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象。現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，但數量不大，需要助燃的燃料也很少；(3)或者企業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境。這種收集方式的優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，調節范圍廣，燃燒穩定等特點，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，在余熱蒸汽發生器煙氣出口處設置一套管式空氣預熱器余熱回收系統，這里不再贅述。

目前大多數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，污染環境，甚至被環保監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。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。