CH類有機廢氣焚燒工藝及設備的設計應用

韓曉強

（北京機電院高技術股份有限公司，北京 100027）

CH類有機廢氣焚燒工藝及設備的設計應用

韓曉強

（北京機電院高技術股份有限公司，北京 100027）

結合某煤化工企業(yè)主裝置配套的廢氣處理項目，設計一套有機廢氣焚燒處理工藝，處理企業(yè)產(chǎn)生的CH類廢氣，在保證安全可靠、焚燒產(chǎn)物達標排放的前提下，盡可能降低運行成本。同時利用系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量，產(chǎn)生副產(chǎn)蒸氣，供廠區(qū)用氣點使用，節(jié)能環(huán)保。

有機廢氣;焚燒爐;工藝設計

1 廢氣處理背景及特點

石油化工、涂料裝飾、印刷工業(yè)、電子制造等行業(yè)生產(chǎn)過程中都會排放廢氣，若不經(jīng)處理直接排放，不僅會對大氣環(huán)境造成破壞，而且會對人身造成傷害。目前有機廢氣的處理方法主要有回收法和消除法兩大類，焚燒法處理廢氣屬于后者，它不僅凈化效率高、有害物質(zhì)分解徹底，并安全可靠、節(jié)能環(huán)保。

針對某煤化工企業(yè)主裝置產(chǎn)生的有機可燃廢氣無害化、資源化處理的項目，開發(fā)出的一套技術可靠、經(jīng)濟合理的化工廢氣焚燒處理工藝設備，經(jīng)測試，該裝置是一套燃燒效率高、效果穩(wěn)定、經(jīng)濟效益好的高濃度有機廢氣焚燒處理裝置。

2 可燃廢氣成分及分析

2.1 可燃廢氣成分（見表1、表2）

表1 待處理的主燃料廢氣（尾氣1）

表2 待處理主燃料廢氣（尾氣2）

2.2 工藝設計背景

（1）待處理廢氣中的碳原子數(shù)量低，廢氣容易分解。資料顯示，對有機廢氣，焚燒溫度超過760℃[1、2]，廢氣即可徹底氧化分解。

（2）氫氣與空氣混合容易爆炸，經(jīng)理論計算，如果將兩者直接混合，可燃氣與氧氣的體積比正好位于爆炸極限內(nèi)，可能發(fā)生爆炸，存在安全隱患。因此廢氣必須分開入爐，保證安全。

（3）廢氣入爐焚燒前，水封裝置至關重要。通過水封，能保證運行過程中，廢氣壓力波動對系統(tǒng)安全性的考驗。

（4）廢氣來源不穩(wěn)定，熱值波動大，為確保安全焚燒，設置柴油燃燒機，提供爐內(nèi)長明火。

（5）廢氣為危險可燃氣，在微負壓下運行，不僅可以防止煙氣外溢，還能確保系統(tǒng)安全。

（6）廢氣無法存放，必須設立獨立的廢氣排放通道，保證上游裝置穩(wěn)定運行。

2.3 可燃廢氣焚燒工藝流程

可燃廢氣聯(lián)合焚燒設計工藝流程如圖1。

圖1 廢氣聯(lián)合焚燒工藝流程圖

從圖1可以看出：

（1）廢氣經(jīng)過水封后，直接送入爐內(nèi)焚燒，水封的作用是降低氣體的壓力波動對焚燒產(chǎn)生的影響，同時防止回火；

（2）在本焚燒裝置設備檢修期間，主裝置能不停車，保證有機廢氣得到處理；

（3）可燃廢氣在焚燒爐與助燃空氣混合燃燒，煙氣出口溫度≥800℃，有機物被完全分解；

（4）利用煙氣中的余熱產(chǎn)生飽和蒸氣，實現(xiàn)廢物的資源化利用；富裕蒸氣送往廠區(qū)用氣點；

（5）出口煙溫150℃，增加蒸氣產(chǎn)生量，降低排煙溫度。

該工藝設計思路較簡單，能量得到了充分的利用，有助于企業(yè)降低直接運行成本。根據(jù)計算，基本上不需要添加輔助燃料即可滿足焚燒溫度的要求?？紤]到工業(yè)運行的不確定性，該項目仍然布置了輔助燃料設備，以備廢氣的量不夠或有熱值波動時向爐內(nèi)添加輔助燃料助燃。

3 設備研制主要特點

為保證較高的燃燒效率，必須合理分配廢氣，不僅需要廢氣混合均勻，保證充分的停留時間，還必須保證合理的溫度、速度和壓力。

3.1 廢氣進料水封裝置

設置雙水封裝置，阻火水封和安全水封。阻火水封防止回火，安全水封對抗爆燃和廢氣的壓力波動。安全水封和阻火水封示意如圖2。

圖2 安全水封和阻火水封示意圖

3.2 廢氣焚燒爐

焚燒爐采用臥式焚燒爐，操作方便。廢氣焚燒爐的爐膛尺寸主要是由燃燒時的容積熱強度和停留時間兩個因素決定的。在設計時，應當先按照爐膛允許的熱強度來確定爐膛尺寸，然后再根據(jù)廢氣焚燒所需要停留的時間進行校正。廢氣容積熱強度可?。?0～25）×104kcal/m3·h[2]，較合適的數(shù)據(jù)應根據(jù)不同的物料、爐型等因素以及生產(chǎn)實踐來確定。

焚燒設備主要規(guī)格尺寸為：燒爐內(nèi)部尺寸φ1748×4082mm；煙氣流通面積2.54m2；有效容積14.5m3；出口煙氣溫度850℃；容積熱負荷21×104kcal/m3·h。

4 試運行結果

4.1 水封裝置

按照設計初衷，水封裝置分安全水封和阻火水封，廢氣在經(jīng)過水封裝置，壓力不跟隨上游裝置的波動有較大變化，基本維持在4000Pa。

由于待處理主燃料廢氣（尾氣2）中含有苯、三聚甲醛等高碳有機物，長期運行時，必須定期更換水封槽內(nèi)水，以免有機物累積后在水封槽處產(chǎn)生安全隱患。

4.2 焚燒爐

試運行過程中，焚燒爐爐內(nèi)溫度能保持在800℃以上，滿足了設計要求。但在主燃料廢氣注入后，爐內(nèi)溫度會明顯提升約60℃，與設計值差別很大。經(jīng)分析，認為是試運行過程中，上游裝置化學反應不充分，廢氣成分不穩(wěn)定，有機物如C6H6、TOX含量波動較大所致。裝置正常運行后，基本按照設計溫度運行。

4.3 燃燒效率

在爐內(nèi)溫度維持在800℃以上，廢氣經(jīng)過高溫焚燒后，大部分變成CO2和H2O，可能會有微量其它氣體（如CH2O）存在。經(jīng)環(huán)保監(jiān)測取樣分析后，CH2O、CH3OH和CO含量均低于《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297-1996）的排放限值，燃燒效率高達99%。

4.4 排煙溫度

排煙溫度是普遍關心的一個問題，排煙溫度太高將會造成能量的浪費，而排煙溫度太低則會增加設備腐蝕。通過對焚燒物質(zhì)及輔助燃料的成分進行分析，并且考慮到投資的經(jīng)濟性，將排煙溫度設定在150℃較好。試運行過程中在160℃，符合設計要求。

5 結論

通過運行結果，總結出該項目有以下經(jīng)驗：

（1）爐型為臥式爐，操作方便，便于維修。

（2）對焚燒煙氣進行分析，煙氣成分滿足《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297-1996）的排放要求，燃燒效率高達99%，同時，副產(chǎn)蒸氣，可提高能量利用效率。

（3）在實際運行中，可不用作為助燃的甲醇燃燒器，就能維持焚燒溫度在800℃以上，直接降低了運行成本。爐內(nèi)的柴油燃燒機可長期安全可靠穩(wěn)定運行。

[1]曾光龍.廢氣焚燒爐的改造[J].印制電路信息，2007（7）.

[2]胡珀.廢氣焚燒爐的設計探討[N].科技創(chuàng)新導報，2008（26）.

CH Type Organic Waste Gas Incineration Process and Equipment Design and Application

HAN Xiao-qiang
(Beijing Machinery & Electricity Institute Co., Ltd, Beijing 100027, China)

In combination with the waste gas treatment project in a certain coal and chemical enterprise, the paper designs one set of treatment process of organic waste gas incineration to treat the CH type waste gas generated by enterprises.Under the condition of safety and reliability and the complying standard of incineration products, the enterprise should reduce the operation costs and use the heat so as to produce the byproduct steam and support the use of steam in the plant, it means energy saving and environmental protection.

organic waste gas; incinerator; process design

X701

A

1006-5377（2012）11-0055-03