化工廠硫胺廢液焚燒處理工程方案設計探析

任 天 杰

（東北石油大學，黑龍江 大慶 163301）

化工廠的安全生產(chǎn)不僅包括過程的控制，還要對排放的廢料進行兒科學合理的處理后才能最終排放到生態(tài)環(huán)境中來。硫胺廢液是化工廠常見的廢棄物，對其采用高溫焚燒的處理方式，效果顯著。

1 硫胺廢液焚燒處理概況

焚燒處理法主要是利用高溫條件，將待處理廢液中的有機物以及毒性物質(zhì)充分氧化分解，最終轉(zhuǎn)化為水、CO2等對大氣無污染的物質(zhì)[1]。工業(yè)廢水的處理也通常使用這種高溫處理方式，將廢水中的有機物焚燒后，會產(chǎn)生大量的熱能，進一步提高了廢水中有機物的氧化速度，同時將無機物轉(zhuǎn)化為鹽和水，轉(zhuǎn)化生成物可以用于工業(yè)生產(chǎn)，使資源得到優(yōu)化配置。

化工廠排放的廢液的濃度都比較高，使用焚燒法具有分解效果較為徹底的優(yōu)勢，一些廢液的熱值大于10 500 kJ/kg時，只要添加少許輔助材料，廢液在燃燒爐中就可以產(chǎn)生自燃的現(xiàn)象。而熱值比較小的廢液，自燃率也相對較低，必須添加足夠的輔助燃料，或者將廢液濃縮后焚燒，減少水分的含量，以便維持較穩(wěn)定的焚燒溫度。當化工廠廢液中的有機物的質(zhì)量分數(shù)大于10%時，采用焚燒法對其進行處理的效果更佳。

高溫焚燒處理的一般步驟為先將廢液進行預處理，將濃度高的和濃度低的廢液進行分流，高濃度的廢液要經(jīng)過中和與過濾后再進行焚燒[2]。水分的蒸發(fā)技術是廢液燃燒技術的關鍵構成，此步驟能夠減少能源內(nèi)耗，且有效提高廢液熱值，每噸廢液的處理費用也會比蒸發(fā)前有所降低。

焚燒爐的操作過程比較簡單，對焚燒溫度、焚燒持續(xù)時間、爐內(nèi)壓力、燃燒后空氣的剩余量等操作參數(shù)的合理掌控，有助于提高廢液焚燒的效率，縮短單位時間內(nèi)的能源消耗?；S實際應用的焚燒爐的溫度控制在1 000 ℃上下，廢液具體的燃燒停留時間要根據(jù)廢液的成分和性質(zhì)、爐內(nèi)的溫度以及鑄造焚燒爐的耐火材料性質(zhì)來判斷，要綜合分析，以便達到預期的焚燒效果。

國外的廢液焚燒系統(tǒng)還配置了廢熱回收器和污染控制系統(tǒng)，可以對焚燒的熱能加以回收利用，也可以對焚燒時產(chǎn)生的廢氣進行二次處理，降低空氣的污染程度，這也為提高廢液燃燒技術的科學性和環(huán)保性奠定了基礎[3]。焚燒爐的燃料選用遵循處理效益、經(jīng)濟效益達到雙贏的原則，國外的焚燒爐燃料選擇多以重油為主，我國可以借鑒國外的技術，結合具體的國情和化工廠應用的實際情況，使用經(jīng)濟性高、能效高的燃料。

2 化工廠硫胺廢液焚燒處理方案流程

2.1 廢液性質(zhì)

化工廠的硫胺廢液的具體溫度值為（80±5）℃，壓力值為（0.4±0.05）MPa，pH值在6.5~7.5范圍內(nèi)波動，廢液中成分含量如表1所示。

表1 硫胺廢液成分質(zhì)量分數(shù)Table 1 Mass fraction of thiamine waste liquid %

焚燒處理的規(guī)模大小根據(jù)單位時間內(nèi)的污水排量而定，化工廠每小時排放硫胺廢液總量為1 t，處理方案的涉及規(guī)?？蔀槊啃r0.043 m3。

2.2 主要處理設備

硫胺廢液的處理設備包括焚燒爐、霧化器、燃燒機與燃氣噴嘴、空壓機、濃縮罐、燃油系統(tǒng)、廢液輸送泵、濕式吸收設備、循環(huán)水泵、引風機。各種設備的型號和設計參數(shù)不僅要符合相關的規(guī)范，也要與化工廠實際處理規(guī)模相符合。

焚燒爐內(nèi)溫度控制在1 000 ℃左右，最高可達1 100 ℃，采用氣體燃料的消耗量為500 m3/h，采用柴油燃料的消耗為250 kg/h，可以處理1 t/h的硫胺廢液。霧化器可霧化 1 t/h的廢液，燃氣噴嘴消耗500 m3/h的氣體燃料，使用柴油燃料則為耗能250 m3/h，噴嘴的功率為1 kW。空氣壓力機內(nèi)的空氣含量為200 m3/h，壓力值為0.7 MPa，空壓機的功率為1 kW。配備2臺廢液輸送泵，每臺的功率為3 kW。濕式吸收器內(nèi)的填料為磁環(huán)，采用石灰乳作為吸收液[4]。循環(huán)水泵的循環(huán)水量為40 m3/h，水泵管道長32 m，水泵的功率為7 kW。引風機的功率為7.5 kW，輸送的風量為5 000 m3/h，風壓值為3 kPa。焚燒處理系統(tǒng)的運行參數(shù)專為廢液處理設計，處理效果佳。

2.3 具體處理流程

化工廠排放的硫胺廢液具有很強的毒害性，處理不當不但威脅到人們的身體健康和生命安全，也會對化工廠的可持續(xù)發(fā)展帶來影響[5]。傳統(tǒng)的生物處理方式，難以對廢液進行徹底的清理，有毒物質(zhì)的殘留也為安全生產(chǎn)埋下了隱患，并且需要花費大量的資金，增加了化工企業(yè)的成本支出。使用焚燒法處理硫胺廢液，可將其中的有毒物質(zhì)加以分解，接著對未分解完全的氣體進行二次處理，效果比較理想。

高溫焚燒硫胺廢液的主要流程如圖1所示。

圖1 硫胺廢液焚燒處理工藝流程Fig.1 Incineration process of oryzanin waste liquid

首先將生產(chǎn)排放的硫胺廢液注入廢液貯槽內(nèi)，通過輸液泵將廢液輸送到濃縮罐中，經(jīng)過管路平臺系統(tǒng)，采用高壓空氣霧化方式，將硫胺廢氣全部霧化，同時噴入到高溫焚燒爐內(nèi)，焚燒爐的燃料為化工廠排放的含碳四廢氣，并設置燃柴油系統(tǒng)，以備不時之需。

由于硫胺廢液中含有大量的水分，充分燃燒需要消耗更多的能源，為了降低消耗，增強硫胺廢液中的可燃成分濃度值，同時提高單位質(zhì)量的硫胺廢液熱值，可以先對廢液采取濃縮措施，然后再噴入焚燒爐中，就能最大限度節(jié)約能源。作為燃料的碳四廢氣，在充分燃燒后釋放出大量熱煙氣，經(jīng)過蛇形管后，溫度降低到規(guī)定值后，將其送入濃縮罐，繼續(xù)加熱，促使廢液中的水分不斷蒸發(fā)，達到濃縮的效果，在常壓環(huán)境下濃縮溫度保持在140 ℃上下[6]。濃縮過程中，硫胺廢液中的氰化物不斷揮發(fā)，并與水蒸氣一起噴進焚燒爐的后部，而此處的熱煙氣溫度值非常大，約為900 ℃，因此可以將氰化物焚燒為CO2和NO2。

焚燒爐的砌筑材料具有耐高溫、抗腐蝕的特性，都為性能佳的防火材料，爐內(nèi)結構專為處理硫胺廢液而設計，構造科學合理，可以將廢液中的各種成分全部氧化，有毒氣體的結構也被破壞，排放后的氣體再經(jīng)過專門的處理，硫胺廢液的最終破壞率高達96%，同時可實現(xiàn)零排放的效果。焚燒爐的動力能源為含碳四廢氣或者柴油，具有非常強的熱性能。硫胺廢液經(jīng)過高壓空氣霧化后，迅速進入焚燒爐的燃燒中心，利用高速二次風的強烈旋轉(zhuǎn)作用，促使已被引燃的廢液進一步燃燒，破壞組分的化學結構。爐膛內(nèi)通常設置兩個常用縮口，可以有效穩(wěn)定燃燒的火焰，并提高空氣的流動速度，強化廢液的燃燒。由于廢液中含有毒性成分，因而在爐膛內(nèi)還設有防爆門，為設備的安全運行提供堅實的保障。

焚燒爐在燃燒過程中也會產(chǎn)生大量的廢氣，包括二氧化硫和大量廢煙氣，排放的二氧化硫達42.7 kg/h，如果不加以處理，直接排放到大氣中，又會造成嚴重的空氣污染，因此要對廢氣進行二次處理。處理這些廢氣一般采用濕式處理法，使用石灰乳液作為廢氣的吸收液，具有經(jīng)濟實惠的特點。廢氣處理系統(tǒng)采用逆流三項吸收塔的形式，石灰乳液從塔內(nèi)頂端自上而下噴淋，和燃燒排除的廢氣相接觸，對廢氣進行循環(huán)吸收。在塔底安置pH在線測定儀，隨時檢測石灰乳液的酸堿度，以便及時更新吸收液，將廢氣充分吸收。廢氣中的二氧化硫與石灰乳液發(fā)生化學反應，生成不穩(wěn)定的亞硫酸鈣，亞硫酸鈣經(jīng)過氧化，變成穩(wěn)定的硫酸鈣，可產(chǎn)生90.74 kg/h的硫酸鈣沉淀[7]。為了減少沉淀量，增強廢氣濕式處理法的工作效率，可以將石灰乳液換成氫氧化鈉，或者碳酸鈉，但同時也會增加廢氣處理的成本，依據(jù)實際情況在經(jīng)濟條件允許的范圍內(nèi)選定適當?shù)奈找菏翘岣邚U氣處理效益的關鍵。

3 結 論

硫胺廢液焚燒處理法具有傳統(tǒng)處理法不可比擬的優(yōu)勢，操作性強，處理效果好，廣泛應用在化工領域以及其它廢液處理中。焚燒處理工程方案的設計不僅要遵循既有的規(guī)范，還應該積極探索更便利的實施步驟，以便能最大限度增強廢液的處理效率，減小企業(yè)的成本投入，為化工廠帶來更多的經(jīng)濟效益。

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