淺談石油化工有機(jī)廢物焚燒爐.doc

淺談石油化工有機(jī)廢物焚燒爐一、石化行業(yè)有機(jī)廢物處理的現(xiàn)狀目前在國外用焚燒方式處理廢物十分普遍，采用的焚燒系統(tǒng)也是多種多樣，一般都具有熱能回收、煙氣處理或者焚燒殘?jiān)幚硐到y(tǒng)。在我國的一些石化企業(yè)也逐步增設(shè)一些廢物焚燒設(shè)施，但是由于種種原因，這些設(shè)施的運(yùn)行狀況基本都不怎么理想。經(jīng)分析調(diào)查：投資高，運(yùn)行費(fèi)用高是制約這些設(shè)施正常運(yùn)行的主要因素，進(jìn)而也影響了焚燒技術(shù)的發(fā)展。但是從其高效快捷、適應(yīng)性廣泛以及對(duì)環(huán)境危害小的特點(diǎn)來看，焚燒技術(shù)未來的發(fā)展前景是非常樂觀的，尤其對(duì)石化行業(yè)產(chǎn)生較多種類及數(shù)量的廢物而言，焚燒是一種較為可行的途徑。二、焚燒爐主要系統(tǒng)焚燒爐是通過焚燒使廢物中的有機(jī)成分徹底氧化分解，以達(dá)到減少廢物體積、最大限度的消除有毒有害物質(zhì)、回收可利用的能源和保護(hù)環(huán)境的一種設(shè)備。整套焚燒處理系統(tǒng)大致可以分為助燃系統(tǒng)、焚燒系統(tǒng)、尾氣處理系統(tǒng)、電控系統(tǒng)。當(dāng)然一般焚燒爐成套裝置還會(huì)配余熱回收系統(tǒng)。1、焚燒爐助燃系統(tǒng)助燃系統(tǒng)的主要設(shè)備就是燃燒器。其作用是點(diǎn)火開爐和輔助有機(jī)廢物燃燒(當(dāng)廢物的熱值較低時(shí)，不能維持自身燃燒，就需要燃燒器輔助燃燒)。一般采用天然氣作為燃燒器的主燃料。天然氣和空氣在燃燒頭內(nèi)混合燃燒?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)參與燃燒的空氣量和燃燒頭的位置等來獲得最佳的燃燒參數(shù)，使有機(jī)廢物充分燃燒，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。燃燒器具有全自動(dòng)管理燃燒程序、火焰自動(dòng)檢測(cè)、判斷、故障提示等功能和火焰強(qiáng)度大，燃燒穩(wěn)定，安全性能好、功率調(diào)整大等特點(diǎn)。2、焚燒爐焚燒系統(tǒng)焚燒爐的焚燒系統(tǒng)主要是由耐火材料、保溫材料、絕熱材料砌筑在爐排上部的腔體，外部包以鋼板防止煙氣泄漏、以及保證爐體表面溫度小于80OC。爐膛一般分為一次燃燒室、二次燃燒室。有機(jī)物在一次燃燒室充分燃燒，在二次燃燒室里與二次進(jìn)入的空氣混合降溫，保證后續(xù)余熱鍋爐的安全運(yùn)行。3、焚燒爐尾氣處理系統(tǒng)焚燒爐焚燒產(chǎn)生的煙氣往往含有顆粒粉塵，需要做凈化處理。一般采用的是離心式除塵器：旋風(fēng)分離器。集塵系統(tǒng)一般由集塵圓筒、倒錐和排氣風(fēng)管組成。集塵系統(tǒng)工作原理：焚燒產(chǎn)生的含有顆粒粉塵的煙氣在引風(fēng)機(jī)的吸力作用下到達(dá)旋風(fēng)除塵器。旋風(fēng)除塵器利用離心降落原理從氣流中分離出顆粒粉塵。旋風(fēng)分離器上半部分為圓錐形，當(dāng)含塵氣體從圓筒上側(cè)的進(jìn)氣管的切線方向進(jìn)入時(shí)，獲得旋轉(zhuǎn)逆動(dòng)。煙氣從圓頂排氣管排出，粉塵顆粒自圓錐形底落入集塵圓筒中。4、焚燒爐電控系統(tǒng)電控系統(tǒng)主要集中在配電柜。主要包括：全套設(shè)備的供電主電源、電臺(tái)設(shè)備的分供電控開關(guān)；全套設(shè)備和單臺(tái)設(shè)備的啟停控制以及保護(hù)回路、報(bào)警；操作面板等?；静捎眉锌刂?。當(dāng)然也有些設(shè)備為了操作觀察的方便設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)控制。電控系統(tǒng)對(duì)燃燒室的燃燒溫度進(jìn)行閉環(huán)控制，對(duì)供氧量進(jìn)行閉環(huán)控制，保證了對(duì)不同的物料，在不同的燃燒過程中的優(yōu)化控制，從而保證了物料的充分燃燒和排出煙氣的質(zhì)量。三、焚燒爐的設(shè)計(jì)廢物焚燒爐設(shè)計(jì)的基本原則，是使廢物在爐膛內(nèi)按規(guī)定的焚燒溫度和足夠的停留時(shí)間，達(dá)到完全燃燒。這就要求選擇適宜的爐床，合理設(shè)計(jì)爐膛的形狀和尺寸，增加廢物與氧氣接觸的機(jī)會(huì)，使廢物在焚燒過程中，水氣易于蒸發(fā)、加速燃燒，以及控制空氣及燃燒氣體的流速及流向，使氣體得以均勻混合?，F(xiàn)分別從下面幾個(gè)部分考慮焚燒爐的設(shè)計(jì)。1、爐型 在選擇爐型時(shí)，首先應(yīng)看所選擇爐型的燃燒型態(tài)（控氣式或過氧燃燒式）是否適合所處理的所有廢物的性質(zhì)。一般來說，過氧燃燒式焚燒爐較適合焚燒不易燃性廢物或燃燒性較穩(wěn)定的廢物，如木屑、垃圾、紙類等；而控氣式焚燒爐較適合焚燒易燃性廢物，如塑料、橡膠與高分子石化廢料等；機(jī)械爐排焚燒爐適用于城市垃圾的處理，而旋轉(zhuǎn)窯焚燒爐適宜處理危險(xiǎn)廢物。此外，還必須考慮燃燒室結(jié)構(gòu)及氣流模式、送風(fēng)方式、攪拌性能好壞、是否會(huì)產(chǎn)生短流或底灰易被擾動(dòng)等因素。焚燒爐中氣流的走向取決于焚燒爐的類型和廢物的特性。多膛式焚燒爐的取向與流化床焚燒爐一樣，通常是垂直向上燃燒的；回轉(zhuǎn)窯焚燒爐通常是向斜下方向燃燒；多燃燒室焚燒爐的燃燒方向一般是水平向的；液體噴射式焚燒爐、廢氣焚燒爐及其他圓柱型的焚燒爐可取任意方向，具體形式取決于待焚燒的廢物形態(tài)及性質(zhì)。當(dāng)燃燒產(chǎn)物中含有鹽類時(shí)，宜采用垂直向下或下斜向燃燒的設(shè)計(jì)類型，以便于從系統(tǒng)中清除鹽分。 焚燒爐的爐體可為圓柱形、正方形或長方形的容器。旋風(fēng)式和螺旋燃燒室焚燒爐采用圓柱形的設(shè)計(jì)方案；液體噴射爐、廢氣焚燒爐及多燃燒室焚燒爐雖然既可以采用正方形也可以采用長方形的設(shè)計(jì)，但是圓柱形燃燒室仍是較好的結(jié)構(gòu)形式。將耐火的頂部設(shè)計(jì)成正方形或長方形往往是非常困難的。大型焚燒爐二次燃燒室多為直立式圓筒或長方體，頂端裝有緊急排放煙囪，中、小型焚燒爐二次燃燒室則多為水平圓筒形。 2、送風(fēng)方式 就單燃燒室焚燒爐而言，助燃空氣的送風(fēng)方式可分為爐床上送風(fēng)和爐床下送風(fēng)兩種，一般加入超量空氣100300%，即空氣比在2.04.0之間。 對(duì)于兩段式控氣焚燒爐，在第一燃燒室內(nèi)加入7080理論空氣量，在第二燃燒室內(nèi)補(bǔ)足空氣量至理論空氣量的140200。因第一燃燒室中是缺氧燃燒，故增加空氣流量會(huì)提高燃燒溫度；但第二燃燒室中是超氧燃燒，增加空氣流量則會(huì)降低燃燒溫度。二次空氣多由兩側(cè)噴入，以加速室內(nèi)空氣混合及湍流度。 從理論上講強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)與吸風(fēng)系統(tǒng)差別很小。吸風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是可以避免焚燒煙氣外漏，但是由于系統(tǒng)中常含有焚燒產(chǎn)生的酸性氣體，必須考慮設(shè)備的腐蝕間題。 3、爐膛尺寸的確定 廢物焚燒爐爐膛尺寸主要是由燃燒室允許的容積熱強(qiáng)度和廢物焚燒時(shí)在高溫爐膛內(nèi)所需的停留時(shí)間兩個(gè)因素決定的。通常的做法是按爐膛允許熱強(qiáng)度來決定爐膛尺寸，然后按廢物焚燒所必須的停留時(shí)間加以校核。 考慮到廢物焚燒時(shí)既要保證燃燒完全，還要保證廢物中有害組分在爐內(nèi)一定的停留時(shí)間，因此在選取容積熱強(qiáng)度值時(shí)要比一般燃料燃燒室低一些。 爐排式焚燒爐或爐床式焚燒爐的燃燒室（即爐膛）尺寸，要適應(yīng)各種爐排及爐床的特殊要求。首先應(yīng)按照爐排或爐床的面積熱負(fù)荷（QR）或機(jī)械燃燒強(qiáng)度（Qf）來決定燃燒室截面尺寸，然后再按燃燒室容積熱負(fù)荷（Qv）來決定爐膛高度。燃燒室容積熱負(fù)荷一般為(40100)104kJ/(m3h)，取決于爐型和廢物類型，當(dāng)計(jì)算所得容積過小時(shí)應(yīng)適當(dāng)放大，以便于爐子的砌筑、安裝和檢修。 關(guān)于廢物焚燒爐爐膛尺寸的大小，即允許容積熱強(qiáng)度值的高低，與被焚燒的廢物種類、熱值、燃燒裝置的型式及爐內(nèi)燃燒上況等因素有關(guān)。如果燃燒裝置的燃燒效率較高，爐內(nèi)燃燒溫度較高，則可取較高的允許熱強(qiáng)度值；反之則取較低值。以上所提供的數(shù)值是對(duì)一般情況而言，較合宜的數(shù)據(jù)將根據(jù)不同的物料、爐型等因素參照生產(chǎn)實(shí)踐而定。 4、燃燒裝里與爐膛結(jié)構(gòu) 以液體燃料和氣體燃料作為輔助燃料時(shí)，由于燃燒速度快，通?？蓪⑷剂蠂娮炫c廢物設(shè)在同一個(gè)燃燒室中。但必須注意，對(duì)于熱值較低的廢液噴嘴或廢氣噴嘴的設(shè)置應(yīng)遠(yuǎn)離燃料噴嘴，即要避免冷的廢物氣流（尤其是含有大量水的廢液）噴到燃燒點(diǎn)火區(qū)，否則將導(dǎo)致點(diǎn)火區(qū)溫度急劇下降，使燃燒條件變差，從而影響廢液、廢氣的焚燒。因此合理地布置燃料噴嘴的位置及廢液（廢氣）噴嘴的位置是很重要的。即應(yīng)使廢液（廢氣）噴到燃料完全燃燒后的區(qū)域中去；如果一次燃燒不能完全，則應(yīng)設(shè)置二次燃燒噴嘴。對(duì)于固體廢物的焚燒，則燃料噴嘴通常是對(duì)廢物進(jìn)行加熱的。 當(dāng)焚燒具有相當(dāng)熱值的廢液或廢氣時(shí)，只須補(bǔ)充少量的燃料油或煤氣。如有可能可以設(shè)計(jì)成組合式燃燒噴嘴，組合燃燒噴嘴既作燃料噴嘴.又作廢液噴嘴或廢氣噴嘴。這樣不僅結(jié)構(gòu)緊湊，而且廢液（廢氣）與高溫氣流的接觸情況也有所改善。 設(shè)計(jì)燃燒噴嘴時(shí)應(yīng)注意的要點(diǎn)有： （1）第一燃燒室的燃燒噴嘴主要用于啟爐點(diǎn)火與維持爐溫，第二燃燒室的燃燒噴嘴則為維持足夠溫度以破壞未燃盡的污染氣體； （2）燃燒噴嘴的位置及進(jìn)氣的角度必須妥善安排，以達(dá)最佳焚燒效率，火焰長度不得超過爐長，避免直接撞擊爐壁，造成耐火材料破壞； （3）應(yīng)配備點(diǎn)火安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，避免燃料外泄及在下次點(diǎn)火時(shí)發(fā)生爆炸； （4）廢物不得堵塞燃燒噴嘴火焰噴出口，造成火焰回火或熄滅。 5、爐襯結(jié)構(gòu)和材料 爐襯材料要根據(jù)爐膛溫度的高低選用能承受焚燒溫度的耐火材料及隔熱材料，并應(yīng)考慮被焚燒廢物及焚燒產(chǎn)物對(duì)爐襯的腐蝕性。焚燒堿性廢水時(shí)，燃燒產(chǎn)物中的堿性熔融物對(duì)普通粘土耐火磚的腐蝕性很強(qiáng)，因此要選用氧化鋁含量較高的高鋁耐火材料，或選用抗堿性腐蝕更好的鉻鎂質(zhì)、鎂質(zhì)及鋁鎂質(zhì)耐火材料。為了抵抗鹽堿等介質(zhì)的滲透和浸蝕，并提高材質(zhì)的抗渣性，一般應(yīng)選用氣孔率較小的材質(zhì)。 選用焚燒爐爐襯材料時(shí)，應(yīng)注意爐內(nèi)不同部位的溫度和腐蝕情況，根據(jù)不同部位工作條件采用不同等級(jí)的材質(zhì)。如燃燒室最高溫度為1400-1600，可選用含Al2O3=90%的剛玉磚；爐膛上部工作溫度為900-1000，錐部設(shè)有廢液噴嘴，可選用含Al2O375%的高鋁磚；爐膛中部溫度為900，但熔融的鹽堿沿爐襯下流，爐襯腐蝕較重，可選用一等高鋁磚；爐膛下部工作條件基本和爐膛中部相同，當(dāng)燃燒產(chǎn)物中有大量熔融鹽堿時(shí)，因熔融物料在斜坡上聚集，停留時(shí)間長.易滲入耐火材料中，如有Na2CO3時(shí)腐蝕嚴(yán)重，因此工作條件比爐膛中部惡劣，應(yīng)選用孔隙率較低的致密性材料，如選用電熔耐火材料制品等。要求襯里不腐蝕、不損壞是不可能的。通常在有Na2SO3、NaOH腐蝕時(shí)，采用較好的材質(zhì)，使用壽命也只有2-3年。對(duì)腐蝕性更強(qiáng)的Na2CO3，則使用壽命僅一年左右。 焚燒爐爐襯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除材料的選用上要考慮承受高溫、抵抗腐蝕之外，還要考慮爐襯支托架、錨固件及鋼殼鋼板材料的耐熱性和耐腐蝕性，以及合理的爐襯厚度等問題。應(yīng)采用整體性、嚴(yán)密性好的耐火材料作爐襯，如采用耐熱混凝土、耐火塑料等，以減少磚縫的竄氣。另外爐墻厚度不能過大，爐壁溫度應(yīng)較高，以免酸性氣體被冷凝下來腐蝕爐壁。然而爐壁溫度也不應(yīng)設(shè)計(jì)得過高，過高的溫度會(huì)引起殼板變形，影響環(huán)境。 6、廢氣停留時(shí)問與爐溫 廢氣停留時(shí)間與爐溫應(yīng)根據(jù)廢物特性而定。處理危險(xiǎn)廢物或穩(wěn)定性較高的含有機(jī)性氯化物的一般廢物時(shí)，廢氣停留時(shí)問需延長，爐溫應(yīng)提高；若為易燃性或城市垃圾，則停留時(shí)間與爐溫在設(shè)計(jì)方面可酌量降低。 不過一般而言.若要使CO達(dá)到充分破壞的理論值，停留時(shí)間應(yīng)在0.5s以上，爐溫在700以上，但任何一座焚燒爐不可能充分?jǐn)_動(dòng)擴(kuò)散，或多或少皆有短流現(xiàn)象，而且未燃的碳顆粒部分仍會(huì)反應(yīng)成CO，故在操作時(shí)，爐溫應(yīng)維持1000，面停留時(shí)間以1s以上為宜。若爐溫升高，停留時(shí)間可以降低；相對(duì)地，爐溫降低時(shí)，停留時(shí)間需要加長。 應(yīng)該指出，確定廢氣停留時(shí)間及爐溫時(shí)，最重要的是應(yīng)該參照有關(guān)法規(guī)的規(guī)定而定。 7、進(jìn)料與排灰系統(tǒng) 焚燒爐進(jìn)料系統(tǒng)應(yīng)盡可能保持氣密性，焚燒系統(tǒng)大多采用負(fù)壓操作。若進(jìn)料系統(tǒng)采用開放式投料或密閉式進(jìn)料中氣密性不佳，冷空氣滲入爐內(nèi)會(huì)導(dǎo)致爐溫下降，破壞燃燒過程的穩(wěn)定性，使煙氣中CO與粒狀物濃度急劇上升。 排灰系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有灰渣室，采用自動(dòng)排灰設(shè)備。否則容易造成燃燒過程中累積爐灰隨氣流的擾動(dòng)而上揚(yáng)，增加煙氣中粒狀物濃度。 8、金屬材料腐蝕 焚燒煙氣中的硫氧化物（SOx）及氯化氫HCl）等有害氣體均對(duì)金屬材料有腐蝕性，但在不同的廢氣溫度環(huán)境中腐蝕程度不同。圖