含酚廢水焚燒的工藝流程和數值仿真

0 概述

哈密燃機電廠通過引入上游蘭炭尾氣廠的荒煤氣作為燃氣鍋爐的燃料，上游荒煤氣含水率高，大量含酚廢水流入現場。正常蘭炭生產中產生的荒煤氣應該經熱環水和冷環水兩道淋洗后再通過捕焦除油處理送至后續處理單元。而上游企業目前荒煤氣處理流程實際僅有熱環水淋洗，沒有冷環水淋洗過程，從而造成荒煤氣的出口溫度高(現場實際荒煤氣溫度約為70 ～80 ℃，正常經過冷環水淋洗后應該低于50 ℃)，并且含水量很高，造成大量含酚廢水進入廠內，并對廠內后續荒煤氣處理系統造成很大影響。該廢水成分見表1。水中含有高濃度的COD、酚和氨氮，因沒有得到有效處理，已嚴重制約了公司的正常生產。

1 含酚廢水處理工藝

幾十年來，關于煤氣發生爐含酚廢水的處理，始終是困擾煤氣站的環保難題，從事工業煤氣設計研究的專家們經過長期的研究與探討，雖然摸索到了一些行之有效的處理方法，取得了一定的效果，但是仍存在諸多不足之處

。

對于煤氣站的含酚廢水處理一般分為兩個階段：

預處理階段，該階段旨在除去廢水中的大部分懸浮物及焦油等；

螺旋水冷壁是近幾年來出現的應用在超臨界及以上直流鍋爐上的一種新工藝。螺旋管圈水冷壁管組合率較低，吊裝極為困難，吊裝加固工作量大。鍋爐螺旋水冷壁的組合安裝，與垂直管排水冷壁的組合安裝有較大差異，由于螺旋管的焊口分散排列，給管排的對口找正和安裝焊接增加了較大難度。超臨界鍋爐的螺旋水冷壁安裝是鍋爐安裝的關鍵路徑項目，是整個鍋爐受熱面安裝中的重點和難點，水冷壁組合安裝工期的長短決定了超臨界鍋爐整體水壓試驗工期的長短。下面以某電廠鍋爐為例，對螺旋水冷壁的安裝技術進行探討。

脫酚處理方法是含酚廢水處理的關鍵環節。脫酚處理方法通常有蒸汽化學脫酚法、蒸汽脫酚法、焚燒法、溶劑萃取脫酚法、磺化煤吸附法、生化法、調制水煤漿治理法和燃煤鍋爐治理含酚廢水。

在川西北根據地黨組織、革命政權的領導下，各少數民族群眾積極投入到支援紅軍的籌糧活動中，為紅軍提供了大量的糧食和牛羊等牲畜，少數民族群眾對紅軍的大力支援是紅軍成功解決糧食問題的關鍵。

1)預處理方法

在煤氣站中已經應用的預處理方法有自然沉降分離法、機械過濾法、化學混凝沉淀法、電解浮選法、離心分離法、加酸破乳焦油渣吸附法、加壓溶氣氣浮法、射流氣浮法、負壓脫酚法等。

其中，自然沉降分離法，可直接設置在煤氣站的循環水工藝系統中，雖然效果不是十分理想，但運行成本較低，被大多數煤氣站作為含酚污水預處理方法所采用。其它方法則必須在另行設置的設備中進行處理，相對而言處理費用較高。

2)脫酚處理方法

（1）依托水資源發展小水電經濟。漳河水庫總庫容21.13億m3，年平均凈來水量7.04億m3，除保障工農業及生活生態供水外，還有部分水資源可用于水力發電。目前小水電站總裝機容量近萬kW，供區涉及荊門、當陽兩市11個行政村，自供區與華中電網并網運行，保障供區生產生活用電及漳河工程管理局防汛抗旱等用。近年來，漳河小水電先后完成了小水電代燃料項目、增效擴容項目和防汛抗旱變電站建設以及部分輸配電設施改造任務，利用漳河水庫灘涂建設光伏發電項目，實現“以光補水，水光互補”，有效緩解水資源短缺情況下的電力保障問題。

脫酚處理階段，其目的是將預處理后的廢水中大部分酚類物質及部分有機物質脫除。

根據對上述幾種常規治理煤氣站含酚廢水方法的分析，可以看出，影響并制約煤氣站含酚廢水常規處理方法推廣應用的因素主要有以下幾點：

在開展大豆油脂的微生物發酵實驗之前要合理選擇材料和儀器。采用東北大豆配合萬能粉碎機進行粉碎，獲得豆粉，同時要用到枯草芽孢桿菌、經過選育篩選出的可產蛋白酶且性能相對穩定的菌株、斜面培養基、濃度為0.05%的硫酸鎂、濃度為0.1%的磷酸二氫鉀、濃度為2%的瓊脂以及濃度為97.85%的玉米糖化液。

（2）受自身脫酚工藝及脫酚效率要求的影響，常規處理含酚廢水方法的運行成本都比較高。

（3）除焚燒法外，其余幾種方法的目的都是旨在去除污水中的酚類物質，但脫酚后的水也并非純凈水體，因為即使是經處理后水中的含酚量達到了排放標準，此水也不一定能夠排放，這還要視水中其它有機化合物、無機鹽類等的含量是否達到排放標準而定。

對照組采用傳統教學，由帶教老師講解操作步驟、注意事項及相關知識，并在模擬人中操作示范，學生旁聽學習，然后進行自由操作練習，老師逐一檢查指導，確保每一位學生都接受同等條件的操作訓練，時間為60學時。

（4）脫酚效率不高，治理不徹底，容易形成二次污染，這也是制約某些脫酚方法推廣應用的另一個關鍵所在。

將含酚廢水噴入焚燒爐，使酚類有機物在1 100 ℃左右的高溫下，發生氧化反應，最終生成CO

和H

O 等小分子排放，此法工藝簡單，操作方便。因此以燃氣鍋爐摻燒含酚廢水在技術上和經濟上可行，是符合哈密燃機電廠目前自身特點的有效處理方法

。

2 含酚廢水摻燒的數值仿真和數據處理

2.1 數值求解方法

通過對燃燒過程中的質量守恒、能量守恒、動量守恒、組分平衡和反應動力學的基本規律的研究，建立了燃燒過程中的流動、傳熱、傳質和燃燒現象及各子過程的數學模型。燃燒過程的控制方程是復雜的非線性偏微分方程，僅能用迭代法求其近似解，因此，建立正確的物理模型后，關鍵在于是否能夠建立適當的求解方法。

在使用有限體積法建立離散方程時，很重要的一步是將控制界面上物理量及其導數通過節點物理插值求出，目前主要有中心差分、一階迎風格式等離散格式。

一階迎風格式考慮到流動方向的影響，不會引起解的震蕩，本研究中選用該方法求解。SIMPLE算法是目前工程中廣泛應用的一種流場計算方法，它屬于壓力修正法的一種。本研究中采用該方法。

一般計算30 000 步后開始收斂，然后僅保留NOx計算方程，對NOx生成進行計算。

（1）除蒸汽脫酚法和焚燒法外，其余幾種處理方法對污水預處理的要求都很嚴格，而且自身工藝也比較復雜，一次投資較大，對于一些中小型煤氣站而言難以承受。

杜爾公司是一家國際領先的提供機械和工廠成套設備的集團公司。杜爾公司的主營業務分成4個部分：涂裝與總裝系統部設計、建造涂裝車間以及總裝車間；應用技術部提供機器人自動噴漆、粘合和密封產品；測量與加工系統部生產的設備和系統應用于平衡和清洗工序、發動機及傳動系統的制造和汽車總裝；清潔技術系統部，致力于凈化廢氣、提高能效。

2.2 數據處理方法

如圖1，將爐膛出口水平煙道的入口作為爐膛出口，計算完成后，統計該截面的溫度作為爐膛出口煙氣溫度，而含酚廢水的燃燒時間也是從其噴口開始計算，到爐膛出口截面的時間。

同時，在本研究中，對加入和不加入廢水進行對比，通過比較研究加入廢水后對鍋爐溫度分布的影響。

對各層燃燒器中心水平截面、OFA 噴口中心水平截面、含酚廢水噴口水平截面、爐膛縱截面的溫度、流速、O

濃度、NOx 濃度、H

O 濃度進行分析，繪制各截面的云圖，并對某些數據進行單獨分析。

接收現場數據，并對數據進行分析，根據特定的計算方式給出相應的指令，這一部分稱之為運算部分。邏輯控制部分：與現場設備相連接，接收運算部分的動作指令，判斷現場設備的實際運行狀況并將新的動作指令分別下發給各終端，使其按照要求單獨動作或者聯動動作。這2個部分互有區別，不應混為一談。

2.3 仿真結果分析

經計算，不摻燒含酚廢水爐膛出口溫度為1 004.9 ℃（與設計爐膛出口溫度1 002 ℃接近），爐膛最高溫度約為1 500 ℃，摻燒含酚廢水后爐膛出口溫度為975.3 ℃，爐膛最高溫度未改變。

從表2 中可以看出，加入含酚廢水使爐膛出口煙氣溫度下降約29.8 ℃。由于廢水是從爐膛上部噴入，摻燒含酚廢水對爐膛內的燃燒影響較小，爐膛下部的溫度分布幾乎沒有影響。通過縱向中截面與含酚廢水截面的溫度云圖的對比，明顯可見，含酚廢水加入后爐膛上部的溫度發生了明顯的變化，爐膛上部溫度變得更加平均，整體溫度偏差降低。

以上三件雇工契約，都是使用中統鈔做為雇傭金，而不是像上文蒙古文文書所寫的那樣，采用支付糧食的方式。按照蒙古文契約反映的情況推測，雇傭關系可能發生在亦集乃路城市居住的蒙古人與鄉居蒙古人之間，被雇傭的蒙古人更樂于接受用糧食(包括種子)做為雇工的報酬。

由圖2 所示的含酚廢水噴口的流線，可以計算含酚廢水在爐膛內的停留時間，黃色面表示爐膛出口截面，流線經過該截面，表示廢水液滴越過爐膛邊界。經計算，含酚廢水在爐膛內的最短停留時間約為3.1 s，其中90%以上的液滴在爐膛的停留時間大于4.0 s，其主要原因是爐膛上方前部有一個較大的回流區，液滴在該回流區內停留時間較長。根據溫度云圖的顯示，可以得到停留的溫度區間在850 ℃以上，因而可以認為完全分解。

對鍋爐燃燒效率和NOx排放進行統計，燃氣基本完全燃燒，NOx 排放量約為350 mg/m

，該型鍋爐在燃用蘭炭尾氣時，燃燒效率高，NOx排放較低。

根據溫度分布，對典型燃燒器噴口軸線方向上溫度進行統計，如圖3 所示，在燃燒器噴口0.14 m處，已經形成了一個約700 K的回流區，該回流區可以對燃氣進行加熱，在距離噴口約0.93 m 的位置，形成了溫度為1 000 K 的高溫回流區，燃氣從此處開始進行燃燒。因而該種型號的燃燒器可以形成穩定的高溫回流區。

3 結論

通過數值模擬計算得出以下結論：

軌道車輛的運行距離比較短，經過站臺的數目比較多，在其運行的過程中車門始終處于不停的開關狀態，這就使得車門的控制元件容易受到磨損，從而也就提高了故障出現的頻率。軌道車輛車門系統的故障程度基本上都是依據車門開關的遲鈍、經過站臺時候停留的時間延長、到了車門應該開啟的時候無法正常打開等情況來定的。從近年來城市軌道交通發展情況來看，軌道車輛車門系統的常見故障大體上可以分為兩類：

1） 不摻燒含酚廢水爐膛出口溫度約為1 004.9 ℃，爐膛最高溫度約為1 500 ℃，燃燒器形成穩定的回流區，滿足穩燃的條件。

2）摻燒含酚廢水后爐膛出口溫度降低約29.8 ℃，摻燒含酚廢水溫度區間在850 ℃以上，含酚廢水在爐膛的停留時間最短為3.1 s，含酚廢水中的酚類物質可以被完全分解。

根據數值模擬計算的結果，噴入爐膛內的含酚廢水在850 ℃以上的高溫煙氣區域停留時間超過3 s，滿足焚燒爐關于需要在850℃以上高溫煙氣區域停留2 s 以上的規定。另外，根據電廠對收集的鍋爐排放煙氣中冷凝水的分析結果，其COD 小于20 mg/L，NH

-N小于10 mg/L，酚小于5 mg/L。因此，通過噴入鍋爐摻燒處理含酚廢水的脫酚效果顯著。此焚燒處理方法能夠滿足環保要求，并且是適合哈密燃機電廠當前環境特點的有效處理方法，取得了較好的環境效益、社會效益和經濟效益。

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