國(guó)內(nèi)外有機(jī)廢液的焚燒處理技術(shù)

1、數(shù)字佗期刊DIGITIZEDPERIODICALrn后方數(shù)據(jù)資源系統(tǒng)WW2冊(cè)抹儲(chǔ)酰305WNF6化工環(huán)保ENVIRONMENTALPROTECTIONOFCHEMICALINDUSTRY1999年第19卷第3期Vol.19No.31999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Inciner

2、ationTechnologyforWasteOrganicLiquoratHomeandAbroadBieRushan,YangLidan,LiJiandLuHuilinGuoJianming,WangShouge(HaerbinInstituteofTechnology,Haerbin150001)(HaerbinBoilerWorks,Haerbin150046)Abstract:Thevariouskindsofincinerationfacilitiessuchasliquidinjectionincinerator,rotarykilnincinerator,bubblingflu

3、idized-bedincineratorandcirculatingfluidized-bedincineratorusedfortreatinghighconcentrationofwasteorganicliquorathomeandabroadaredescribed.Bycomparisonofthecharacteristicsoftheaboveincinerators,itcanbeconcludedthatthebubblingfluidized-bedincineratorandthecirculatingfluidized-bedincineratorhaveremark

4、ableadvantagesovertheothersintheaspectofenvironmentalprotection.Keywordswasteorganicliquorincineration,liquidinjectionincinerator,rotarykilnincinerator,bubblingfluidized-bedincinerator,circulatingfluidized-bedincinerator.0前言焚燒法處理廢液口，2是將含高濃度有機(jī)物的廢液在高溫下進(jìn)行氧化分解，使有機(jī)物轉(zhuǎn)化為水、二氧化碳等無(wú)害物質(zhì)?；S的高濃度有機(jī)廢液常采用這種方法進(jìn)行處理。通

5、常，熱值為10500kJ/kg以上的廢液，在有輔助燃料引燃時(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)和蒸儲(chǔ)法）再焚燒或依靠輔助燃料進(jìn)行焚燒。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)3,4,用焚燒法處理比用其它方法有利。國(guó)外使用焚燒法較多，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

6、有So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CCl4、氯乙烯、澳甲烷等。廢液的熱值取決于鹵素的含量。在焚燒處理時(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

7、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），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?？梢圆捎眯骰蛑绷魅紵?，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0.32.0s,最高溫度可達(dá)1650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

8、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)<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。良好的霧化是達(dá)到有害物質(zhì)高破壞（燃燒）率的關(guān)鍵?？梢杂玫蛪嚎諝?、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)械霧化或空氣霧化噴嘴。廢液粘度通常在220mPas以下為宜。為了降低粘度，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3M07kJ/h,然而，實(shí)際應(yīng)用的可達(dá)7.4X0710.5X07kJ/h。2.1.1 臥式液體噴射焚燒爐圖1為典型的臥式液

9、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)廢東北制藥總廠1982年采用硅石專砌成直徑600mm，長(zhǎng)4300mm的圓形爐膛臥式液體噴射焚燒爐5。以氯霉素的副產(chǎn)物鄰硝基乙苯為燃料，處理VC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)。含水虎塘去總檢室或余熱修爐）圖1

10、典型的臥式液體噴射焚燒爐爐膛1.爐膛；2.耐火襯里；3.爐膛橫截面2.1.2立式液體噴射焚燒爐典型的立式液體噴射焚燒爐3,6如圖2所示，適用于焚燒含較多無(wú)機(jī)鹽和低熔點(diǎn)灰分的有機(jī)廢液。其爐體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以預(yù)熱空氣。爐子頂部有重油噴火嘴，重油與霧化蒸汽在噴嘴內(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

11、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。黑料箱稟汽圖2典型的立式液體噴射焚燒爐I .廢液噴嘴部分空氣進(jìn)口；2.廢液噴嘴進(jìn)口；3.燃燒器空氣進(jìn)口；4.視鏡；5.燃料噴嘴；6點(diǎn)火口；7.測(cè)溫口；8.上部法蘭；9.耐火襯里；10.爐體外筒;II .人孔；12.取樣口；13.冷卻水進(jìn)14廢氣出口；15.連接管；16.錐形帽；17.帶孔板；18.排液器；19.冷卻罐；20.防爆孔；21.支座。2.2回轉(zhuǎn)窯焚燒爐回轉(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)蒸儲(chǔ)殘?jiān)?、漆渣、焦油渣、廢溶劑、廢橡膠、鹵代

12、芳煌、高聚物，特別是含PCB的廢物等都很適用。美國(guó)大多數(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、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79,如圖3所示。一般長(zhǎng)徑比210,車速15r/min,安裝傾角13°u65292X操作溫度上限為1650Co回轉(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)化為氣態(tài)和殘灰，轉(zhuǎn)化后氣體通過(guò)后置燃燒器的高溫區(qū)（11001370c）進(jìn)行完全燃燒。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。圖3典型的回轉(zhuǎn)窯焚燒爐爐膛/燃燼室系統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯焚燒爐平均熱容量

13、約為63X106kJ/ho爐中焚燒溫度（6501260C）的高低取決于兩方面，一方面取決于廢液的性質(zhì)，對(duì)含鹵代有機(jī)物的廢液，焚燒溫度應(yīng)在850c以上，對(duì)含富化物的廢液，焚燒溫度應(yīng)高于900C;另一方面取決于采用哪種除渣方式（濕式還是干式）。焚燒溫度由輔助燃料燃燒器控制。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，如二口惡英、吠喃和PCB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)煙氣在燃燼室中停留時(shí)間大于2s、溫度高于1100c時(shí)，上述物質(zhì)均能很好地消除。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。2.3流化床焚燒爐流化床焚燒爐內(nèi)襯耐火材料，下面由布風(fēng)板構(gòu)成燃燒室。

14、燃燒室分為兩個(gè)區(qū)域，即上部的稀相區(qū)（懸浮段）和下部的密相區(qū)。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（如煙氣也夠7形成一旋轉(zhuǎn)切圓，使擾動(dòng)強(qiáng)烈，池合充分，未燃玲卻水電睡內(nèi)溫度均勻槍是？堆:贊燒后產(chǎn)_石灰石n然發(fā)、熱解、燃燒所送入的高速空氣流在爐膛中心瞪續(xù)進(jìn)行燃煤灰或砂子等需大量熱量的要求。由態(tài)。床層內(nèi)傳熱工作出rq，J4IJ17UV4HJ八7IJT71e八燃燼的有機(jī)物進(jìn)入流化床彳燒。層處于良好流化狀持在800900C,少量固體顆粒及未圖4鼓泡流化床焚燒室1.預(yù)熱燃燒器；2.布風(fēng)裝置。工藝條件：焚燒溫度7601000C;平均彳？留時(shí)間1.05.0s;過(guò)?？諝?00%150%。流化

15、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?？諝馑俣雀邥r(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1.03.0m/s,循環(huán)流化床內(nèi)空截面煙氣速度一般為5.06.0m/s。鼓泡流化床焚燒室見(jiàn)圖4,循環(huán)流化床焚燒爐見(jiàn)圖5。圖5循環(huán)流化床焚燒爐1 .鼓風(fēng)機(jī)；2.分離器；3.

16、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量，所以流化床焚燒爐適合焚燒各種水分含量和熱值的廢液。(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NOx的生成量很小

17、，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燒產(chǎn)物的排放，如在床料中加入石灰石可中和焚燒過(guò)程產(chǎn)生的SOx、HCl,使之達(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10wm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。由于流化床焚燒爐焚燒溫度低于常規(guī)焚燒爐，因此重金屬排放量較少。(5)結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。由于流化床燃燒強(qiáng)度高，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，所以整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。(6)事故率低，維修工作量小。由于流化床焚

18、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)容易形成低熔點(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?qū)A金屬鹽類包裹起來(lái)，形成象耐火材料一樣的熔點(diǎn)在10651290c之間的高熔點(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

19、灰熔點(diǎn)。流化床廢液焚燒爐的運(yùn)行溫度通常為760c-900Co各種廢液焚燒爐的比較項(xiàng)目旋轉(zhuǎn)窯焚燒爐液體噴射焚燒鼓泡流化床焚燒爐循環(huán)流化床焚燒爐投資費(fèi)用構(gòu)成$+洗滌器+燃燼室$+洗滌器+額外的給料器+基礎(chǔ)設(shè)施投資$運(yùn)行費(fèi)用構(gòu)成$+更多的輔助燃料+回轉(zhuǎn)窯的維修+洗滌器$+額外的給料器的維修+更多的石灰石+洗滌器$減少有害有機(jī)成分排放的方法設(shè)燃燼室爐膛內(nèi)高溫燃燒室內(nèi)高溫不需過(guò)高溫度即可焚燒完全減少Cl2、S、P排放的方法設(shè)洗滌器42%采用洗滌器設(shè)洗滌器在燃燒室內(nèi)加石灰石NOx、CO排放量很高很高比CFB高低廢液噴嘴數(shù)量251（為基準(zhǔn)）廢液給入方式過(guò)濾后霧化過(guò)濾后霧化過(guò)濾后霧化直接加入無(wú)需霧化飛灰循環(huán)無(wú)

20、無(wú)最大給料量的10言給料量的50100B燃燒效率高（需米用燃燼室）高很高最局熱效率/%<70<75>78炭燃燒效率<90>98/%傳熱系數(shù)中等中等高最高焚燒溫度/c70013008001200760900790870維修保養(yǎng)不易容易容易容易裝置體積大（4XCFB體積）居于回轉(zhuǎn)窯爐與鼓泡床爐之間較大（2XCFB體積）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790870C,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，具湍流度比常規(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，具體積分?jǐn)?shù)通常小于100X10-6