國(guó)內(nèi)外有機(jī)廢液的焚燒處理技術(shù)

1、化工環(huán)保/990305HESIS資源系統(tǒng)數(shù)宇佃期刊OATa. -n UA IHT-：1 &IGITEZED PEUKJDICAL化工環(huán)保ENVIRONMENTAL PROTECTION OFCHEMICAL INDUSTR YVol.19 No.3 19993期19卷第1999年第國(guó)內(nèi)外有機(jī)廢液的焚燒處理技術(shù)別如山楊勵(lì)丹李季陸慧林郭建明王守革摘要 介紹了國(guó)內(nèi)外高濃度有機(jī)廢液的焚燒處理裝置，即液體噴射焚 燒爐、回轉(zhuǎn)窯焚燒爐、鼓泡流化床焚燒爐和循環(huán)流化床焚燒爐，闡述 了各種焚燒爐的工作特點(diǎn)，通過(guò)比較得出，鼓泡流化床和循環(huán)流化床 焚燒爐在環(huán)保方面具有突出的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞有機(jī)廢液焚燒液體噴射焚燒

2、爐 回轉(zhuǎn)窯焚燒爐鼓泡流化床 焚燒爐循環(huán)流化床焚燒爐Incineration Technology for Waste Organic Liquorat Home and AbroadBie Rushan,Yang Lidan,Li Ji and Lu Huilin Guo Jianming,Wang Shouge(Haerbin Institute of Technology, Haerbin 150001)(Haerbin Boiler Works, Haerbin 150046)Abstract: The various kinds of incineration facilities s

3、uch as liquid injectionincinerator,rotary kiln incinerator,bubbling fluidized -bed incinerator and circulating fluidized -bed incinerator used for treating high concentration ofwaste organic liquor at home and abroad are described.By comparison of thecharacteristics of the above incinerators,it can

4、be concluded that the bubblinghaveincinerator fluidized -bed circulating the and incinerator fluidized-bed remarkable advantages over the others in the aspect of environmental protection.Keywords: waste organic liquor incineration,liquid injection incinerator,rotarykiln incinerator, bubbling fluidiz

5、ed -bed incinerator,circulating fluidized -bed incinerator.、八0 前言焚燒法處理廢液是將含高濃度有機(jī)物的廢液在高溫下進(jìn)行氧化 ， 2 1 分解，使有 機(jī)物轉(zhuǎn)化為水、二氧化碳等無(wú)害物質(zhì)。化工廠的高濃度有 機(jī)廢液常 理。通常，熱值為 10500kJ/kg 以上的廢液，在有輔助燃 采用 這種方法進(jìn)行處 料引燃時(shí)便能夠自燃，但一些廢油與水的混合液，在 未達(dá)到乳化混合時(shí)，其熱值雖達(dá)到 10500kJ/kg 以上，還不能燃燒。 熱值較低的廢水由于可燃物比例小， 不足以維持焚燒溫度， 所以往往 先濃縮 （如用蒸發(fā)和蒸餾法 ）再焚燒或依靠輔助燃料進(jìn)行

6、焚燒。廢液中 有機(jī)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在10%以上或COD >300g/L時(shí)，用焚燒法處 理比用其它方法有利。國(guó)外使用焚燒法較 43，多，國(guó)內(nèi)因焚燒法處 理費(fèi)用較高，使用還不普遍。1 廢液的分類工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢液種類極其繁多， 可根據(jù)廢液的化學(xué)組成將其 分為 3 類：（1）不含鹵素有機(jī)廢液。該類廢液中的有機(jī)化合物僅含有 C、 H、O,有時(shí)還含有S。廢液中含水較少時(shí)自身可燃，可作為燃料（如 廢棄的有機(jī)溶劑），燃燒產(chǎn)物為CO2、H2O和SO2,燃燒產(chǎn)生的熱量 可以通過(guò)鍋爐或余熱鍋爐回收。 （2）含鹵素有機(jī)廢液。廢液中的有機(jī) 化合物包括CC14、氯乙烯、溴甲烷等。廢液的熱值取決于鹵素的含 量。在

7、焚燒處理時(shí)，根據(jù)其熱值的高低確定是否需要輔助燃料。廢液 在焚燒爐內(nèi)氧化后，將產(chǎn)生單質(zhì)鹵素或鹵化氫 （HF、 HCl、 HBr 等）， 根據(jù)需要可將其去除或回收。 (3)含高鹽有機(jī)廢液。含有高濃度無(wú)機(jī) 鹽或有機(jī)鹽。這種廢液燃燒后會(huì)產(chǎn)生熔化鹽，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，耐火材 料、燃燒溫度的選擇以及停留時(shí)間的確定將成為主要考慮因素。 由于 該類廢液通常熱值較低，需要輔助燃料以達(dá)到完全燃燒。2 焚燒爐爐型目前常用廢液焚燒爐爐型有液體噴射焚燒爐、回轉(zhuǎn)窯焚燒爐和流化床焚燒爐，各適用于不同情況。 2.1 液體噴射焚燒爐液體噴射焚燒爐用于處理可以用泵輸送的液體廢棄物。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通常為內(nèi)襯耐火材料的圓筒 (水平或垂直放置

8、 )，配有一個(gè)或多個(gè)燃燒器。 廢液通過(guò)噴嘴霧化為細(xì)小液滴， 在高溫火焰區(qū)域內(nèi)以懸浮態(tài)燃燒。 可 以采用旋流或直流燃燒器， 以便廢液霧滴與助燃空氣良好混合， 增加 停留時(shí)間，使廢液在高溫區(qū)內(nèi)充分燃燒。一般燃燒室停留時(shí)間為0.3 2.0s,最高溫度可達(dá)1650C。通常將低熱值的廢液與液體燃料摻混，使混合液的熱值大于18600kJ/kg，然后用泵通過(guò)噴嘴或特殊設(shè)計(jì)的霧化器送入焚燒室焚燒。 含有懸浮顆粒的廢液, 需要過(guò)濾去除,以免堵塞噴嘴或霧化器的孔眼。 摻混也用來(lái)控制進(jìn)入焚燒爐液體中氯的含量, 一般控制含氯廢液中氯 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)V 30%,以利達(dá)到最佳燃燒狀態(tài)和限制煙氣中有害氣體氯 的含量。良好的霧化

9、是達(dá)到有害物質(zhì)高破壞（燃燒）率的關(guān)鍵?？梢杂玫蛪嚎?氣、蒸汽或機(jī)械 霧化。一般高粘度廢液應(yīng)采用蒸汽霧化噴嘴，低粘度廢液可采用機(jī)嘴。廢液粘度通常在220mPas以下為宜。為了降低粘度， 械霧化或空氣霧化噴.往往需加熱廢液，但溫度一般不超過(guò)200260C, 否則，用泵輸送困難。典型液體噴射焚燒爐的容量大約為 3X 10kJ/h，然而，實(shí)際應(yīng)用的可達(dá)77.4 X 1010.5X 10kJ/h。77臥式液體噴射焚燒爐圖1為典型的臥式液體噴射焚燒爐膛，輔助燃料和霧化蒸汽或空氣 由燃燒器進(jìn)入爐膛，火焰溫度為14301650C，廢液經(jīng)蒸汽霧化后 與空氣由噴嘴噴入火焰區(qū)燃燒。燃燒室停留時(shí)間為0.32.0s，焚

10、燒爐 出口溫度為8151200C，燃燒室出口空氣過(guò)剩系數(shù)為 1.22.5, 排 出的煙氣進(jìn)入急冷室或余熱鍋爐回收熱量。臥式液體噴射焚燒爐一般用于處理含灰量很少的有機(jī)廢液。東北制藥總廠1982年采用硅磚砌成直徑600mm，長(zhǎng)4300mm的圓 形爐膛臥式液體噴射焚燒爐。以氯霉素的副產(chǎn)物鄰硝基乙苯為燃料， 處理VC5的古龍酸母液，實(shí)現(xiàn)了以廢治廢，節(jié)約能源的目的。年 處理COD在400t以上，煙氣經(jīng)水洗后達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。典型的臥式液體噴射焚燒爐爐膛圖1爐膛橫截面3耐火襯里；2爐膛；1.立式液體噴射焚燒爐典型的立式液體噴射焚燒爐如圖2所示，適用于焚燒含較多無(wú)機(jī)L 6 3鹽和低熔點(diǎn)灰分的有機(jī)廢液。其爐體

11、由碳鋼外殼與耐火磚、保溫 磚砌成，有的爐子還有一層外夾套噴火嘴，重油與霧化以預(yù)熱空氣。爐子頂部有重油 蒸汽在噴嘴內(nèi)預(yù)混合噴出。燃燒用的空氣先經(jīng)爐壁夾 層預(yù)熱后，在噴嘴附近通過(guò)渦流器進(jìn)入爐內(nèi)，爐內(nèi)火焰較短，燃燒室 的熱強(qiáng)度很高，廢液噴嘴在爐子的上部，廢液用中壓蒸汽霧化，噴入 爐內(nèi)。對(duì)大多數(shù)廢液的最佳燃燒溫度為 870980C。在很短時(shí)間內(nèi) 有機(jī)物燃燒分解。在焚燒過(guò)程中，某些鹽、堿的高溫熔融物與水接觸 會(huì)發(fā)生爆炸。為了防止爆炸的發(fā)生，采用了噴水冷卻的措施。在焚燒 爐爐底設(shè)有冷卻罐。由冷卻罐出來(lái)的煙氣經(jīng)文丘里洗滌器洗滌后排入 大氣。典型的立式液體噴射焚燒爐圖 2 視鏡；燃燒器空氣進(jìn)口； 4.2.廢液

12、 噴嘴進(jìn)口； 3.1.廢液噴嘴部分空氣進(jìn)口；爐體外筒； 10.9.耐火襯里； 上部法蘭；燃料噴嘴； 6.點(diǎn)火口； 7.測(cè)溫口； 8.5.錐形帽；連接管； 16. 冷卻水進(jìn) 14.廢氣出口； 15.取樣口； 11. 人孔； 12.13.支座。防爆孔； 20.21.排液器； 17.帶孔板； 18.19.冷卻罐；回轉(zhuǎn)窯焚燒爐 2.2 回轉(zhuǎn)窯焚燒爐是用于處理固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)可燃性廢物的通用爐型， 對(duì)組分復(fù)雜的廢物，如瀝青渣、有機(jī)蒸餾殘?jiān)?、漆渣、焦油渣、廢溶 劑、的廢物等都很適用。美國(guó)大多廢橡膠、鹵代芳烴、高聚物，特別 是含 PCB 數(shù)危險(xiǎn)廢物處置廠采用這種爐型。該爐型操作穩(wěn)定、焚燒 安全，但管理復(fù)雜、

13、維修費(fèi)用高。一般耐火襯里每 2a更換1次?；剞D(zhuǎn)窯焚燒爐通常稍微傾斜放置，并配以后置燃燒器，如圖 39 7 所示。一般長(zhǎng)徑比210,轉(zhuǎn)速15r/min ,安裝傾角13°攩2X操 作溫度上限為1650C?；剞D(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)動(dòng) 將廢物與燃?xì)饣旌?，?jīng)過(guò)預(yù)燃和揮發(fā)將廢液轉(zhuǎn) 燒器的高溫區(qū)（11001370C）進(jìn)行完轉(zhuǎn)化后氣體通過(guò)后置燃化為氣態(tài)和殘灰，全燃燒。氣體在后置燃燒器中平均停留時(shí)間為1.03.0s,空氣過(guò)剩系數(shù)為1.22.0。燃燼室系統(tǒng)典型的回轉(zhuǎn)窯焚燒爐爐膛 /圖 3）1260C。爐中焚燒溫度（65063X 回轉(zhuǎn)窯焚燒爐平均熱容量約為10kJ/h6 對(duì)含鹵代有機(jī)物的廢液，的高低取決于兩方面，一方面

14、取決于廢液的性質(zhì)，C;另900 C以上，對(duì)含氰化物的廢液，焚燒溫度應(yīng) 高于焚燒溫度應(yīng)在 850 焚燒溫度由輔助燃料燃燒。 （濕式還是干式 ）一 方面取決于采用哪種除渣方式 器控制。 惡英、 在回轉(zhuǎn)窯爐膛內(nèi)不能 有效地去除焚燒產(chǎn)生的有害氣體，如二口PCB 呋喃和 等。為了保證煙氣中有害物質(zhì)的完全燃燒， 通常設(shè)有燃燼室，當(dāng)煙C時(shí)，上述物質(zhì)均能很好地消、溫度高于 1100間大于2s氣在燃 燼室中停留時(shí) 除。燃燼室出來(lái)的煙氣到余熱鍋爐回收熱量， 用以產(chǎn)生 蒸汽或發(fā)電。 流化床焚燒爐 2.3流化床焚燒爐內(nèi)襯耐火材料， 下面由布風(fēng)板構(gòu)成燃燒室。 燃燒室分為）懸浮段和下部的密相區(qū)。 （兩個(gè)區(qū)域，即上部的稀相

15、區(qū)如 （流化床焚燒爐的工作原理：流化床密相區(qū)床層中有大量的惰性床料*9助赫料J 廢ST，其熱容量很大，能夠滿足有機(jī)廢液的蒸發(fā)、熱解、燃燒所）煤灰或砂子等需大量熱量的要求。由布風(fēng)裝置送到密相區(qū)的空氣使床層處于良好流化狀C, 900態(tài)。床層內(nèi)傳熱工況十分優(yōu)越，床內(nèi)溫度均勻穩(wěn) 定，維持在800有利于有機(jī)物的分解和燃燼。焚燒后產(chǎn)生的煙氣夾 帶著少量固體顆粒及未燃燼的有機(jī)物進(jìn)入流化床稀相區(qū)，由二次風(fēng)送入的高速空氣流在爐膛中心形成一旋轉(zhuǎn)切圓， 使擾動(dòng)強(qiáng)烈，混合充分, 未燃燼成分在此可繼續(xù)進(jìn)行燃燒。鼓泡流化床焚燒室圖4布風(fēng)裝置。預(yù)熱燃燒器；12 ;5.0sC; 平均停留時(shí)間工藝條件：焚燒溫度 7601000

16、1.0 150%。過(guò)?？諝?100%流化床焚燒爐可以兩種方式操作， 即鼓泡床和循環(huán)床， 這取決于空氣 在床內(nèi)空截面的速度。隨著空氣速度提高，床層開(kāi)始流化，并具有流 體特性。進(jìn)一步提高空氣速度，床層膨脹，過(guò)剩的空氣以氣泡的形式 通過(guò)床層，這種氣泡將床料徹底混合， 迅速建立煙氣和顆粒的熱平衡， 以這種方式運(yùn)行的焚燒爐為鼓泡流化床焚燒爐。 空氣速度更高時(shí)， 顆 粒被煙氣帶走，在旋風(fēng)筒內(nèi)分離后，回送至爐內(nèi)進(jìn)一步燃燒，實(shí)現(xiàn)物 料的循環(huán)，以這種方式，3.0m/s1.0運(yùn)行的稱為循環(huán)床焚燒爐。鼓泡 流化床內(nèi)空截面煙氣速度為。鼓泡流化床焚燒室見(jiàn)圖6.0m/s循環(huán)流 化床內(nèi)空截面煙氣速度一般為 5.0 5。，循

17、環(huán)流化床焚燒爐見(jiàn)圖 4圖 5 循環(huán)流化床焚燒爐1.鼓風(fēng)機(jī)； 2.分離器； 3.余熱鍋爐； 4.布袋除塵器；5.引風(fēng)機(jī)； 6.煙囪； 7.排灰輸送系統(tǒng) 與常規(guī)焚燒爐相比，流化床焚燒爐具有以下優(yōu)點(diǎn)：10， 13(1)焚燒效率高。流化床焚燒爐由于燃燒穩(wěn)定，爐內(nèi)溫度場(chǎng)均勻，加之采用二 次風(fēng)增加爐內(nèi)的擾動(dòng)， 爐內(nèi)的氣體與固體混合強(qiáng)烈， 廢液的蒸發(fā)和燃 燒在瞬間就可以完成。未完全燃燒的可燃成分在懸浮段內(nèi)繼續(xù)燃燒， 使得燃燒非常充分。(2)對(duì)各類廢液適應(yīng)性強(qiáng)。由于流化床層中有大量的高溫惰性床料， 床層的熱容量 大，能提供低熱值、高水分的廢液蒸發(fā)、熱解和燃燒所需 的大量熱 爐適合焚燒各種水分含量和熱值的廢液。

18、 量，所以流化床焚 燒 (3)環(huán)保性能好。 流化床焚燒爐采用低溫燃燒和分級(jí)燃燒， 所以焚 燒過(guò)程中 NO 的生成量很小，同時(shí)在床料中加入合適的添加劑可以消除 和降低有害焚 x 在床料中加入石灰石可中和焚燒過(guò)程產(chǎn)生的 SO、HCl， 使燒產(chǎn)物的排放，如 x 之達(dá)到環(huán)保要求。(4)重金屬排放量低。重金屬屬于有毒物質(zhì)，升高焚燒溫度將導(dǎo)致 煙氣中粉塵的金屬含量大大增加，這是因?yàn)榻饘贀]發(fā)后轉(zhuǎn)移到粒徑V 10卩m的顆粒上，某些焚燒實(shí)例表 明，鉛、鎘在粉塵中的含量隨焚燒溫 度呈指數(shù)增加。由 規(guī)焚燒爐，因此重金屬排放量較少。 于流化床焚燒 爐焚燒溫度低于常 (5)結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。由于流化床燃燒強(qiáng)度 高，

19、單位面積上廢棄物處理能力 大，爐內(nèi)傳熱強(qiáng)烈，還可實(shí)現(xiàn)余熱回收 裝置與焚燒爐一體化，所以 占地面積小。 整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，(6)事故率低，維修工作量小。由于流化床焚燒爐沒(méi)有易損的活動(dòng)零件，所以可減少事故率和維修工作量，進(jìn)而提高焚燒裝置運(yùn)行的可靠性。流化床焚燒爐的缺點(diǎn)是，當(dāng)焚燒含有堿金屬鹽類的廢液時(shí)，在床層內(nèi)容易 形點(diǎn)的共晶體（熔點(diǎn)在635815C之間），如果熔化鹽在床內(nèi)積累，則 將成低熔導(dǎo)致流化失敗。解 決這個(gè)問(wèn)題的辦法是，向床內(nèi)添加合適的添 加劑，它們能夠 成象耐火材料一樣的熔點(diǎn)在10651290C之間的將堿 金屬鹽類包裹起來(lái)，形高熔點(diǎn)物質(zhì)，從而解決了低熔點(diǎn)鹽類結(jié)焦問(wèn)題。 對(duì)于具體情況，需進(jìn)行

20、深.入研究。添加劑不僅能控制堿金屬鹽類的結(jié)焦問(wèn)題， 而且還能有效地控制廢液 中含磷物質(zhì)的灰熔點(diǎn)。：15因此，流化床運(yùn)行最高溫度通常決定于： 廢液組分的熔點(diǎn)；共晶體的熔化溫度；加添加劑后的灰熔點(diǎn)。流化床廢液焚燒爐的運(yùn)行溫度通常為 760C900 C。各種廢液焚燒爐的比較項(xiàng)旋轉(zhuǎn)窯焚液體噴射焚鼓泡流化床循環(huán)流化燒焚燒$投資費(fèi)用$洗滌$洗滌燃燼外的給料基礎(chǔ)設(shè)施投$運(yùn)行費(fèi)用$更多的$額外的助燃回料器的維窯的維更多的石灰滌洗滌減少有害設(shè)燃燼爐膛內(nèi)高燃燒室內(nèi)高不需過(guò)高機(jī)成分排度即可焚的 萬(wàn)兀 減C設(shè)洗滌42采用洗滌設(shè)洗滌在燃燒室排放的方加石灰NC排很很CF25廢液噴嘴1為基）廢液給入過(guò)濾后霧過(guò)濾后霧過(guò)濾后霧

21、直接加入需霧飛灰循最大給料量給料量1510燃燒效需采用很最燼）熱效率 /% V 70 V75 >7898> 90 V炭燃燒效率./%傳熱系數(shù)中等中等高最高790870 °C 7607001300 900 80曠1200焚燒溫度/容易 維修保養(yǎng)容易容易不易X較大裝置體積 x （居于回轉(zhuǎn)窯爐24大（>）CFB體積體積）與鼓泡床爐之CFB注：CFB表示循環(huán)流化床焚燒爐，$表示循環(huán)流化床焚燒爐的費(fèi)用（做 為比較基準(zhǔn)）,$表示循環(huán)流化床焚燒爐費(fèi)用的兩倍。循環(huán)流化床焚燒爐15, 16運(yùn)行時(shí)，廢液、固體廢物與石灰石可同時(shí)進(jìn)入燃燒室，空截面煙氣速度為 56m/s,焚燒溫度為7908

22、70C，最高可達(dá)1100C，氣體停留時(shí)間不低于2s,灰渣經(jīng)水間接冷 卻后從床底部引出，尾氣經(jīng)廢熱鍋爐冷卻后，進(jìn)入布袋除塵器，經(jīng)引 風(fēng)機(jī)排出。循環(huán)床焚燒爐可燃燒固體、氣體、液體和污泥,采用向爐內(nèi)添加石 灰石來(lái)控制 SOx、 HCl 、 HF 等酸性氣體的排放,而不需要昂貴的濕 式洗滌器, HCl 去除率達(dá) 99%以上,主要有害有機(jī)化合物的破壞率達(dá) 99.999%。在循環(huán)床焚燒爐內(nèi),廢物處于高氣速、湍流狀態(tài)下焚燒, 其湍流度比常規(guī)焚燒爐高一個(gè)數(shù)量級(jí), 因而廢物不需霧化就可燃燒徹 底。同時(shí),由于焚燒產(chǎn)生的酸性氣體被去除,因而避免了尾部受熱面 遭受酸性氣體腐蝕。循環(huán)床焚燒爐排放的煙氣中 NOx 的含量較低,其體積分?jǐn)?shù)通常小 于-6。這是由于循環(huán)床焚燒爐可實(shí)現(xiàn)低溫、分級(jí)燃燒,從而降低 IONOxIOOX 的排放。3