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国内外有机废液的焚烧处理技术技术方案doc

发布时间:2020-08-07 00:46 作者:优德88

  化工环保/990305 化工环保 ENVIRONMENTAL PROTECTION OF CHEMICAL INDUSTRY 1999年 第19卷第3期Vol.19 No.3 1999 国内外有机废液的焚烧处理技术 别如山杨励丹李 季陆慧林郭建明王守革 摘要介绍了国内外高浓度有机废液的焚烧处理装置,即液体喷射焚烧炉、回转窑焚烧炉、鼓泡流化床焚烧炉和循环流化床焚烧炉,阐述了各种焚烧炉的工作特点,通过比较得出,鼓泡流化床和循环流化床焚烧炉在环保方面具有突出的优点。 关键词有机废液焚烧液体喷射焚烧炉回转窑焚烧炉鼓泡流化床焚烧炉循环流化床焚烧炉 Incineration Technology for Waste Organic Liquor at Home and Abroad Bie 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 such as liquid injection incinerator,rotary kiln incinerator,bubbling fluidized-bed incinerator and circulating fluidized-bed incinerator used for treating high concentration of waste organic liquor at home and abroad are described.By comparison of the characteristics of the above incinerators,it can be concluded that the bubbling fluidized-bed incinerator and the circulating fluidized-bed incinerator have remarkable advantages over the others in the aspect of environmental protection. Keywords:waste organic liquor incineration,liquid injection incinerator,rotary kiln incinerator, bubbling fluidized-bed incinerator,circulating fluidized-bed incinerator. 0前言 焚烧法处理废液[1,2]是将含高浓度有机物的废液在高温下进行氧化分解,使有机物转化为水、二氧化碳等无害物质。化工厂的高浓度有机废液常采用这种方法进行处理。通常,热值为10500kJ/kg以上的废液,在有辅助燃料引燃时便能够自燃,但一些废油与水的混合液,在未达到乳化混合时,其热值虽达到10500kJ/kg以上,还不能燃烧。热值较低的废水由于可燃物比例小,不足以维持焚烧温度,所以往往先浓缩(如用蒸发和蒸馏法)再焚烧或依靠辅助燃料进行焚烧。废液中有机物的质量分数一般在10%以上或COD>300g/L时[3,4],用焚烧法处理比用其它方法有利。国外使用焚烧法较多,国内因焚烧法处理费用较高,使用还不普遍。 1废液的分类 工业生产中产生的废液种类极其繁多,可根据废液的化学组成将其分为3类:(1)不含卤素有机废液。该类废液中的有机化合物仅含有C、H、O,有时还含有S。废液中含水较少时自身可燃,可作为燃料(如废弃的有机溶剂),燃烧产物为CO2、H2O和SO2,燃烧产生的热量可以通过锅炉或余热锅炉回收。(2)含卤素有机废液。废液中的有机化合物包括CCl4、氯乙烯、溴甲烷等。废液的热值取决于卤素的含量。在焚烧处理时,根据其热值的高低确定是否需要辅助燃料。废液在焚烧炉内氧化后,将产生单质卤素或卤化氢(HF、HCl、HBr等),根据需要可将其去除或回收。(3)含高盐有机废液。含有高浓度无机盐或有机盐。这种废液燃烧后会产生熔化盐,因此在设计时,耐火材料、燃烧温度的选择以及停留时间的确定将成为主要考虑因素。由于该类废液通常热值较低,需要辅助燃料以达到完全燃烧。 2焚烧炉炉型 目前常用废液焚烧炉炉型有液体喷射焚烧炉、回转窑焚烧炉和流化床焚烧炉,各适用于不同情况。 2.1液体喷射焚烧炉 液体喷射焚烧炉用于处理可以用泵输送的液体废弃物。结构简单,通常为内衬耐火材料的圆筒(水平或垂直放置),配有一个或多个燃烧器。废液通过喷嘴雾化为细小液滴,在高温火焰区域内以悬浮态燃烧。可以采用旋流或直流燃烧器,以便废液雾滴与助燃空气良好混合,增加停留时间,使废液在高温区内充分燃烧。一般燃烧室停留时间为0.3~2.0s,最高温度可达1650℃。 通常将低热值的废液与液体燃料掺混,使混合液的热值大于18600kJ/kg,然后用泵通过喷嘴或特殊设计的雾化器送入焚烧室焚烧。含有悬浮颗粒的废液,需要过滤去除,以免堵塞喷嘴或雾化器的孔眼。掺混也用来控制进入焚烧炉液体中氯的含量,一般控制含氯废液中氯的质量分数<30%,以利达到最佳燃烧状态和限制烟气中有害气体氯的含量。 良好的雾化是达到有害物质高破坏(燃烧)率的关键。可以用低压空气、蒸汽或机械雾化。一般高粘度废液应采用蒸汽雾化喷嘴,低粘度废液可采用机械雾化或空气雾化喷嘴。废液粘度通常在220mPa.s以下为宜。为了降低粘度,往往需加热废液,但温度一般不超过200~260℃,否则,用泵输送困难。 典型液体喷射焚烧炉的容量大约为3×107kJ/h,然而,实际应用的可达7.4×107~10.5×107kJ/h。 2.1.1卧式液体喷射焚烧炉 图1为典型的卧式液体喷射焚烧炉膛,辅助燃料和雾化蒸汽或空气由燃烧器进入炉膛,火焰温度为1430~1650℃,废液经蒸汽雾化后与空气由喷嘴喷入火焰区燃烧。燃烧室停留时间为0.3~2.0s,焚烧炉出口温度为815~1200℃,燃烧室出口空气过剩系数为1.2~2.5,排出的烟气进入急冷室或余热锅炉回收热量。卧式液体喷射焚烧炉一般用于处理含灰量很少的有机废液。 东北制药总厂1982年采用硅砖砌成直径600mm,长4300mm的圆形炉膛卧式液体喷射焚烧炉[5]。以氯霉素的副产物邻硝基乙苯为燃料,处理VC的古龙酸母液,实现了以废治废,节约能源的目的。年处理COD在400t以上,烟气经水洗后达到国家排放标准。 图1典型的卧式液体喷射焚烧炉炉膛 1.炉膛;2.耐火衬里;3.炉膛横截面 2.1.2立式液体喷射焚烧炉 典型的立式液体喷射焚烧炉[3,6]如图2所示,适用于焚烧含较多无机盐和低熔点灰分的有机废液。其炉体由碳钢外壳与耐火砖、保温砖砌成,有的炉子还有一层外夹套以预热空气。炉子顶部有重油喷火嘴,重油与雾化蒸汽在喷嘴内预混合喷出。燃烧用的空气先经炉壁夹层预热后,在喷嘴附近通过涡流器进入炉内,炉内火焰较短,燃烧室的热强度很高,废液喷嘴在炉子的上部,废液用中压蒸汽雾化,喷入炉内。对大多数废液的最佳燃烧温度为870~980℃。在很短时间内有机物燃烧分解。在焚烧过程中,某些盐、碱的高温熔融物与水接触会发生爆炸。为了防止爆炸的发生,采用了喷水冷却的措施。在焚烧炉炉底设有冷却罐。由冷却罐出来的烟气经文丘里洗涤器洗涤后排入大气。 图2典型的立式液体喷射焚烧炉 1.废液喷嘴部分空气进口;2.废液喷嘴进口;3.燃烧器空气进口;4.视镜;5.燃料喷嘴;6.点火口;7.测温口;8.上部法兰;9.耐火衬里;10.炉体外筒;11. 人孔;12.取样口;13.冷却水进14.废气出口;15.连接管;16.锥形帽;17.带孔板;18.排液器;19.冷却罐;20.防爆孔;21.支座。 2.2回转窑焚烧炉 回转窑焚烧炉是用于处理固态、液态和气态可燃性废物的通用炉型,对组分复杂的废物,如沥青渣、有机蒸馏残渣、漆渣、焦油渣、废溶剂、废橡胶、卤代芳烃、高聚物,特别是含PCB的废物等都很适用。美国大多数危险废物处置厂采用这种炉型。该炉型操作稳定、焚烧安全,但管理复杂、维修费用高。一般耐火衬里每2a更换1次。 回转窑焚烧炉通常稍微倾斜放置,并配以后置燃烧器[7~9],如图3所示。一般长径比2~10,转速1~5r/min,安装倾角1~3°u65292X操作温度上限为1650℃。回转窑的转动将废物与燃气混合,经过预燃和挥发将废液转化为气态和残灰,转化后气体通过后置燃烧器的高温区(1100~1370℃)进行完全燃烧。气体在后置燃烧器中平均停留时间为1.0~3.0s,空气过剩系数为1.2~2.0。 图3典型的回转窑焚烧炉炉膛/燃烬室系统 回转窑焚烧炉平均热容量约为63×106kJ/h。炉中焚烧温度(650~1260℃)的高低取决于两方面,一方面取决于废液的性质,对含卤代有机物的废液,焚烧温度应在850℃以上,对含氰化物的废液,焚烧温度应高于900℃;另一方面取决于采用哪种除渣方式(湿式还是干式)。焚烧温度由辅助燃料燃烧器控制。 在回转窑炉膛内不能有效地去除焚烧产生的有害气体,如二口恶英、呋喃和PCB等。为了保证烟气中有害物质的完全燃烧,通常设有燃烬室,当烟气在燃烬室中停留时间大于2s、温度高于1100℃时,上述物质均能很好地消除。燃烬室出来的烟气到余热锅炉回收热量,用以产生蒸汽或发电。 2.3流化床焚烧炉 流化床焚烧炉内衬耐火材料,下面由布风板构成燃烧室。燃烧室分为两个区域,即上部的稀相区(悬浮段)和下部的密相区。 流化床焚烧炉的工作原理:流化床密相区床层中有大量的惰性床料(如煤灰或砂子等),其热容量很大,能够满足有机废液的蒸发、热解、燃烧所需大量热量的要求。由布风装置送到密相区的空气使床层处于良好流化状态。床层内传热工况十分优越,床内温度均匀稳定,维持在800~900℃,有利于有机物的分解和燃烬。焚烧后产生的烟气夹带着少量固体颗粒及未燃烬的有机物进入流化床稀相区,由二次风送入的高速空气流在炉膛中心形成一旋转切圆,使扰动强烈,混合充分,未燃烬成分在此可继续进行燃烧。 图4鼓泡流化床焚烧室 1.预热燃烧器;2.布风装置。 工艺条件:焚烧温度760~1000℃;平均停留时间1.0~5.0s; 过剩空气100%~150%。 流化床焚烧炉可以两种方式操作,即鼓泡床和循环床,这取决于空气在床内空截面的速度。随着空气速度提高,床层开始流化,并具有流体特性。进一步提高空气速度,床层膨胀,过剩的空气以气泡的形式通过床层,这种气泡将床料彻底混合,迅速建立烟气和颗粒的热平衡,以这种方式运行的焚烧炉为鼓泡流化床焚烧炉。空气速度更高时,颗粒被烟气带走,在旋风筒内分离后,回送至炉内进一步燃烧,实现物料的循环,以这种方式运行的称为循环床焚烧炉。鼓泡流化床内空截面烟气速度为1.0~3.0m/s,循环流化床内空截面烟气速度一般为5.0~6.0m/s。鼓泡流化床焚烧室见图4,循环流化床焚烧炉见图5。 图5循环流化床焚烧炉 1.鼓风机;2.分离器;3.余热锅炉;4.布袋除尘器; 5.引风机;6.烟囱;7.排灰输送系统 与常规焚烧炉相比,流化床焚烧炉具有以下优点[10,13]: (1)焚烧效率高。流化床焚烧炉由于燃烧稳定,炉内温度场均匀,加之采用二次风增加炉内的扰动,炉内的气体与固体混合强烈,废液的蒸发和燃烧在瞬间就可以完成。未完全燃烧的可燃成分在悬浮段内继续燃烧,使得燃烧非常充分。 (2)对各类废液适应性强。由于流化床层中有大量的高温惰性床料,床层的热容量大,能提供低热值、高水分的废液蒸发、热解和燃烧所需的大量热量,所以流化床焚烧炉适合焚烧各种水分含量和热值的废液。 (3)环保性能好。流化床焚烧炉采用低温燃烧和分级燃烧,所以焚烧过程中NOx的生成量很小,同时在床料中加入合适的添加剂可以消除和降低有害焚烧产物的排放,如在床料中加入石灰石可中和焚烧过程产生的SOx、HCl,使之达到环保要求。 (4)重金属排放量低。重金属属于有毒物质,升高焚烧温度将导致烟气中粉尘的金属含量大大增加,这是因为金属挥发后转移到粒径<10μm的颗粒上,某些焚烧实例表明,铅、镉在粉尘中的含量随焚烧温度呈指数增加。由于流化床焚烧炉焚烧温度低于常规焚烧炉,因此重金属排放量较少。 (5)结构紧凑,占地面积小。由于流化床燃烧强度高,单位面积上废弃物处理能力大,炉内传热强烈,还可实现余热回收装置与焚烧炉一体化,所以整个系统结构紧凑,占地面积小。 (6)事故率低,维修工作量小。由于流化床焚烧炉没有易损的活动零件,所以可减少事故率和维修工作量,进而提高焚烧装置运行的可靠性。 流化床焚烧炉的缺点是,当焚烧含有碱金属盐类的废液时,在床层内容易形成低熔点的共晶体(熔点在635~815℃之间),如果熔化盐在床内积累,则将导致流化失败。解决这个问题的办法是,向床内添加合适的添加剂,它们能够将碱金属盐类包裹起来,形成象耐火材料一样的熔点在1065~1290℃之间的高熔点物质,从而解决了低熔点盐类结焦问题。对于具体情况,需进行深入研究。 添加剂不仅能控制碱金属盐类的结焦问题,而且还能有效地控制废液中含磷物质的灰熔点[15]。 因此,流化床运行最高温度通常决定于:①废液组分的熔点;②共晶体的熔化温度;③加添加剂后的灰熔点。流化床废液焚烧炉的运行温度通常为760℃~900℃。 各种废液焚烧炉的比较 项目 旋转窑焚烧炉 液体喷射焚烧 鼓泡流化床焚烧炉 循环流化床焚烧炉 投资费用构成 $$+洗涤器+燃烬室 $+洗涤器+额外的给料器+基础设施投资 $ 运行费用构成 $$+更多的辅助燃料+回转窑的维修+洗涤器 $+额外的给料器的维修+更多的石灰石+洗涤器 $ 减少有害有机成分排放的方法 设燃烬室 炉膛内高温 燃烧室内高温 不需过高温度即可焚烧完全 减少Cl2、S、P排放的方法 设洗涤器 42%采用洗涤器 设洗涤器 在燃烧室内加石灰石 NOx、CO排放量 很高 很高 比CFB高 低 废液喷嘴数量 2 5 1(为基准) 废液给入方式 过滤后雾化 过滤后雾化 过滤后雾化 直接加入无需雾化 飞灰循环 无 无 最大给料量的10倍 给料量的50~100倍 燃烧效率 高(需采用燃烬室) 高 很高 最高 热效率/% <70 <75 >78 炭燃烧效率/% <90 >98 传热系数 中等 中等 高 最高 焚烧温度/℃ 700~1300 800~1200 760~900 790~870 维修保养 不易 容易 容易 容易 装置体积 大(>4×CFB体积) 居于回转窑炉与鼓泡床炉之间 较大(>2×CFB体积) 注:CFB表示循环流化床焚烧炉,$表示循环流化床焚烧炉的费用(做为比较基准),$$表示循环流化床焚烧炉费用的两倍。 循环流化床焚烧炉[15,16]运行时,废液、固体废物与石灰石可同时进入燃烧室,空截面烟气速度为5~6m/s,焚烧温度为790~870℃,最高可达1100℃,气体停留时间不低于2s,灰渣经水间接冷却后从床底部引出,尾气经废热锅炉冷却后,进入布袋除尘器,经引风机排出。 循环床焚烧炉可燃烧固体、气体、液体和污泥,采用向炉内添加石灰石来控制SOx、HCl、HF等酸性气体的排放,而不需要昂贵的湿式洗涤器,HCl去除率达99%以上,主要有害有机化合物的破坏率达99.999%。在循环床焚烧炉内,废物处于高气速、湍流状态下焚烧,其湍流度比常规焚烧炉高一个数量级,因而废物不需雾化就可燃烧彻底。同时,由于焚烧产生的酸性气体被去除,因而避免了尾部受热面遭受酸性气体腐蚀。 循环床焚烧炉排放的烟气中NOx的含量较低,其体积分数通常小于100×10-6。这是由于循环床焚烧炉可实现低温、分级燃烧,从而降低NOx的排放。 3各种焚烧炉的比较 表1给出了几种常规焚烧炉与流化床焚烧炉的比较结果。由表1可见,流化床焚烧炉(包括鼓泡流化床焚烧炉和循环流化床焚烧炉)在处理废液方面具有明显的优越性。正是由于流化床焚烧炉的上述优点,在工业发达国家,它已被广泛地应用于处理各种废弃物。 作者单位:别如山杨励丹李 季陆慧林哈尔滨工业大学,哈尔滨 150001 郭建明王守革哈尔滨锅炉厂,哈尔滨 150046 参考文献 1周炳炎,刘湘.国内外有害废弃物焚烧技术现状和发展趋势.上海环境科学, 1992,11(10):19~23. 2董元芳.焚烧法处理三废的情况和技术.化工环保,1989,9(3):152~156. 3王兆熊,郭崇涛,张瑛,曹履通.化工环境保护和三废治理技术.北京:化学工业 出版社,1984.69~71. 4阴和平译.湿式空气氧化法处理废水中的有害有机物.国外环境科学技术,1987, (1):45~46. 5卢文森.高浓度制药有机废液的焚烧处理.化工环保.1985,5(2):73~77. 6Yen-Hsiung Kiang,Trane Thermal Co.,Con-shocken,Pa.Liquid Waste Disposal System. 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  焊接残余应力的产生与消除 [宋天民编著] 2010年版(完整版).doc


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