熱力燃燒法在處理有機廢液和有機廢氣中的應用

趙會兵

(德納化工濱海有限公司，江蘇 濱海 224555)

一般化工廠在生產過程中會產生有毒有害、有味的氣體，這些氣體對人類健康和環(huán)境危害極大，主要是這些廢氣中含有少量的有機氣體、硫化物、氮化物、苯酚類有害氣體，以往處理工藝一般采用加藥洗滌吸收工藝，但這種工藝對于不溶于水溶液的物質，是不可行的；另外吸收會帶來二次處理污染等現(xiàn)象?，F(xiàn)階段處理工藝一般選用焚燒處理。廢氣的焚燒又分為熱力燃燒法、蓄熱燃燒法、催化燃燒法。有機廢氣熱力燃燒法的原理是在焚燒爐內設置天然氣燃燒火焰，將有機廢氣引入爐膛在高溫下燃燒破壞，使有機物分解成無機物(二氧化碳和水)，實現(xiàn)煙氣達標排放及燃燒熱能的回收利用。

1 適用范圍

熱力燃燒法適用于：(1)廢氣濃度較高、燃燒熱量足以自行維持燃燒進行、消耗少量的天然氣；(2)或者廢氣濃度不高，但數(shù)量不大，需要助燃的燃料也很少；(3)或者企業(yè)存在足夠的精餾廢液，且不含氯、硫、氮元素，可以作為燃料燃燒產生熱能供生產裝置使用，這種情況下，無論廢氣濃度高低、數(shù)量多少都可以進行焚燒處理。本文主要針對第(3)種情況分析幾個常見問題。

2 廢氣收集與輸送的安全問題

利用燃燒法處理有機廢氣時，廢氣的收集輸送系統(tǒng)存在著爆炸的風險，每年都有這方面的事故報道。正是由于這一點，很多企業(yè)不敢選用燃燒法處理廢氣。

廢氣收集有兩種方式，一是密閉收集，整個生產裝置所有設備的放空管都連接到一根總管，直接進入焚燒爐，如果距離較遠，還需用引風機抽送。這種方式的優(yōu)點是廢氣濃度較高，超過爆炸極限上限，輸送安全可靠。但前提是生產裝置都必須是密閉的，沒有大量空氣進入，且系統(tǒng)采用氮封保護。原料、成品儲罐的放空廢氣的收集，不能把每個儲罐的呼吸閥密閉連接在一起，因為這樣容易中造成竄料，引發(fā)事故或影響物料質量。原料、成品儲罐應安裝供氮閥、泄氮閥和呼吸閥，泄氮閥出口密閉連接到一根總管，輸送進焚燒爐，呼吸閥出口直接沖大氣(見圖1)。

圖1 廢液廢氣焚燒爐流程圖

第二種方式采用吸風罩收集廢氣，在每個裝置總排氣口，或者每個儲罐放空口，安裝吸風罩，廢氣通過管道、引風機和燃燒器作為助燃風進入焚燒爐。吸風罩側板與管口之間的間隙應保證該處的風速不低于0.3 m/s，這樣做是為了確保廢氣全部收集而不流向大氣環(huán)境。這種收集方式的優(yōu)點是廢氣管道與裝置或儲罐是分開的，不必擔心竄料的風險；缺點是大量空氣進入廢氣管道，成了可燃性混合氣體，存在火災爆炸風險，因此，務必使廢氣濃度低于0.2%(體積濃度)。這樣就需要焚燒爐的助燃風量足夠的大，才能保證廢氣被全部收集。比如有機廢氣產生量50 Nm3/h，助燃風量就不能小于25000 Nm3/h(見圖2)。

廢氣總管最好選用0.8 mm厚的不銹鋼螺旋管，或薄壁不銹鋼管法蘭連接，既美觀又導電，每隔100 m做一處防靜電接地，就不用擔心靜電積聚問題了。有的企業(yè)為了省錢，采用玻璃鋼管道或者聚丙烯管道，結果靜電問題沒法解決。有的廠家說玻璃鋼風管可以制作成帶導靜電層的，那都是騙人的。如果廢氣中含有酸性氣體，最好在裝置內先經過堿吸收，避免對不銹鋼風管腐蝕。在風管上每隔20 m就應該設置一個直徑跟風管相同的泄爆口，泄爆片可以采用3 mm厚的橡膠板或聚丙烯板，泄爆口上方不能有管道或電纜橋架等。

圖2 廢液廢氣焚燒爐流程圖

3 燃燒器的選用

圖3 壓縮空氣霧化式燃燒器

精餾廢液作為燃料，雖然燃燒特性比較好，但潤滑特性差，不適合選用螺桿泵高壓霧化型燃燒器，而適合選用介質(壓縮空氣)霧化燃燒器(圖3)，該燃燒器適用于液體非標燃料，對燃料沒有嚴苛要求。這種型式燃燒器內置 1 支空氣霧化油槍和一組布風裝置，燃料采用先進的氣泡霧化技術，具有霧化能力強，調節(jié)范圍廣，燃燒穩(wěn)定等特點，并可直接使用電子點火槍點燃。

4 余熱利用

焚燒爐出口熱煙氣溫度高達1000℃，攜帶的熱量可以通過余熱導熱油爐、熱管蒸汽發(fā)生器、空氣預熱器依次加以利用。

余熱導熱油爐采用爐墻+立式蛇管結構(圖4)。結構緊湊，占地面積小，散熱損失小。余熱導熱油爐的核心為蛇管型的換熱面。蛇管材料：20，GB3087。蛇管采用多頭并聯(lián)模式，進出油口設置在中間，減少偏流，下部蛇管內導熱油平均流速約 2.35 m/s，上部蛇管內導熱油平均流速約 2.72 m/s。進出油口采用低進高出，便于排氣。蛇管采用支撐形式，坐落于框架橫梁上。考慮煙氣溫度較高(入口約 1000℃)，兼顧經濟性，蛇管上部支撐橫梁選用碳鋼，蛇管中、下部支撐橫梁選用不銹鋼結構，采用自然風冷卻，為了保證冷卻效果，專門配置了冷卻風機，冷卻風出口管道設溫度計，方便觀察。為了起到更好的保護效果，蛇管最下部支撐橫梁采用澆注料保護。 余熱導熱油爐爐墻為耐火磚爐墻、保溫層、面板、鋼結構等幾部分：耐火磚爐墻厚 230 mm，保溫層里層為硅酸鋁纖維(δ=100 mm)，外層為巖棉，面板采用δ0.6 mm 壓筋彩鋼板， 美觀大方、耐腐蝕。鋼結構采用型鋼+鋼板制作，支撐起爐墻及蛇管，是主要的受力部分。 爐墻下部的爐門應設計成快開式，方便故障停電時打開爐門冷卻導熱油管，避免導熱油過熱結焦。煙氣經過余熱導熱油爐后溫度降低到350℃左右。

圖4 導熱油蛇管與鋼結構支架

關于導熱油的選用，我們調研了綜研、首諾、陶氏、沙索等國際品牌，考察了鄭州化纖、宜興化纖等好幾家用戶，最后選用了國內江蘇中能化學有限公司的氫化三聯(lián)苯，最高使用溫度330℃，幾年使用下來效果很好，單價卻只有國際品牌的一半。

煙氣余熱蒸汽發(fā)生器采用熱管技術制造，熱管上部為光管，插入液相空間，熱管下部為帶翅片結構，加大煙氣換熱面積。蒸汽發(fā)生器采用上下結構：上端橫置圓柱型鍋筒為汽、水空間，除鹽水在此吸收熱管釋放的煙氣熱量，產生蒸汽，鍋筒上設置進水口、出汽口、液位計口、安全閥口、排放口、放空口等。下端為煙氣通道，高溫煙氣沖刷帶翅片熱管，放出熱量后溫度降低到250℃左右。 除鹽水采用生產裝置收集的蒸汽冷凝水。

空氣余熱器為了充分利用焚燒爐煙氣的余熱，在余熱蒸汽發(fā)生器煙氣出口處設置一套管式空氣預熱器余熱回收系統(tǒng)，這里不再贅述。

目前大多數(shù)生產廠家生產的鼓風機軸與后蓋之間有5 mm左右的縫隙，此處有廢氣泄漏，污染環(huán)境，甚至被環(huán)保監(jiān)察人員提出罰款整改。一個簡單辦法，在后蓋上安裝一個箱體，再用管道連接到引風機進口。也有風機廠家采用了機械密封的，但整機價格抬高了很多，且增加了易損件。見圖5。

圖5 鼓風機軸封處理

5 VOC控制

廢液廢氣在焚燒爐內能否完全燃燒取決于“3T+E”：焚燒溫度、停留時間、混合效果和過量空氣量。危險廢物焚燒污染控制標準(GB18484)規(guī)定焚燒爐溫度不低于1100℃，煙氣停留時間不低于2 s。實踐證明，對于化工精餾廢液焚燒溫度只要不低于850℃，煙氣出口VOC就很低(≤2 mg/Nm3)，但化工精餾廢液被列入國家危險廢物名錄里，所以監(jiān)管人員就按照GB18484要求焚燒爐溫度不低于1100℃。這一點有待于標準修訂。

6 煙塵控制

圖6 “噴霧+水膜除塵”集成裝置

危險廢物焚燒污染控制標準(GB18484)規(guī)定煙塵不超過30 mg/Nm3。除塵效率較高的有布袋除塵、靜電除塵、濕電除塵等，但投資都比較大，動輒上百萬元，甚至好幾百萬元，而且運行成本也高。我們采用“噴霧+水膜除塵”的工藝(圖6)， 很簡單地把煙塵降低到10 mg/Nm3以下。

7 消除白色煙羽

由于燃料焚燒產物就是“CO2+H2O”，又經過“噴霧+水膜除塵”，所以煙氣達到濕飽和狀態(tài)。到了冬季，煙氣中的水分會凝結成水滴，形成白色煙羽(圖7)，造成視覺上的污染。為了消除白色煙羽，采用濕電除塵當然是可行的，但投資大，對于小型焚燒爐就沒有這個必要。只需要在水膜除塵后面的風管上安裝一臺翅片管換熱器(圖8)，煙氣走帶翅片的殼程，蒸汽走管程，蒸汽就用焚燒爐自身配套的余熱蒸汽發(fā)生器所產生的蒸汽，煙氣溫度從60℃加熱到80℃時，煙羽基本消失。這種方案不但投資省，運行也靈活，環(huán)境溫度升高、空氣濕度降低沒有煙羽的時候關掉蒸汽閥門即可。

圖7 白色煙羽

圖8 翅片管換熱器

8 結語

實踐證明，熱力燃燒法在處理化工廠廢液、廢氣方面是非常有效的一種途徑，不但能徹底消除有機物，使VOC達標排放，而且焚燒產生的熱量也能被利用。