含鹽廢液焚燒處理技術(shù)的研究進(jìn)展

趙 波，滿 毅

（江蘇中圣園科技股份有限公司，江蘇 南京211102）

造紙、制藥、化工等行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了大量的高濃度含鹽廢液，其排放量急劇增加，無(wú)論是發(fā)展中國(guó)家還是發(fā)達(dá)國(guó)家都面臨著尋找合適的含鹽廢液處理方法的問(wèn)題。含鹽廢液往往毒性較高，如果直接排放將造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，而常規(guī)的處理方法又無(wú)法解決污染問(wèn)題。以熱處理為代表的資源化處理技術(shù)正逐漸成為該領(lǐng)域研究熱點(diǎn)，其中利用高溫焚燒徹底分解含鹽廢液中有機(jī)物是一種常見的含鹽廢液處理方法[1]。

1 含鹽廢液焚燒工藝

焚燒工藝過(guò)程是指焚化廢物中有機(jī)物使之分解并無(wú)害化的過(guò)程，焚燒過(guò)程由氣化、熱分解、燃燒等傳熱、傳質(zhì)過(guò)程組成。焚燒法是高溫下用空氣深度氧化處理有機(jī)廢水的最有效手段，也是高溫深度氧化法處理有機(jī)廢水最易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的方法[2]。含鹽廢液的焚燒是將所有可燃或需要助燃的含鹽廢液，在800 ℃以上的高溫條件下，使含鹽廢液中的可燃組份與氧氣進(jìn)行劇烈的化學(xué)反應(yīng)，含鹽廢液中的有機(jī)物將被徹底分解為二氧化碳和水，殘余的鹽分在高溫下以熔融狀態(tài)排出，從而實(shí)現(xiàn)高含鹽廢液的安全處置。處理 ρ（COD）＞100 g/L，熱值＞1.05×104kJ/kg 的高濃度廢液，一般采用焚燒方法。對(duì)于含鹽量＞10 g/L的有機(jī)廢液，一般需要進(jìn)行脫鹽預(yù)處理以防止?fàn)t內(nèi)結(jié)焦[3]。熱值較低的廢液可燃物比例低，不足以維持焚燒溫度，所以往往先將廢液濃縮如用蒸發(fā)和蒸餾法或依靠輔助燃料進(jìn)行焚燒。焚燒是工業(yè)廢物處理的終極方案，可以處理的廢物種類多，并且可同時(shí)處理廢氣、含鹽廢液等。

2 含鹽廢液焚燒設(shè)備

焚燒法處理含鹽廢液可以簡(jiǎn)化處理工藝，同時(shí)有效利用廢液具有的熱量，有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。根據(jù)主體設(shè)備的不同，目前含鹽有機(jī)廢液焚燒處理主要分為流化床焚燒技術(shù)、 回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)和液體噴射焚燒爐技術(shù)。

2.1 流化床焚燒技術(shù)

流化床廢液燃燒系統(tǒng)主要由焚燒爐本體、 廢液噴射系統(tǒng)、高溫燃燒室、余熱鍋爐、振動(dòng)排渣機(jī)、尾氣處理裝置、尾部排塵器和鼓、引風(fēng)機(jī)等組成。焚燒爐本體由流化床密相焚燒區(qū)和稀相區(qū)構(gòu)成，有機(jī)廢液由廢液噴射系統(tǒng)分別噴入流化床密相焚燒區(qū)和稀相焚燒區(qū)[4]。

流化床焚燒爐多為圓柱形反應(yīng)器，主要包括爐體、耐火材料、布風(fēng)板、點(diǎn)火裝置等部分。焚燒爐下部設(shè)計(jì)呈圓錐狀，底部設(shè)有氣體分配板，其主要結(jié)構(gòu)如圖 1 所示[5]。

圖1 流化床焚燒爐結(jié)構(gòu)示意圖

流化床焚燒爐的燃燒室分為下部密相區(qū)和上部稀相區(qū)兩部分，密相區(qū)床層中有大量的惰性床料，其熱容量很大，能夠滿足有機(jī)廢液的蒸發(fā)、熱解、燃燒所需大量熱量的要求[6]。一次風(fēng)通過(guò)密相區(qū)底部的布風(fēng)板送入床內(nèi)，使床層處于良好流化狀態(tài)，同時(shí)為廢液和輔助燃料的充分燃燒提供足夠的空氣。床層溫度均勻穩(wěn)定，有利于有機(jī)物的分解和燃燒。二次風(fēng)置于流化床稀相區(qū)的下部，在稀相區(qū)形成旋渦氣流，使擾動(dòng)強(qiáng)烈，混合充分，保證了廢液在稀相區(qū)充分燃盡。但在處理高含鹽有機(jī)廢液時(shí)，由于爐膛的運(yùn)行溫度高于部分無(wú)機(jī)鹽的熔點(diǎn)，且煙氣流速快，容易造成爐膛及部分煙道結(jié)焦掛壁現(xiàn)象，影響焚燒爐的穩(wěn)定運(yùn)行[7]。

2.2 回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)

目前，市場(chǎng)上應(yīng)用較多的焚燒技術(shù)為回轉(zhuǎn)窯+二燃室，其結(jié)構(gòu)如圖2 所示?；剞D(zhuǎn)窯焚燒法是目前較成熟的危險(xiǎn)廢物處置技術(shù)之一，回轉(zhuǎn)窯因其適用性強(qiáng)、工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、操作性強(qiáng)等特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。

圖2 回轉(zhuǎn)窯焚燒爐結(jié)構(gòu)示意圖

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐最重要的兩個(gè)部件是回轉(zhuǎn)窯和二燃室。回轉(zhuǎn)窯是一個(gè)有一定斜度的圓筒狀物，內(nèi)部鋪設(shè)保溫材料和耐火磚，借助窯體的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)促進(jìn)物料在窯內(nèi)混合并逐漸向窯尾移動(dòng)。最常見的回轉(zhuǎn)窯是順流式、 有耐火襯層的固態(tài)排渣爐，轉(zhuǎn)速1/4～4 r/min，傾角為 2°～4°，填充率為 5%～15%，二燃室中煙氣停留時(shí)間 1～3 s，溫度在 1 000～1 400 ℃。

二燃室與回轉(zhuǎn)窯窯尾密封連接，通常為立式結(jié)構(gòu)，部分高熱值的廢液和廢氣通常經(jīng)噴嘴霧化后噴入二燃室燃燒，也可以噴入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)助燃；而低熱值廢液從回轉(zhuǎn)窯的給料端噴入，以增加廢液在高溫段的停留時(shí)間，促進(jìn)廢液蒸發(fā)與分解，燃燒后的灰渣從窯尾落入出渣系統(tǒng)，窯頭和窯尾可噴入輔助燃料來(lái)保證窯內(nèi)燃燒高溫，未完全燃盡的可燃?xì)怏w隨焚燒系統(tǒng)負(fù)壓進(jìn)入二燃室內(nèi)完全燃盡。含鹽廢液在固態(tài)排渣爐中焚燒會(huì)引起嚴(yán)重的結(jié)渣，因此常采用液態(tài)排渣爐，運(yùn)行溫度大于1 000 ℃?；剞D(zhuǎn)窯焚燒廢液最大的優(yōu)點(diǎn)是可同時(shí)處理固廢和廢液，且?guī)缀踹m用于所有可焚燒處置的廢液[8-9]。

2.3 液體噴射焚燒爐技術(shù)

液體噴射焚燒爐用于處理可以用泵輸送的液體廢棄物，液體噴射焚燒爐分為臥式和立式兩種。處理含鹽廢液和低熔點(diǎn)灰分多的廢液時(shí)多采用立式液體噴射焚燒爐[10]。立式液體噴射焚燒爐的燃燒室為內(nèi)置耐火材料的立式圓筒，可以根據(jù)需要調(diào)整圓筒的高徑比，以承受一定程度的熔融結(jié)焦，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。液體噴射焚燒爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有一個(gè)或多個(gè)燃燒器，液體廢棄物通過(guò)噴嘴霧化為細(xì)小液滴，在高溫火焰區(qū)域內(nèi)以懸浮態(tài)燃燒，對(duì)廢液熱值和霧化質(zhì)量要求較高。良好的霧化是達(dá)到含鹽廢液處理的關(guān)鍵，成分復(fù)雜的低熔點(diǎn)鹽可能堵塞噴嘴，降低噴嘴的霧化效果，影響焚燒爐的正常運(yùn)行。

圖3 液體噴射焚燒爐結(jié)構(gòu)示意圖

鹽類熔點(diǎn)較低，在燃燒高溫?zé)煔庵谐尸F(xiàn)熔融狀態(tài)，如直接隨煙氣進(jìn)入后續(xù)煙道及設(shè)備，較易形成在煙道及后續(xù)設(shè)備的結(jié)垢。通常的做法是將煙氣溫度降低到鹽類熔點(diǎn)以下的安全溫度，如采用燃燒煙氣通過(guò)誘導(dǎo)管進(jìn)入冷卻罐將煙氣瞬間冷卻的液中焚燒技術(shù)；采取煙氣循環(huán)的方式，將部分后端溫度較低的煙氣回流至焚燒爐底部，將從焚燒爐排出煙氣的溫度降低的煙氣回流技術(shù)； 增設(shè)凝渣管區(qū)及輻射冷卻室技術(shù)等。

3 含鹽廢液焚燒處理技術(shù)存在問(wèn)題及展望

3.1 各焚燒設(shè)備存在問(wèn)題

流化床焚燒爐的主要缺點(diǎn)是當(dāng)廢液中堿金屬和鹵素含量高時(shí)，焚燒過(guò)程中生成的堿金屬鹽容易和床料結(jié)合成低熔點(diǎn)的共融體，如果熔化鹽在床內(nèi)積累，最終將導(dǎo)致床料結(jié)焦，流化失效[11]。

回轉(zhuǎn)窯在處理高含鹽廢液時(shí)，形成的低熔點(diǎn)鹽類物質(zhì)容易在高溫情況下熔融結(jié)焦，出現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈和熔渣掛壁的現(xiàn)象，造成耐火材料腐蝕、焚燒效率下降； 當(dāng)?shù)蜔嶂祻U液噴入量較多時(shí)，為維持窯內(nèi)溫度，需加入輔助燃料，并通入大量空氣，煙氣中氮氧化物含量較高。

液體噴射焚燒爐對(duì)廢液熱值和霧化質(zhì)量要求高，焚燒低熱值廢液時(shí)用油或天然氣助燃，運(yùn)行成本增大；煙氣中NOx含量也較高，需要采用合適的控制措施。在處理高含鹽廢液可能堵塞噴嘴，影響焚燒爐的正常運(yùn)行。

相對(duì)于流化床焚燒爐，回轉(zhuǎn)窯及立式液體噴射焚燒爐更適合于處理高含鹽有機(jī)廢液，但仍存在爐體及煙道結(jié)焦結(jié)渣問(wèn)題。

3.2 焚燒過(guò)程中有害物質(zhì)的釋放及處理

廢液除了含有碳、氫、氧外，還含有氮、硫、鹵素等元素，經(jīng)過(guò)焚燒處理后，會(huì)產(chǎn)生大量酸性氣體，如SO2、HCl、NOx和二惡英。

SO2的排放濃度取決于含鹽廢液中的硫含量，使用流化床進(jìn)行焚燒處理時(shí)，可以利用800～900 ℃這一適合石灰石脫硫的低溫燃燒區(qū)域來(lái)進(jìn)行爐內(nèi)脫硫，能有效減少SO2的排放，在焚燒爐出口對(duì)SO2的脫除，可以使用干法煙氣技術(shù)、濕法煙氣技術(shù)及半干法煙氣技術(shù)等。

含鹽廢液焚燒過(guò)程中HCl 的排放濃度一般認(rèn)為與溫度有關(guān)，HCl 排放的控制措施與SO2的脫除類似，在焚燒爐出口洗滌塔中噴入堿水進(jìn)行中和，可除去煙氣中的大部分酸洗氣體。

NOx的生成速率和生產(chǎn)量與燃燒溫度、 過(guò)量空氣系數(shù)等參數(shù)有關(guān)，通過(guò)采用低氧燃燒、分段焚燒和煙氣脫硝技術(shù)可有效降低NOx的生成和排放。

抑制二惡英的生成可采用提高焚燒溫度 （一般高于800 ℃），增加煙氣停留時(shí)間，尾氣設(shè)備中配置有急冷塔，使高溫?zé)煔庋杆俳档椭?00 ℃以下，防止二惡英再次生產(chǎn)，煙道噴活性炭吸附等方式減少二惡英的生成和排放。

3.3 結(jié)渣及爐體腐蝕

由于含鹽廢液焚燒過(guò)程中爐膛的運(yùn)行溫度高于部分無(wú)機(jī)鹽的熔點(diǎn)，廢液在焚燒過(guò)程中與床料反應(yīng)生成熔點(diǎn)較低的物質(zhì)，這些低熔點(diǎn)物質(zhì)是造成焚燒爐的腐蝕、結(jié)渣的主要原因。減輕結(jié)渣的方法一種是向其中添加合適的添加劑，將堿金屬鹽類包裹起來(lái)，形成高熔點(diǎn)物質(zhì)； 另一種方法是適當(dāng)降低焚燒溫度至無(wú)機(jī)鹽的熔點(diǎn)以下； 第三種是通過(guò)預(yù)處理將堿金屬鹽分離回收。

4 結(jié)論

焚燒處理是處理含鹽廢液的一種行之有效的方法，焚燒技術(shù)可以充分利用高含鹽有機(jī)廢液中的熱值，可實(shí)現(xiàn)含鹽廢液的減量化、無(wú)害化和資源化。三種典型的焚燒爐各有優(yōu)缺點(diǎn)，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和選型時(shí)應(yīng)綜合考慮含鹽廢液的特點(diǎn)。

（1）流化床焚燒技術(shù)燃燒穩(wěn)定，爐內(nèi)溫度場(chǎng)均勻，采用二次風(fēng)增加爐內(nèi)的擾動(dòng)，焚燒效率高，床層熱容量大，能提供廢液蒸發(fā)、熱解和燃燒所需的熱量。主要缺點(diǎn)是當(dāng)焚燒含有堿金屬鹽和堿土金屬鹽的廢液時(shí)，容易形成低熔點(diǎn)的共融體，導(dǎo)致流化失效。

（2）回轉(zhuǎn)窯焚燒廢液最大的優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)料彈性大，可同時(shí)處理固廢和廢液，且?guī)缀踹m用于所有可焚燒處置的廢液，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、操作性強(qiáng)。主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、投資大，處理高含鹽廢液時(shí)，形成的低熔點(diǎn)鹽類物質(zhì)容易造成回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈，影響焚燒效率，處理低熱值廢液時(shí)氮氧化物生成量高。

（3）液體噴射焚燒爐優(yōu)點(diǎn)是可以處理各種不同成分的廢液，維護(hù)及投資費(fèi)用低。主要缺點(diǎn)是無(wú)法處理難以霧化的廢液，在處理高含鹽廢液可能堵塞噴嘴，影響焚燒爐的正常運(yùn)行。