廢氣焚燒及余熱回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

馬建寬

摘 要：工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢氣種類(lèi)繁多，嚴(yán)重污染大氣，威脅著人類(lèi)的健康和生存;本文結(jié)合三江化工38萬(wàn)噸/年EO/EG裝置焚燒爐運(yùn)行情況，探討廢氣焚燒、余熱回收等設(shè)計(jì)要點(diǎn)及有利于環(huán)境保護(hù)的工業(yè)處理途徑。

關(guān)鍵詞：廢氣焚燒;余熱鍋爐;煙氣凈化

焚燒爐是廢氣安全處置的重要手段之一，目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較多的廢氣焚燒爐主要有蓄熱式（RTO），直燃式（TO）兩種;2014年建成的三江化工38萬(wàn)噸/年EO/EG裝置采用的是直燃式焚燒爐;直燃式焚燒爐具有操作簡(jiǎn)便，建設(shè)、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于廢氣焚燒項(xiàng)目。

一、廢氣焚燒系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)介

三江化工38萬(wàn)噸/年EO/EG裝置排放的廢氣中含有甲烷、乙烯、醛類(lèi)及其它有毒有機(jī)成分。多組管道將裝置排放的廢氣輸送到焚燒爐內(nèi)燃燒，通過(guò)調(diào)節(jié)空氣量使?fàn)t膛溫度維持在1100℃，使廢氣中的有毒及有機(jī)成分完全破壞分解;反應(yīng)后的高溫?zé)煔馐紫冉?jīng)過(guò)余熱鍋爐回收熱量，接著與噴氨格柵的氨氣混合，進(jìn)入選擇性催化還原（SCR）反應(yīng)器中，煙氣中的氮氧化物與還原劑NH3發(fā)生反應(yīng)，生成氮?dú)夂退煔饨?jīng)過(guò)余熱回收和SCR脫硝后，再經(jīng)蒸汽過(guò)熱器，省煤器進(jìn)一步回收熱量，使煙氣溫度降低到150℃以下，凈化煙氣經(jīng)煙囪排向大氣;同時(shí)副產(chǎn)1.3MPa過(guò)熱蒸汽，并入全廠蒸汽管網(wǎng)。

二、廢氣焚燒機(jī)理

（一）焚燒溫度

廢氣焚燒處理指的是含有可燃性有機(jī)組分的廢氣在高溫下燃燒分解為無(wú)害煙氣的過(guò)程;為了徹底破壞廢氣中的有毒、有機(jī)成分，焚燒過(guò)程一定要保證在高溫下焚燒足夠長(zhǎng)的時(shí)間。提高焚燒溫度有利于廢氣中有害成分的分解，但是過(guò)高的溫度也會(huì)增加燃料消耗和環(huán)保費(fèi)用，同時(shí)也會(huì)增加煙氣中NOx的含量，造成二次污染。大多數(shù)有機(jī)廢氣的焚燒溫度范圍可以控制在800-1100℃左右。

（二）停留時(shí)間

在焚燒溫度下，停留時(shí)間影響著焚燒的完全程度，決定了爐膛容積大小。工業(yè)生產(chǎn)中廢氣停留時(shí)間都比較短，一般取1-2秒。

（三）空氣需要量

廢氣焚燒的空氣需要量，由理論空氣量和過(guò)剩空氣量組成。理論空氣量由燃燒方程計(jì)算得到，過(guò)?？諝饬坑山?jīng)驗(yàn)得到，一般取20-30%的過(guò)?？諝?。

（四）焚燒三要素

根據(jù)三江化工38萬(wàn)噸/年EO/EG裝置產(chǎn)生的廢氣組成，其中含有的重組分分子量大，分解困難，要保證每股組分均能完全分解，因此確定焚燒爐爐膛溫度：1100℃，爐膛煙氣停留時(shí)間：≥2.0S;煙氣干基含氧量≥6%。當(dāng)滿足以上焚燒三要素時(shí)，焚燒爐才能高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

（五）焚燒爐性能參數(shù)

三江化工38萬(wàn)噸/年EO/EG裝置焚燒爐性能參數(shù)如下：

三、余熱鍋爐的設(shè)計(jì)

（一）余熱鍋爐

由于廢氣熱值較高，焚燒爐出來(lái)的煙氣含有大量熱量，為了節(jié)約能量，提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性，該焚燒裝置配置余熱鍋爐來(lái)回收焚燒后煙氣熱量。余熱鍋爐主要包括給水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)、取樣系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)和疏水排污系統(tǒng)。余熱鍋爐在設(shè)計(jì)工況下排煙溫度≯150℃。

（二）余熱鍋爐主要性能參數(shù)

三江化工38萬(wàn)噸/年EO/EG裝置余熱鍋爐性能參數(shù)如下：

四、煙氣凈化處理

（一）焚燒廢氣產(chǎn)生的二次污染及凈化措施

為了從源頭上治理空氣污染，國(guó)家對(duì)于煙氣的排放制定了一系列法律法規(guī)，規(guī)定了焚燒爐的布置要求，焚燒性能指標(biāo)、焚燒爐大氣污染物排放允許上限以及環(huán)境監(jiān)測(cè)等要求。

化工廢氣排放種類(lèi)繁多、組成復(fù)雜，主要來(lái)源有：不凝氣、呼吸閥排放、反應(yīng)尾氣、安全閥排放氣、吹掃及零時(shí)排放氣等?；U氣焚燒過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生顆粒物粉塵、酸性氣體及有機(jī)物二次污染。廢氣中含氯化合物燃燒時(shí)產(chǎn)生HCL氣體;廢氣中含氮化合物以及空氣中的氮?dú)庠诟邷厝紵龝r(shí)產(chǎn)生NOx;廢氣中含硫化合物燃燒時(shí)產(chǎn)生SOx。

對(duì)于煙氣中產(chǎn)生的酸性氣體，利用堿性介質(zhì)為吸收劑，采用濕法、干法、半干法進(jìn)行中和吸收;對(duì)于煙氣中產(chǎn)生的NOx，利用氨水介質(zhì)為還原劑，將NOx還原成氮?dú)夂退?/p>

（二）SCR脫硝技術(shù)

影響NOx生成的主要因素有焚燒溫度和煙氣含氧量，試驗(yàn)顯示爐膛溫度高于1300℃，煙氣中的NOx會(huì)明顯增多，且隨溫度的升高有增加趨勢(shì);煙氣含氧量高于5%時(shí)NOx也會(huì)增多，同樣含氧量越大生成的NOx越多。

三江化工38萬(wàn)噸/年EO/EG裝置焚燒爐采用燃料（廢氣）分級(jí)、分割火焰技術(shù)，降低焚燒溫度，減少高溫區(qū)，控制NOx。為了保證NOx在任何不確定的工況下均可達(dá)標(biāo)，本焚燒爐采用低NOx燃燒技術(shù)的同時(shí)，設(shè)置SCR中溫脫硝。SCR系統(tǒng)的脫硝劑采用20%的氨水，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置一臺(tái)噴氨稀釋風(fēng)機(jī)，稀釋風(fēng)機(jī)抽取150℃的煙氣，氨水噴入煙氣后，氨水被氣化，氣化后的氨氣與煙氣混合后送入催化劑之前的煙道內(nèi)進(jìn)行脫硝，最終將NOx化物還原成氮?dú)夂退?/p>

五、結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合三江化工建設(shè)的38萬(wàn)噸/年EO/EG裝置焚燒系統(tǒng)，論述了焚燒爐、余熱鍋爐、尾氣凈化等各部分設(shè)計(jì)要點(diǎn)。該廢氣焚燒系統(tǒng)經(jīng)過(guò)8年的長(zhǎng)周期運(yùn)行，驗(yàn)證了這套廢氣焚燒系統(tǒng)工藝流程運(yùn)行可靠，焚燒去除率高，能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)需求，煙氣排放指標(biāo)滿足相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。

企業(yè)在項(xiàng)目籌劃階段，當(dāng)條件具備時(shí)，應(yīng)將廢氣焚燒爐與余熱鍋爐進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，這樣不僅有利于環(huán)境保護(hù)，而且也有利于降低企業(yè)成本。

參考文獻(xiàn)：

【1】張紹坤，有機(jī)廢液和廢氣聯(lián)合焚燒處理技術(shù)的研究與應(yīng)用【J】，工業(yè)爐，2012，34（4）;34-36.

【2】羅秀朋，周皓，董志明.廢氣廢液焚燒裝置的設(shè)計(jì)與工業(yè)應(yīng)用【J】.化工機(jī)械，2015.42（4）;580-582.