含鹽廢水焚燒處理技術(shù)在化工行業(yè)的應(yīng)用

楊麗峰歐薩斯能源環(huán)境設(shè)備（南京）有限公司上海分公司 （上?！?00051）

節(jié)能環(huán)保

含鹽廢水焚燒處理技術(shù)在化工行業(yè)的應(yīng)用

楊麗峰
歐薩斯能源環(huán)境設(shè)備（南京）有限公司上海分公司 （上海200051）

介紹了德國歐薩斯有限公司特有的含鹽廢水焚燒技術(shù)在上海華誼丙烯酸有限公司32萬t/a丙烯酸及酯項目中的應(yīng)用，重點闡明了該廢水焚燒爐的設(shè)計原則和主要技術(shù)優(yōu)勢，為化工生產(chǎn)裝置含鹽廢水的處理和熱量回收提供參考。

含鹽廢水焚燒爐余熱鍋爐焚燒丙烯酸

0　引言

化工行業(yè)產(chǎn)生的含有機物的高濃度含鹽廢水的處理是環(huán)保治理領(lǐng)域的一大難題，例如生產(chǎn)丙烯腈、丙烯酸及酯、甲基丙烯酸甲酯等的化工裝置中都會產(chǎn)生含有機物的高濃度含鹽廢水。若將這些含鹽廢水直接排放，會對環(huán)境造成嚴重污染，并且由于廢水中所含的高濃度鹽分會抑制生物細菌的生長，甚至?xí)缟锛毦?，?dǎo)致現(xiàn)有的生化處理技術(shù)無法用于該類廢水的降解處理。高溫氧化焚燒處理技術(shù)可以分解該類廢水中所含的有毒有害有機物質(zhì)，為該類廢水的治理和滿足環(huán)保排放要求提供了一種切實可行的處理方法。雖然含有機物廢水焚燒技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)較為廣泛，但是含有機物的高濃度含鹽廢水的處理具有自身的特殊性，仍然存在諸多問題需要解決，其中焚燒爐熱效率低和耐火材料壽命短是兩個突出問題。

含有機物的高濃度含鹽廢水通常含有酸根離子、堿金屬離子和鹵素離子等腐蝕性物質(zhì)，其中，鹽分為有機鹽和無機鹽。有機鹽經(jīng)過焚燒后分解為二氧化碳、水和無機鹽；而無機鹽在高溫焚燒時通常不會發(fā)生化學(xué)變化，僅僅是形態(tài)發(fā)生改變，例如由固體變?yōu)槿廴趹B(tài)的液體等。對于生產(chǎn)丙烯腈、丙烯酸及酯、甲基丙烯酸甲酯等的裝置所產(chǎn)生的含鹽廢水，其經(jīng)過焚燒處理后所產(chǎn)生的無機鹽通常為硫酸鈉、亞硫酸鈉和碳酸鈉等。這些無機鹽混合物的熔點一般在700℃左右，而爐膛的焚燒溫度都高達1200℃，為了避免熔融態(tài)的鹽黏結(jié)在鍋爐的管壁上，通常采用激冷的方式，即向爐膛中噴水或注入冷風(fēng)，使高溫?zé)煔庠谟邢薜目臻g和短暫的時間內(nèi)降溫［1］。這種激冷的方法會造成煙氣焓值驟降，從而降低了焚燒爐的熱量回收效率，這樣直接體現(xiàn)在余熱鍋爐的蒸汽產(chǎn)量上。

另外，熔融態(tài)的無機鹽容易使耐火材料中的氧化鋁在高溫下產(chǎn)生損壞，從而導(dǎo)致耐火材料的結(jié)構(gòu)被破壞，因而失效。一般情況下，焚燒爐運行3～4年后就需要更換耐火材料，這降低了焚燒爐的可用率，增加了焚燒爐的運行成本［2］。

本文將著重介紹德國歐薩斯有限公司的含鹽廢水焚燒技術(shù)，在上海華誼丙烯酸有限公司32萬t/a丙烯酸及酯項目中的應(yīng)用。該焚燒技術(shù)以其獨特的工藝設(shè)計和結(jié)構(gòu)布置解決了上述兩個關(guān)鍵問題。

1　應(yīng)用實例

1.1廢水處理量

32萬t/a丙烯酸及酯項目產(chǎn)生的含鹽廢水主要來自丙烯酸丁酯裝置、丙烯酸裝置精制單元間歇產(chǎn)生的堿洗廢液以及高吸水性樹脂裝置開停車間歇產(chǎn)生的廢水，焚燒爐的最大設(shè)計含鹽廢水處理量約為4.5t/h。

1.2排放要求

該項目煙氣排放要求遵循的標(biāo)準包括：GB 16297—2004《大氣污染物綜合排放標(biāo)準》和DB 31/767—2013《危險廢物焚燒大氣污染物排放標(biāo)準》（上海市地方標(biāo)準）。其中，排放濃度限值采用日均值。具體的排放限值見表1。

表1　煙氣中污染物的排放限值mg/Nm3

目前，由德國歐薩斯有限公司承接的上海華誼丙烯酸有限公司的含鹽廢水焚燒爐，正處于施工安裝階段，根據(jù)歐薩斯技術(shù)在歐洲同類丙烯酸裝置含鹽廢水處理焚燒爐系統(tǒng)的實際應(yīng)用情況，預(yù)期使用該技術(shù)對含鹽廢水進行處理后，可以達到上表中的排放要求。

1.3設(shè)計原則

上海華誼丙烯酸有限公司的含鹽廢水焚燒爐布置圖如圖1所示。

圖1　上海華誼丙烯酸有限公司含鹽廢水焚燒爐布置圖

該設(shè)計遵循的主要原則如下：

（1）焚燒爐為立式布置，保證鹽和其他灰分能夠順利從焚燒爐下部的出灰口排出。

（2）焚燒爐的第一段和第二段采用膜式水冷壁，它既是焚燒室的一部分，又是余熱鍋爐的蒸發(fā)受熱面，內(nèi)襯特殊的耐火材料。耐火材料的厚度應(yīng)保證其表面溫度低于鹽的熔點溫度。

（3）燃燒器布置在焚燒室的頂部，分級分段進料配風(fēng)，減少氮氧化物的產(chǎn)生；采用壓縮空氣霧化廢水，廢水噴槍為超音速噴槍，可保證廢水的充分霧化和徹底氧化。

（4）采用水冷的雙螺桿除渣機將熔融的鹽冷卻并輸送至灰倉。（5）采用蒸汽吹灰器定期清潔鍋爐的受熱面。（6）固體鹽顆粒（少量）和灰將由系統(tǒng)下游布置的布袋除塵或靜電除塵器清除。

（7）采用非選擇性催化脫硝和干法脫酸設(shè)備進行煙氣凈化。

1.4技術(shù)特點和優(yōu)勢

1.4.1立式布置有利于清灰，減輕管壁腐蝕和污染

對于焚燒爐膛或余熱鍋爐，立式的布置更有優(yōu)勢，原因是采用立式的布置方式，在重力的作用下，將有很大一部分的鹽和灰從系統(tǒng)下半部的灰斗方便地排出，減輕了下游除塵設(shè)備的負擔(dān)。而采用水平布置時，鹽和灰容易沉積在換熱面上，會造成換熱面積灰，影響換熱效果，甚至造成管子腐蝕或煙氣搭橋；即使采用蒸汽吹灰裝置清灰，仍然無法緩解鹽對管壁的腐蝕和污染。

1.4.2冷卻的焚燒室系統(tǒng)（水冷壁）可顯著延長耐火材料使用壽命

與絕熱焚燒室相比，膜式壁焚燒室在降低鹽對耐火材料的侵蝕性方面的效果要好得多。當(dāng)煙氣中的鹽接觸到耐火材料時，會停留在耐火材料表面，當(dāng)鹽的溫度降至650～800℃之間時，鹽會滲透到耐火材料內(nèi)部。當(dāng)爐膛溫度發(fā)生波動時，鹽和耐火材料形成的共晶體會導(dǎo)致局部體積改變，從而在耐火材料上形成裂縫，這種鹽對耐火材料的侵蝕現(xiàn)象又被稱為“堿爆破”。而膜式壁爐膛表面穩(wěn)定的溫度場會減緩這種侵蝕，同時冷卻的鹽結(jié)晶體會填滿并修復(fù)縫隙，從而保護耐火材料免受進一步的破壞。

在常規(guī)的絕熱爐膛內(nèi)，耐火磚的厚度很厚（超過300 mm），有侵蝕性的鹽化合物會侵蝕擴散到耐火材料的內(nèi)部并結(jié)晶。由于結(jié)晶處的膨脹系數(shù)與耐火材料不同，導(dǎo)致耐火磚產(chǎn)生裂縫和腐蝕，經(jīng)過一段時間后，耐火磚就必須更換。

膜式壁的冷卻可以使焚燒室內(nèi)部形成由熔融態(tài)鹽、冷卻的結(jié)晶鹽、耐火材料（需要的材料厚度很?。┙M成的穩(wěn)定的層狀結(jié)構(gòu)。其中，很薄的耐火材料只是用于幫助快速形成第一層結(jié)晶鹽層，結(jié)晶鹽層會慢慢加厚，直至其表層溫度達到鹽的熔點，這樣在耐火材料表面會形成鹽的氣液共存的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。當(dāng)系統(tǒng)工況發(fā)生波動時，鹽熔融層厚度會有所改變，由于外層膜式壁的恒溫冷卻作用，可以使三相共存的鹽層維持動態(tài)穩(wěn)定。同時，鹽層還會填補耐火材料間的小縫隙，起到修復(fù)耐火材料的作用。

國外的化工或者印染行業(yè)甚至采用了無耐火材料內(nèi)襯的膜式壁焚燒爐。在這種焚燒爐的爐膛中焊接銷釘，有助于鹽在膜式壁上的沉積。在焚燒爐運行兩年后，鹽在膜式壁上形成完整的覆蓋，其作用相當(dāng)于耐火材料。

對于絕熱焚燒爐，由于焚燒爐內(nèi)最高溫度可達1700℃，耐火材料的材料費用占初投資的比例很大，而且其維護費用也很高；采用膜式壁不但可以大大降低初投資，并且?guī)缀醪粫a(chǎn)生維護費用。

1.4.3冷卻膜式壁對抗酸腐更有優(yōu)勢

膜式壁管壁溫度為270℃左右，遠高于露點腐蝕溫度。而在絕熱焚燒室中，外壁溫度一般在60℃左右，酸性氣體會從耐火材料縫隙中擴散到外壁上，產(chǎn)生酸腐。

1.4.4將鹽和灰分分三處從系統(tǒng)中清除，增加了系統(tǒng)的可靠性，降低了能耗

該焚燒爐有三個清灰點：30%的鹽和灰分從焚燒爐第一和第二通道下的出渣口排出；25%的鹽和灰分從余熱鍋爐下部的灰斗排出；剩余的鹽和灰分將通過袋式或其他形式的除塵器收集。利用輸送設(shè)備，將這些灰分收集到灰倉中進行統(tǒng)一處理。而傳統(tǒng)的焚燒爐僅僅依靠除塵器來收集鹽和灰分，除塵器的體積巨大，風(fēng)機阻力高，初投資和能耗都很高。

1.4.5系統(tǒng)熱效率高，更經(jīng)濟環(huán)保

為了保證化學(xué)物質(zhì)的徹底氧化，焚燒爐內(nèi)最高溫度可達1700℃，而煙氣在到達余熱鍋爐的換熱面之前，其溫度需要降至700℃左右。傳統(tǒng)的焚燒爐采用向爐膛內(nèi)噴入冷風(fēng)或冷水的方法，來降低煙氣溫度，損失了煙氣從1700℃降至700℃所釋放出的熱量。而德國歐薩斯有限公司采用帶膜式水冷壁的焚燒爐，利用膜式蒸發(fā)面來冷卻焚燒爐內(nèi)的高溫?zé)煔猓湔羝a(chǎn)量比傳統(tǒng)焚燒爐高出15%左右，且熱效率更高，更加經(jīng)濟環(huán)保。

2　結(jié)語

化工行業(yè)產(chǎn)生的含有機物的高濃度含鹽廢水的處理是環(huán)保治理領(lǐng)域的一大難題，由于高濃度鹽分會抑制生物細菌的生長甚至?xí)缟锛毦?，?dǎo)致現(xiàn)有的生化處理技術(shù)無法用于該類廢水的降解處理。高溫氧化焚燒處理技術(shù)可以分解該類廢水中所含的有毒有害有機物質(zhì)，為該類廢水的治理和滿足環(huán)保排放要求提供了一種切實可行的處理方法。

鑒于德國歐薩斯有限公司的含鹽廢水焚燒處理技術(shù)在歐洲等地已成功應(yīng)用，近年來，國內(nèi)已有多家企業(yè)引進和采用了該項技術(shù)，并將其應(yīng)用于丙烯腈、丙烯酸及酯、甲基丙烯酸甲酯等化工裝置的高濃度含鹽廢水的處理。但該類含鹽廢水焚燒爐系統(tǒng)具有自身的特殊性，需要企業(yè)在實際應(yīng)用中不斷地總結(jié)運行管理和系統(tǒng)維護等方面的經(jīng)驗，使該技術(shù)的應(yīng)用日臻完善。

The application of Salt-contained Waste Water Incineration Technology in Chemical Industry

Yang Lifeng

The application of salt-containing waste water incineration technology from Oschatz GmbH in 320 000 t/a acrylic acid and ester project of Shanghai Huayi Acrylic Acid Limited is introduced.Besides，the design principles and main technical strengths of waste water incinerator are emphatically introduced to provide reference for the salt-containing waste water treatment and heat recovery of chemical production unit.

Salt-containing waste water；Incinerator；Waste heat boiler；Incineration；Acrylic acid

TQ052.7

2016年6月

楊麗峰女1979年生碩士工程師目前從事環(huán)保節(jié)能方面的工作

［1］BHAN R.Incinerate and eliminate［J］.Hydrocarbon Engineering，2009，14（6）:63，66，68.

［2］闞紅元.賽科丙烯腈廢水焚燒爐簡介 ［J］.化工設(shè)備與管道，2007，44（5）:24-27.

大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展！