、防爆傳送電機(jī)及支架等組成，運(yùn)轉(zhuǎn)速度可調(diào)，用來向燒毀爐爐體內(nèi)輸送被燒毀品，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離隔離操作。為方便操作人員監(jiān)控進(jìn)料傳送全過程，在操作間的隔離墻上設(shè)有觀察窗，如圖3所示。

圖3 進(jìn)料傳送系統(tǒng)

1.1.4 燃燒系統(tǒng)

燃燒系統(tǒng)由專用燃燒器、油箱、油路輸送系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)、吹風(fēng)管道等組成，為燒毀過程提供所需能源。為了滿足設(shè)計(jì)要求，燃燒器選用燃油燃燒器，燃燒器能夠自動(dòng)點(diǎn)火和停機(jī)，兩段火調(diào)節(jié)方式，工作穩(wěn)定可靠，噪音小。同時(shí)，燃燒器具有全自動(dòng)管理燃燒程序、火焰檢測(cè)、自動(dòng)判斷與提示故障等功能，在程控器的控制下進(jìn)行自動(dòng)點(diǎn)火。燃燒器自帶油泵內(nèi)設(shè)濾油網(wǎng)，用以保護(hù)齒輪；內(nèi)置調(diào)壓閥，保證出口油壓穩(wěn)定。高壓燃油經(jīng)噴咀小孔霧化與空氣混合充分后均勻燃燒、無煙。燃燒器具有自動(dòng)點(diǎn)火、滅火保護(hù)、故障報(bào)警等功能、火焰強(qiáng)度大、燃燒穩(wěn)定、安全性好及功率調(diào)整范圍大等特點(diǎn)，可根據(jù)燃燒功率要求選擇大小火功能（一段兩段火自動(dòng)調(diào)節(jié)），同時(shí)也可通過調(diào)整供油壓力來調(diào)節(jié)燃油量的大小。

1.1.5 排渣系統(tǒng)

排渣系統(tǒng)采用水平式自動(dòng)出渣機(jī)構(gòu)，由氣缸、排渣小車組成，用于排出被燒毀品殘骸灰渣。

1.1.6 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)由溫控儀、監(jiān)視器、控制臺(tái)組成。用于控制各機(jī)構(gòu)動(dòng)作和爐體溫度，監(jiān)視燃燒器工作，系統(tǒng)采用PLC控制，如圖4所示。

（1）動(dòng)力控制：電控柜控制進(jìn)料傳送系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)等各系統(tǒng)設(shè)備的啟停和運(yùn)行，設(shè)有運(yùn)行、報(bào)警、電源指示等狀態(tài)指示燈，按鈕開關(guān)和溫度控制儀表等；設(shè)有過負(fù)荷保護(hù)裝置，保護(hù)電機(jī)不致過載。

（2）溫控系統(tǒng)：通過燒毀爐溫度傳感器信號(hào)的采集，顯示溫度以觀測(cè)燒毀爐爐腔內(nèi)燃燒情況，用以控制運(yùn)行狀態(tài)、保護(hù)設(shè)備的工況在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。爐腔溫度可通過溫控儀進(jìn)行設(shè)置和控制?？墒謩?dòng)設(shè)定燃燒器自動(dòng)啟動(dòng)和停止工作的溫度限值，當(dāng)爐腔溫度達(dá)到設(shè)定的自動(dòng)停止溫度時(shí)，燃燒器自動(dòng)停止工作，當(dāng)溫度等于或低于設(shè)定的燃燒器自動(dòng)啟動(dòng)溫度時(shí)，燃燒器自動(dòng)開機(jī)點(diǎn)火工作。

（3）監(jiān)控系統(tǒng)：該系統(tǒng)由顯示器、硬盤錄像機(jī)、硬盤、交換器、防爆攝像頭組成，對(duì)從拆分、送料、銷毀到除渣全過程進(jìn)行監(jiān)控。

圖4 控制系統(tǒng)

1.2 廢氣處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在燒毀廢料過程中，經(jīng)檢測(cè)表明有毒有害物主要是粉塵、煙氣、CO、硫化物、氮的氧化物以及少量非甲烷總烴。為了減少對(duì)環(huán)境造成的污染，需對(duì)燒毀系統(tǒng)排放的尾氣進(jìn)行及時(shí)必要的治理，達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)[5]。GB 18484-2001 危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)及GB 16297-1996 大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的相關(guān)指標(biāo)如表1所示，工藝流程圖如圖5所示，實(shí)物圖如圖6所示。

表1 大氣污染物排放限值

Tab.1 Air pollutant release standard

如圖5所示，對(duì)燃燒器泄爆口、投料口泄漏廢氣進(jìn)行收集，煙塵首先經(jīng)旋風(fēng)除塵，利用離心原理最大限度去除粉塵顆粒，煙氣接著進(jìn)入高效快速冷卻系統(tǒng)，通過熱交換，利用循環(huán)水把熱能吸收，再由空氣冷卻塔釋放，以達(dá)到快速冷卻尾氣的功能，目標(biāo)是將尾氣冷卻至180℃以下，該過程配備溫度監(jiān)測(cè)顯示和報(bào)警裝置。

經(jīng)冷卻裝置出來的煙氣進(jìn)入大容積干式吸收塔內(nèi)，與堿粉充分混合吸收，一方面吸收中和酸性廢氣生成無機(jī)鹽類，另一方面可進(jìn)一步降低廢氣溫度。吸收塔內(nèi)設(shè)干粉混合和回流裝置，保證充分吸收。通過管道加速氣流，沖擊干粉，達(dá)到充分分散干粉、廢氣充分接觸的目的。

圖5 廢氣處理系統(tǒng)工藝流程圖

帶著較細(xì)粒徑粉塵的煙氣經(jīng)過混合吸收塔后進(jìn)入高溫布袋除塵器，煙氣由外經(jīng)過濾袋時(shí)，煙氣中的粉塵被截留在濾袋外表面從而得到凈化，煙氣經(jīng)除塵器內(nèi)文氏管進(jìn)入上箱體，從出口排出。廢氣經(jīng)布袋除塵器后，粉塵顆粒已得到有效去除，但還殘留少量多組分惡臭味氣體，因此需要設(shè)置一座活性炭吸附裝置，內(nèi)設(shè)高碘值活性炭，二次吸收煙氣有害有毒物質(zhì)及其它碳?xì)浠衔铮詈鬅煔饨?jīng)引風(fēng)機(jī)達(dá)標(biāo)排放。

廢氣處理部分配備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用雙層一體化鋼構(gòu)平臺(tái)，節(jié)省空間。

圖6 廢氣處理系統(tǒng)

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.1 工藝先進(jìn)性

該危險(xiǎn)品自動(dòng)燒毀系統(tǒng)廣泛適用于彈丸、各種引信、復(fù)合推進(jìn)劑殘?jiān)?、硝酸酯、氧化劑、底火、雷管、?bào)廢點(diǎn)火具、微型氣體發(fā)生器、氣囊總成和產(chǎn)氣藥、火炸藥以及含藥廢擦拭物等火工品。

在爐體設(shè)計(jì)時(shí)，著重考慮了燒毀危險(xiǎn)品時(shí)產(chǎn)生的爆炸沖擊波超壓計(jì)算、爆炸破片對(duì)爐體損壞程度的計(jì)算及一定的安全裕度設(shè)計(jì)等，確定了其結(jié)構(gòu)形式、材料選擇、加工方式等，使其具有良好的物理性能、力學(xué)性能。爐體選用優(yōu)質(zhì)耐熱鋼35Mn，采用鑄造形式一體成型，壁厚80mm，綜合機(jī)械性能好，直接得到預(yù)定形狀、尺寸和性能，滿足200gTNT設(shè)計(jì)藥量的銷毀。

2.2 進(jìn)料小車設(shè)計(jì)

進(jìn)料小車的設(shè)計(jì)可以精確控制每一車產(chǎn)品的銷毀當(dāng)量，采用循環(huán)分段的方式小批量連續(xù)進(jìn)行銷毀和投放，保證銷毀的可靠性。進(jìn)料小車之間的間距設(shè)計(jì)可避免殉爆發(fā)生。操作工位設(shè)有急停和反向按鈕，當(dāng)發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)可以及時(shí)停止運(yùn)送和撤回未投放進(jìn)爐內(nèi)的物料。

2.3 可靠性保證

該系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)房間和關(guān)鍵工位，采用視頻監(jiān)控系統(tǒng)全覆蓋，自動(dòng)存儲(chǔ)影像，全程記錄設(shè)備運(yùn)行及操作狀態(tài)。監(jiān)控系統(tǒng)采用通用標(biāo)準(zhǔn)化接口，可與全廠視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)接。

2.4 安全性設(shè)計(jì)

爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用了典型的壓力容器結(jié)構(gòu)，投料口上部安裝了回型泄壓防破片飛出裝置，可有效防止爆炸破碎片從加料口飛出。同時(shí)，采用傳送帶送料，滿足人機(jī)隔離，遠(yuǎn)距離操作安全要求。并且，清理安全方便，燒毀廢渣由移動(dòng)小車運(yùn)送。

3 應(yīng)用效果

系統(tǒng)自2014年在奧托立夫（中國(guó)）汽車安全系統(tǒng)有限公司投入生產(chǎn)使用，到目前已安全可靠燒毀安全氣囊點(diǎn)火具、微型氣體發(fā)生器、氣囊總成等火工品上千余噸，期間未發(fā)生過任何安全事故，廢氣排放完全達(dá)標(biāo)。實(shí)際使用證明該燒毀爐無論從爐體設(shè)計(jì)，還是廢氣處理均具有足夠的穩(wěn)定性和可靠性。廢氣檢測(cè)報(bào)告如圖7所示。

圖7 廢氣檢測(cè)報(bào)告

4 結(jié)語

設(shè)計(jì)了一種具有廢氣凈化功能的危險(xiǎn)品自動(dòng)燒毀系統(tǒng)，該系統(tǒng)自2014年投入使用至今已安全燒毀安全氣囊點(diǎn)火具、微型氣體發(fā)生器、氣囊總成等火工品上千余噸，運(yùn)行可靠、穩(wěn)定，未發(fā)生過任何安全事故。替代了人工銷毀廢舊爆炸品的操作，從本質(zhì)上消除了安全隱患，提高了銷毀效率，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 王東,馬強(qiáng),等.防破片飛散抗爆增強(qiáng)型引信焚毀爐的設(shè)計(jì)[J].爆破器材,2015, 44(3):60-64.

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[3] 羅同杰,王保玲,寧?kù)`生.廢舊彈藥銷毀用爆炸罐設(shè)計(jì)及其應(yīng)用[J].爆破器材, 2012, 41(3) : 38-40．

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An Automatic Destruction System for Dangerous Cargoes with Waste Gas Purification Capability

SUN Lin1，WANG Yang2，ZHANG Yang2，ZHAO Ya-ning1

（1. Applied Physics and Chemistry Research Institute, Xi’an, 710061；2.Harbin Longjiang Special Equipment Company Limited, Harbin, 100050）

In the view of the development, production, application and testing of dangerous cargoes in the national defense industry and explosive industry, a system of dangerous cargoes destruction with waste gas purification capability was designed. The destructor system and waste gas treatment system were introduced in detail, and the characteristics of design were summarized. The system can be applied to destruct discarding initiating explosive devices, explosive, fireworks and crackers, of which charge mass is below 200g TNT equivalent, and the waste gas can be cooled, absorbed and dedusted to meet the needs of safety discharge and reduce environmental pollution.

Dangerous cargoes；Destruction furnace；Waste gas treatment

TJ450.5

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2019.04.014

1003-1480（2019）04-0057-04

2019-05-06

孫霖（1975-），男，高級(jí)工程師，主要從事儀器設(shè)備硬件電路設(shè)計(jì)的工作。