焚燒爐出鹽冷卻裝置的研究與設計

李祥金，王軍華，馬彩鳳，張吉曄，侯曉培

(山東彩客東奧化學有限公司，山東 東營 257000)

0 引言

隨著我國化工行業的高速發展，高濃有機化工廢水日漸增多，采用常規的處理方法很難處理。鑒于高濃有機廢水有一定的熱值，采用焚燒的方法處理既可以簡單有效的處理廢水，又可以回收部分熱量，降低成本，同時有害物質被燃燒分解，達到保護環境的目的[1]，因此焚燒爐被廣泛應用于處理高濃廢水。目前本公司即采用該方法處理高濃廢水，但目前從焚燒爐出來的鹽溫度較高，造成鹽在包裝、儲存、和運輸時常將包裝袋燙壞，鹽外漏，造成環境污染，因此需要降低出鹽溫度來解決此問題。

1 現狀分析

1.1 焚燒爐流程簡述

目前公司使用的焚燒爐是將高濃鹽水利用入爐堿液泵加送到爐前，經廢液噴槍霧化后噴入爐膛，霧化后的高濃鹽水進入爐膛后，在高溫環境下逐漸失去水分形成可燃燒的物質，進一步燃燒，燃燒后形成細微的粉塵隨煙氣進入尾氣處理系統，處理后的粉塵經埋刮板機輸送至灰斗后再包裝，回收Na2CO3；未充分燃燒的顆粒落到焚燒爐底部繼續燃燒，直至燃燒充分。燃燒充分的鹽呈熔融狀，經過溜子槽冷卻后排入收集裝置[2]。

電除塵器是兩塊電極板之間形成靜電場[3],廢堿燃燒后形成細微的粉塵隨煙氣進入電除塵器時，其中99.67%粉塵被捕集吸附在電極板上，達到粉塵與氣體分離的目的，沉積在電極上的粉塵通過振打掉落在電除塵器的料倉內，借助于刮扳機收集到灰斗再到包裝機包裝[4]。

天然氣(或燃料油)、高濃鹽水在爐內燃燒產生的煙氣與鍋爐給水泵送來的除氧水在一、二級省煤氣以及從空氣加熱器來的空氣換熱后經電除塵器由引風機引入50 m高煙囪排空。

燃燒所需要天然氣和高濃鹽水液等根據工廠生產的情況，進行調整。燃料在爐膛內燃燒，以提高燃燒溫度，從而使爐膛底部溫度達到1 100 ℃以上。爐內燃燒所需要的空氣由鼓風機提供，鼓風機鼓出的冷空氣經空氣加熱器預熱到120～150 ℃，再在板式換熱器中與煙氣換熱到250～300 ℃分二股即一次風、二次風送入爐內。當鍋爐采用墊層燃燒工藝時，鼓風機三吹風預熱到150 ℃直接進入爐膛上部，作為補充空氣，提高燃燒效果，同時減少煙氣中的粉塵含量。

鍋爐給水泵將除氧水先送到一級省煤器，再流入二級省煤器后進入上鍋筒，經下降管到水冷壁下集箱、冷水壁上集箱、水冷屏下集箱、上集箱，在爐膛內吸熱形成汽水混合物再回到上鍋筒，在上鍋筒內汽水分離，產生1.8 MPa的飽和蒸汽，而水繼續循環。

1.2 焚燒爐出鹽溫度高的危害

焚燒爐出鹽溫度高會造成很多危害，其中有兩點最為常見，一種是焚燒爐出鹽溫度高容易燙傷操作人員，造成安全事故。另一點是焚燒爐出鹽溫度高會嚴重影響出鹽的儲存、包裝和運輸等工序。因為高溫會使包裝袋發脆，增大破損率，包裝袋損壞后，鹽會外流至包裝袋外，造成環境污染和操作工人勞動環境惡化。因此要降低焚燒爐出鹽溫度，避免上述情況發生。

1.3 焚燒爐出鹽溫度高的原因分析

焚燒爐出鹽主要分為溜子槽處出鹽和電除塵器的料倉出鹽。溜子槽直接連接爐膛，出鹽溫度在800 ℃左右，溫度較高，經過循環水換熱降溫后進入收集裝置。電除塵器的料倉出鹽助于刮扳機收集到收集裝置。以上兩種鹽混合后進入收集裝置，收集后在使用包裝機包裝。

焚燒爐出鹽溫度高的主要原因是冷卻裝置冷卻效果不好造成的，而造成冷卻裝置冷卻效果不好的原因主要有以下三個方面：

(1)廢液霧化后未充分燃燒的顆粒落到焚燒爐底部，并繼續燃燒，直至燃燒充分。燃燒充分的鹽呈熔融狀，經過溜子槽冷卻后排入收集裝置。溜子槽口堵塞，疏通后高溫鹽進入冷卻裝置較正常時多，造成冷卻裝置換熱面積不夠，冷卻效果不好，達不到預期效果，造成焚燒爐出鹽溫度高。

(2)從廢液噴嘴噴出的黑液滴可能粘在水冷壁上形成固形物，要是其達到一定量時，可能成塊造成風嘴堵塞，因此需要定期將水冷壁上的固形物打落，打落后的固形物進入爐膛底部，由于爐膛底部溫度達到900 ℃以上，固形物在高溫下呈熔融狀態經溜子槽初步冷卻后排入收集裝置，突然增加的高溫固形物使冷卻裝置達不到預期的冷卻效果，從而造成焚燒爐出鹽溫度高。

(3)電除塵器是兩塊電極板之間形成靜電場，廢堿燃燒后形成細微的粉塵隨煙氣進入電除塵器時，其中99.67%粉塵被捕集吸附在電極板上，達到粉塵與氣體分離的目的，煙氣由引風機引入50 m高的煙囪排空。

沉積在電極上的粉塵通過振打掉落在電除塵器的料倉內，借助于刮扳機收集到灰斗再到包裝機包裝。

煙氣溫度低，水分高，塵料的水分也高，導電性增大，有利于沉淀；但煙氣溫度過低。水份太大會使粉塵發粘，不易從陽極板上震落，反而影響除塵效率，而且增加設備腐蝕。所以，電除塵器進口溫度不得低于197 ℃，即高于露點溫度，沉積在電極上的粉塵通過定期振打掉落在電除塵器的料倉內，借助于刮扳機收集到灰斗再到包裝機包裝。打落掉的粉塵在高溫區(溫度大于240 ℃)直接掉落下，不能及時冷卻，從而造成焚燒爐出鹽溫度高。

通過觀察，目前焚燒車間在正常運行時包裝袋沒有損壞，說明包裝袋可以承受該溫度，但當打水冷壁上的固形物時和振電極上的粉塵時包裝袋時常被燙壞，且打水冷壁上的固形物時包裝袋燙壞的幾率明顯高于振電極上的粉塵時。

1.4 監測數據

為了驗證上述分析，分別對溜子槽內物料溫度和包裝袋內物料溫度在以下情形下進行檢測，檢測結果如表1所示。

表1 監測數據

從以上數據可以看出，振電極上的粉塵時溫度與正常運行時溫度差別不是很大，但接近包裝材質的熔點250 ℃，需要降溫，當打水冷壁上的固形物時溜子槽內鹽的溫度明顯高于正常運行時的溫度，驗證了上面的分析，混合后的溫度在280 ℃左右，高于包裝材質的熔點250 ℃，易將包裝燙壞，因此需要將此時的鹽降溫后再進行包裝。

2 降溫工藝設計與主體設備設計

2.1 降溫工藝設計

由上述分析可知，打水冷壁上的固形物時出鹽溫度高，有時出鹽接觸包裝的溫度已經超過包裝材質的熔點，直接導致噸包燙壞，因此減少噸包燙壞最直接的、最有效的辦法是降低出鹽溫度。

降溫的方法有很多，工業上常用的換熱方式有直接接觸式、蓄熱式和間壁式換熱。直接接觸式是通過冷、熱流體的直接接觸、混合進行熱量交換。由于兩流體混合換熱后必須及時分離，這類換熱器適合于氣、液兩流體之間的換熱。例如，化工廠和發電廠所用的涼水塔中，熱水由上往下噴淋，而冷空氣自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飛沫及水滴表面，熱水和冷空氣相互接觸進行換熱，熱水被冷卻，冷空氣被加熱，然后依靠兩流體本身的密度差得以及時分離。蓄熱式換熱器是利用冷、熱流體交替流經蓄熱室中的蓄熱體(填料)表面，從而進行熱量交換的換熱器，如煉焦爐下方預熱空氣的蓄熱室。這類換熱器主要用于回收和利用高溫廢氣的熱量。以回收冷量為目的的同類設備稱蓄冷器，多用于空氣分離裝置中。間壁式換熱的冷、熱流體被固體間壁隔開，并通過間壁進行熱量交換的換熱器，因此又稱表面式換熱器，這類換熱器應用最廣。基于上面三種換熱方式的優缺點，選擇間壁式換熱[5]。

降低出鹽溫度有兩個方案，一個方案是將溜子槽后原有的降溫系統進行改造，增大冷卻裝置的換熱面積，該方案的優點是增加換熱面積后能夠有效的降低出鹽溫度，但這樣改造勢必會增大設備體積，改造期間需要停車改造，配套的一些設施需要同時改造，工期較長，投資較大，且該方案不能解決振電極上的粉塵時的高溫問題，因此不選擇該方案。另一種是在目前出鹽系統后增加一個裝置，用于出鹽二次降溫，這樣既可以降低打水冷壁上的固形物時出鹽的溫度，也可以降低振電極上的粉塵時時降落的鹽的溫度。該方案可以有效避免第一種方案的弊端，因此選擇第二種方案。

依據第二種方案對現有裝置進行改造，在原包裝口增加二次降溫裝置，增加的裝置主要包括四個部分，分別為一級冷卻器、分料器、二級冷卻器和包裝器，具體工藝流程如下：原包裝口出來的鹽進入一級冷卻器進行降溫，鹽經過降溫后再通過分料器將鹽定時的分到兩個二級冷卻器，進行再次降溫，降至溫度達標后進行包裝。

2.2 主體設備設計

通過對裝置工藝進行分析對現有設備進行改造，在原包裝口增加一套降溫裝置，降溫裝置如圖1所示。

圖1 焚燒爐出鹽冷卻裝置

降溫裝置是在原包裝口增加一級冷卻器，一級冷卻器分為一級冷卻器儲料倉和一級冷卻器降溫裝置，一級冷卻器儲料倉用于承裝原包裝口下來的鹽，鹽在流入儲料倉的過程中有一個自然降溫，鹽在儲料倉后停留一段時間。停留的過程中，在儲料倉外側加一級冷卻器降溫裝置，即在儲料倉外面加一個套筒，套筒內通入流動的冷卻介質(流動介質為循環水等)，流動的冷卻介質將儲料倉內鹽的熱量帶走，將鹽的溫度降至240 ℃左右。

經過一級冷卻器的鹽進入分料器，分料器采用自動控制系統，分料器內分布多個葉片，用于將鹽輸送至二級冷卻器。同時分料器內的葉片旋轉方向定時更換，用于將鹽分配至兩個二級冷卻器。

經過分料器將鹽循環往兩個二級冷卻器輸送。二級冷卻器同樣分為二級冷卻器儲料倉和二級冷卻器降溫系統，鹽進入二級冷卻器的鹽在二級冷卻器儲料倉內停留一段時間，停留的過程中在二級冷卻器儲料倉外側加一個鹽降溫系統，即在為儲料倉外面加一個套筒，套筒內有流動的冷卻介質，冷卻介質將鹽的熱量帶走，將鹽的溫度降至120 ℃左右。每個二級冷卻器后面加一個包裝器，包裝器系統采用自動罐包的形式，當二級冷卻器內的物料達到一定的質量后，包裝器自動打開，鹽隨即進入包裝袋。

3 對比驗證試驗

在原有設備上改造后，在對比安裝降溫裝置前后數據，如表2所示。

表2 安裝降溫裝置前后監測數據

從以上數據可以看出，正常運行時，鹽經過降溫裝置后可由150 ℃左右降溫110 ℃左右；打水冷壁上的固形物時，鹽經過降溫裝置后可由290 ℃左右降溫130 ℃左右；振電極上的粉塵時，鹽經過降溫裝置后可由220 ℃左右降溫120 ℃左右。各種情況下的出鹽溫度得到有效降低，且溫度降至包裝材質的熔點以下，極大地減少因為高溫燙壞包裝的幾率，避免造成環境污染和操作工人勞動環境惡化。

4 結語

焚燒爐出鹽溫度高會帶來很多危害，為了避免這些危害，本文對降溫措施進行了研究，并設計出一種小型的出鹽冷卻裝置。通過對工藝技術進行改造，增加了焚燒爐出鹽的降溫時間，使出鹽溫度由平均290 ℃降至120 ℃，有效地降低了出鹽溫度，且該裝置實現了灌裝半自動化。更換后沒有再發生燙壞噸包的事情，因此該改造方案較為合理。

該裝置運行后實現了出鹽連續穩定低溫運行，該焚燒爐出鹽降溫裝置具有體積小、拆裝方便、實用性強、操作方便等優點，可以有效控制焚燒爐鹽出料溫度，為后續包裝創造的合理的安全作業條件。