廢液焚燒爐設計方案1030

1、西西 安安 航航 天天 動動 力力 研研 究究 所所 xian aerospace propulsion institute1 廢液焚燒裝置廢液焚燒裝置設計方案報告西安航天動力研究所2012 年 10 月 30 日西西 安安 航航 天天 動動 力力 研研 究究 所所 xian aerospace propulsion institute2目目 錄錄1 前言 .32 技術要求 .33 3 主要設計思路主要設計思路 .54 4 熱力計算熱力計算 .65 5 需水量計算需水量計算 .76 6 廢液燒嘴及燃燒爐系統(tǒng)設計廢液燒嘴及燃燒爐系統(tǒng)設計 .76.1 燒嘴總體結構燒嘴總體結構 .76.2 助燃燒嘴

2、設計助燃燒嘴設計 .96.3 焚燒爐設計焚燒爐設計 .106.4 系統(tǒng)設計系統(tǒng)設計 .14西西 安安 航航 天天 動動 力力 研研 究究 所所 xian aerospace propulsion institute31 前言前言本報告根據(jù)廣安誠信化工有限責任公司廢液焚燒爐工程項目技術要求，對廢液焚燒系統(tǒng)燃燒器、焚燒爐、廢液噴嘴及爐內(nèi)冷卻水噴淋降溫系統(tǒng)進行了設計計算，并提出了系統(tǒng)設計思路。在本報告所提設計思路滿足甲方要求以后，再進行比較詳細的方案設計。2 技術要求技術要求2.1 焚燒裝置處理量焚燒裝置處理量廢液處理：5t/h，廢水噴量：20-30 t/h。廢液成分如下表所示：廢液成份分析結果廢液

3、成份分析結果編編 號號比例比例備備 注注羥基乙腈羥基乙腈830%甘氨腈甘氨腈093%包括胺基化合物，以甘氨腈計包括胺基化合物，以甘氨腈計亞氨基二乙腈亞氨基二乙腈829%最低最低 5%氮川三乙腈氮川三乙腈304%有機腈合計有機腈合計2056%游離游離 cn0076%以氰氫酸計以氰氫酸計以上化合物氮合計以上化合物氮合計1064%密度密度 g/cm311563目前母液在目前母液在 1.21-1.24 之間之間codgr2360.93mg/l粘度粘度 mpa.s101ph4.79按按 ph=3.51 考慮考慮總氮總氮13.85%水分水分53.30%灰分灰分0.43%其它有機物其它有機物12%注：廢液的

4、平均熱值：注：廢液的平均熱值：1046712501kj/kg，僅參考。，僅參考。2.2 助燃燃料氣助燃燃料氣天然氣凈化后產(chǎn)生的解吸氣作為焚燒爐的輔助燃料，壓力 800015000pa，其燃料成西西 安安 航航 天天 動動 力力 研研 究究 所所 xian aerospace propulsion institute4份(v%)如下：he+o2=0.011%n2=0.247%co2=0.862%c1=71.865%c2=17.501%c3=5.673ic4=1.142%nc4=1.168%ic5=0.462%nc5=0.257%c6+=0.812%低位發(fā)熱量低位發(fā)熱量：參考值：參考值 40657

5、kj/nm33設計要求設計要求3.1 廢液焚燒處理的主要標準依據(jù)：3.1.1 國家環(huán)保局 gb184842001危險廢物焚燒污染控制標準2002-01-01 實施。3.1.2 國家環(huán)保局、國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局 gb18597-2001危險廢物貯存污染控制標準2002-07-01 實施。3.1.3 國家環(huán)保局 gb16297-1996大氣污染物綜合排放標準1997-01-01 實施。3.1.4 危險廢物集中焚燒處置工程建設技術規(guī)范。3.2 廢液預處理系統(tǒng)：3.2.1 預處理裝置（含儲液槽、過慮器等）的處理能力 8t/h。3.3 廢液焚燒系統(tǒng)：3.3.1 廢液燃燒器選用空氣或蒸汽霧化形式，懸浮

6、燃燒。3.3.2 防止廢液輸送阻塞管道及閥門，管路設置吹掃裝置。3.3.3 廢液管路選用耐腐的閥門及管道。3.3.4 廢液和天然氣燃燒器應有可靠的質量、優(yōu)良的性能、完善的自控系統(tǒng)，燃燒器與焚燒爐爐膛相匹配。3.3.5 燃燒器設有安全保護裝置，燃燒器點火啟動不正常時，安全保護裝置自動切斷燃料供應。西西 安安 航航 天天 動動 力力 研研 究究 所所 xian aerospace propulsion institute53.3.6 燃燒器設有火焰報警裝置和溫控自動調(diào)節(jié)裝置，保證系統(tǒng)安全運行。3.3.7 焚燒爐溫度 11001300。3.3.8 煙氣停留時間2s。3.3.9 焚燒效率99.9%。3

7、.3.10 焚燒去除率99.99%。3.3.11 焚燒殘渣的熱灼減率5%。3.3.12 焚燒爐排煙溫度 300。3.4 燃燒室的性能要求：3.4.1 結構形式：為露天布置，爐頂設頂蓋。3.4.2 焚燒爐為負壓運行，其值為-50200pa。3.4.3 燃燒室承壓能力按4kpa。3.4.4 應設置運行、維護和檢修用平臺扶梯。3.4.5 燃燒室爐膛采高鋁磚耐火材料，耐高溫，耐磨損，耐腐蝕。3.4.6 燃燒室的爐墻、煙道、測點、人孔等處應有良好的密封性，防止泄漏。3.4.7 應滿足的大修周期為六年，小修周期為三年。3 3 主要設計思路主要設計思路廢液回收裝置燃燒器與普通酸性氣體燃燒器最大的區(qū)別是有大量

8、的液態(tài)物質需要進入爐膛，廢液在高溫下產(chǎn)生熱分解，此反應為吸熱反應，因此需要燒嘴燃燒燃料和空氣提供大量熱量，同時保證爐溫控制在后續(xù)工藝需要的合適水平。廢液霧化后在焚燒爐內(nèi)完全分解，酸性氣體在爐內(nèi)完全反應，爐內(nèi)溫度控制在 1100c 左右，燃燒過程需要富氧。首先進行熱力學參數(shù)計算，在保證滿足要求的前提下進行了結構設計。根據(jù)上述要求噴嘴及焚燒爐的總體設計思路如下：（1）廢液噴嘴使用空氣輔助霧化噴嘴，提高霧化質量和均勻度；（2）燃料氣和助燃空氣選用旋流噴嘴，形成較大燃氣回流區(qū)，提高火焰穩(wěn)定性，增強爐膛內(nèi)部的湍流度；（3）廢液噴嘴設置在爐膛前端火焰外焰位置，通過爐膛周向均勻噴入爐內(nèi)，燒嘴的燃氣回流區(qū)與廢

9、液噴霧場相互作用，促進摻混加快廢液的蒸發(fā)和分解速度；西西 安安 航航 天天 動動 力力 研研 究究 所所 xian aerospace propulsion institute6（4）燒嘴的內(nèi)噴嘴設置縮進長度，燒嘴出口利用耐火材料形成擴口，提高燃燒效率和火焰穩(wěn)定性。（5）廢水噴淋降溫系統(tǒng)設置在保證廢液充分分解的后端分層噴入，為保證廢水的充分蒸發(fā)，采用空氣輔助霧化噴嘴。4 4 熱力計算熱力計算 根據(jù)廢液處理 5t/h 的要求，對所需的空氣量及燃料氣量進行了計算，并對整個過程的熱力學參數(shù)進行了計算。 爐溫按 1100設計，考慮到氣體燃燒效率高，而廢液中有機物的燃燒效率較低，綜合考慮燃燒效率取 0.

10、95，熱力計算溫度取為 1440k。廢液焚燒的熱力計算結果如下：p, bar 1.0000 t, k 1425.07m, (1/n) 26.905cp, kj/(kg)(k) 1.4663gammas 1.2674son vel,m/sec 747.1 mole fractions *ar 0.00655 *co2 0.05412 h2o 0.25667 *no 0.00043 *n2 0.60269 *oh 0.00006 *o2 0.07339 so2 0.00600 so3 0.00009 由計算結果可以看出，由于廢液可燃分很多，熱值比較高，因此僅采用廢液焚燒也可以滿足系統(tǒng)處理要求。考慮

11、到廢液成分的變化，設置燃料氣伴燒裝置，在焚燒溫度不達標的情況下進行伴燒。 由于廢液熱值及成分并不能完全明確，經(jīng)估算所需空氣約 15500kg/h?？紤]到需天然西西 安安 航航 天天 動動 力力 研研 究究 所所 xian aerospace propulsion institute7氣伴燒，總空氣量按 20000kg/h 設計。5 5 需水量計算需水量計算根據(jù)排煙溫度 300的要求，根據(jù)能量平衡原理，對需水量進行了計算。需水量計算可以采用下式進行：)100300()20100()300(22222oghohjoholhohgggcpmqmcpmtcpm式中gm、gcp、gt分別為焚燒后氣體的流

12、量、比熱及溫度。ohm2-水的流量；olhcp2/oghcp2-液態(tài)水/水蒸汽比熱；jq-水的蒸發(fā)潛熱。將已知參數(shù)帶入上式，得到需水量約 10 噸/h。6 6 廢液燒嘴及燃燒爐系統(tǒng)設計廢液燒嘴及燃燒爐系統(tǒng)設計根據(jù)上述計算結果，對燃燒器、燃燒爐及整改系統(tǒng)進行了設計。由于廢液本身參與燃燒，因此在進行設計時，要充分考慮廢液本身與空氣的充分摻混。并且由于廢液成分可能的不穩(wěn)定，在不滿足焚燒溫度的情況下需通入燃料氣進行助燃。因此在燒嘴設計時，不僅要保證火焰的剛性和充分摻混，還要保證燒嘴在較大工況變化條件下的穩(wěn)定燃燒。6.1 燒嘴總體結構燒嘴總體結構 燃燒器中心布置廢液噴嘴，在擴口內(nèi)布置長明燈，長明燈使用電

13、點火器點燃。廢液噴嘴外部設置助燃用燃料氣進口，在需要伴燒時通入燃料氣進行伴燒。頭部布置三臺紫外線火焰檢測器，進行遠程檢測。預燃室身部布置看火孔，用來觀察火焰的燃燒情況。燃燒器和燒嘴結構如下圖所示。西西 安安 航航 天天 動動 力力 研研 究究 所所 xian aerospace propulsion institute8圖 1 燃燒器及內(nèi)部流線示意圖根據(jù)廢液物性參數(shù)可知，其粘度比水要高，因此為了得到較好的霧化質量，需要選擇合適的霧化方式。由于廢液中含有微量的固體雜質，使用壓力霧化很難達到較小的液滴直徑要求，此外壓力霧化噴嘴容易堵塞。因此選用空氣輔助霧化噴嘴，利用高速空氣流與液體相撞，最終破碎為

14、細小的霧滴?？諝忪F化噴嘴克服了壓力霧化噴嘴在低壓高粘流體霧化中的缺點，非常適合應用于工業(yè)爐等燃燒裝置中。噴嘴方案采用內(nèi)混式空氣霧化噴嘴，廢液從中間一環(huán)孔噴入混合室，與從側面對應小孔中噴入的空氣發(fā)生撞擊混合，進行一次霧化?；旌鲜覂?nèi)部壓力建立后，氣液混合物從端頭的環(huán)形噴孔噴出，進行二次霧化。為了得到較小而且均勻的霧化液滴直徑分布，需要合理調(diào)節(jié)氣孔直徑、液孔直徑、氣液動量比、混合室長度等參數(shù)?？紤]到廢液可以直接參與燃燒反應，而且會放出大量熱量，為了保證廢液噴霧后的火焰形狀和混合效果，需要控制噴霧角度和射流速度，與燒嘴取得較好的匹配性。西西 安安 航航 天天 動動 力力 研研 究究 所所 xian a

15、erospace propulsion institute9圖 2 噴嘴結構示意圖圖 3 噴嘴結構三維造型圖6.2 助燃燒嘴設計助燃燒嘴設計根據(jù)使用條件，助燃燒嘴主要為廢液分解提供熱源，使廢液能夠均勻加熱分解，同時助燃燒嘴在廢液噴霧的作用下火焰穩(wěn)定，變化工況時不會出現(xiàn)熄火或不穩(wěn)定燃燒現(xiàn)象。 為了滿足上述要求，燒嘴選用同軸旋流結構，燃料和空氣分兩路單獨供應，形成旋流擴散火焰，本燒嘴結構特點如下：高性能。在設計合理的情況下，效率高達 96%99%；工況調(diào)節(jié)能力強。最大調(diào)節(jié)能力可高達 10:1，而仍保持較高的燃燒效率；結構簡單、可靠性高、成本低。航天特殊材料和燃燒技術保證燒嘴不燒蝕；強旋流流體輸送方

16、式保證高效混合；火焰穩(wěn)定，火焰剛性好，燃燒溫度均勻；西西 安安 航航 天天 動動 力力 研研 究究 所所 xian aerospace propulsion institute10獨特的燃燒器控制系統(tǒng)，保證在點火、開工、停工時燃燒裝置的安全運行。看火孔火焰檢測器硫酸噴嘴燒嘴長明火預燃室長明火燒嘴硫酸噴嘴火焰檢測器預燃室看火孔圖 4 燒嘴結構示意圖6.3 焚燒爐設計焚燒爐設計爐膛結構設計主要是根據(jù)燃氣及尿素熱解后形成的煙氣量、流速和反應時間來確定其直徑和高度。尾氣通道直徑主要根據(jù)噴水冷卻后的煙氣量和流速來確定，計算結果得到的燃燒爐外形尺寸圖如下所示。西西 安安 航航 天天 動動 力力 研研 究究

17、 所所 xian aerospace propulsion institute11圖 5 廢液燃燒爐外形圖在爐膛上部距離燒嘴出口約 3-5 米的位置開始均勻布置廢液噴嘴，先對燃氣進行降溫，控制進入尾氣通道的燃氣溫度，在尾氣通道布置流量較小的噴嘴來滿足尾氣 300的要求。噴嘴的布局圖如下圖所示。西西 安安 航航 天天 動動 力力 研研 究究 所所 xian aerospace propulsion institute12圖 6 噴嘴布局示意圖（具體布置在設計階段提供）6.3.1 附件布置在預燃室外安裝了三個火檢接口和一個視鏡借口，以便于在實際運行時對爐膛中的火焰情況進行實時檢測。在爐膛中部及尾氣

18、通道中分別設置視鏡接口。由于廢液焚燒對溫度比較敏感，分別在焚燒爐的上部、中部、下部設置熱電偶，了解不同位置溫度的變化情況，便于主動調(diào)節(jié)。6.3.2 耐火材料設計耐火材料的設計是保證焚燒爐可靠工作的關鍵，因此使用的耐火材料必須具備下列特性： 1、所選用的耐火材料必須具備優(yōu)異的耐高溫，耐沖刷，耐腐蝕性能；（即選用材料必須具備較高的耐火度、較高的強度，必須提高材料的荷重軟化點、以及耐腐蝕性能） 。 2、必須提高材料的熱震穩(wěn)定性，以適應裝置長期運行中啟停爐頻繁的工況條件，有效地防止溫度的冷熱急變在材料內(nèi)部產(chǎn)生熱應力而導致襯里開裂或剝落等情況。西西 安安 航航 天天 動動 力力 研研 究究 所所 xia

19、n aerospace propulsion institute13 3、必須具備良好的整體穩(wěn)定性，并具備較好的抗蠕變性，確保裝置在高溫狀態(tài)下長期穩(wěn)定而可靠地運行。4、必須提高耐火材料的制作結構的穩(wěn)定性；為了使裝置能更好地長期穩(wěn)定可靠運行，減少在冷熱急變的情況下磚縫眾多，收縮引起的坍塌；各類磚型全部采用大磚公母榫槽拼裝結構；砌筑時磚縫全部控制在 1mm 以內(nèi)；每塊大磚必須有 1000t 的液壓震動壓機壓制，再經(jīng)過 1650的高溫燒結。 綜合本燃燒爐運行的工況及對耐火材料的技術要求，考慮對各部位工作溫度及殼外壁溫度要求等因素。對各部位采用耐火材料的方案如下： 1、本裝置襯里采用三層結構，耐磨耐火

20、耐腐層、隔熱耐火保溫層和耐酸涂料。耐磨耐火耐腐層襯里必須具備第一款中對襯里的各項要求，隔熱耐火保溫層也必須具備良好的隔熱耐火保溫作用，耐酸涂料是防止酸性氣體對設備的腐蝕。2、本設計按燃燒正常工作溫度為 1200，最高使用溫度為 1550，殼體外壁設計溫度為 170左右設計。3、本爐體耐火材料整體結構部分采用：耐火磚全部采用榫槽拼裝結構砌筑，隔熱層澆注料采用振搗和搗打施工。a: 錨固釘采用 型或者 v 型、材質為 cr25ni20，間距為 200200mm 頂部均布。b：筒體防腐采用耐酸涂料整體涂刷 2mm。c: 工作層采用剛玉磚，施工厚度為 114mm。d：隔熱耐火保溫層采用莫來石保溫澆注料，施工厚度為 114mm。e：膨脹縫采用含鋯高鋁陶瓷纖維氈。f：磚縫采用鉻剛玉耐火膠泥粘結剛玉磚設計形狀如下圖所示，主要耐火材料技術指標見下表。 圖 7