油田鉆井污泥焚燒處理技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)

樊玉光，梁瑛

油田鉆井污泥焚燒處理技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)

樊玉光，梁瑛

西安石油大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院(陜西西安710065)

鉆井污泥會(huì)污染場(chǎng)地附近的土壤，采用焚燒技術(shù)對(duì)鉆井污泥進(jìn)行焚燒減量化處理時(shí)，其焚燒產(chǎn)物很可能造成二次污染。為了減少污染，控制焚燒產(chǎn)物排放標(biāo)準(zhǔn)，討論了鉆井污泥焚燒處理技術(shù)，提出了焚燒爐的幾個(gè)技術(shù)要求，為鉆井污泥焚燒爐的設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。

鉆井污泥;焚燒;產(chǎn)物控制標(biāo)準(zhǔn);焚燒爐

鉆井污泥是油田開采過(guò)程產(chǎn)生的污染物，它是由粘土、鉆井加重材料、各種化學(xué)添加劑以及鉆井過(guò)程帶出的油水、鉆屑等組成的穩(wěn)態(tài)多相膠體液固的混合物，具有化學(xué)成分復(fù)雜、污染物含量高、地域分散等特點(diǎn)。

鉆井污泥的組成、性質(zhì)及危害與鉆井液類型、處理劑的組成有關(guān)，既含有細(xì)小粘土懸浮顆粒、重金屬離子、油、酚類和硫化物，又含有可溶性有機(jī)處理劑。鉆井地點(diǎn)和過(guò)程屬于點(diǎn)多分散，難以集中處理。如果不對(duì)污泥進(jìn)行有效處理，直接排放到土壤里，會(huì)對(duì)周邊的土壤、植被、地表水和地下水造成嚴(yán)重污染[1]，會(huì)影響到作物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)環(huán)境條件及其品質(zhì)，影響和破壞環(huán)境。因此需要對(duì)鉆井污泥進(jìn)行綜合治理(減量化、無(wú)害化處理)，來(lái)消除污染，保護(hù)環(huán)境。

1 鉆井污泥焚燒處理技術(shù)

目前國(guó)內(nèi)外常用的污泥處理技術(shù)有:生物技術(shù)、污泥調(diào)剖技術(shù)、溶劑萃取技術(shù)、熱化學(xué)洗滌技術(shù)、熱解處理技術(shù)、焚燒處理技術(shù)等[2]。本文主要介紹污泥焚燒處理技術(shù)。

1.1焚燒處理技術(shù)及優(yōu)點(diǎn)

污泥焚燒是一種高溫減量化、無(wú)害化處理技術(shù)。經(jīng)過(guò)初步干燥的污泥進(jìn)入焚燒爐，被處理的污泥與空氣在焚燒爐內(nèi)進(jìn)行氧化燃燒反應(yīng)，有時(shí)候添加燃料增加燃燒，焚燒爐內(nèi)污泥中有機(jī)質(zhì)和有毒有害物質(zhì)在高溫下氧化、熱解破壞，使污泥變成體積小、毒性小、穩(wěn)定的灰渣。與其它方法相比，焚燒法處理污泥具有占地小、處理快速、處理量大、減量明顯、處理比較徹底等優(yōu)點(diǎn)。

1.2污泥焚燒的影響因素

影響污泥焚燒的主要因素有:焚燒溫度、滯留時(shí)間、污泥和空氣間的混合程度。

1)焚燒溫度是指焚燒爐中污泥的溫度，污泥的有害成份在此溫度下氧化、分解、破壞。當(dāng)焚燒過(guò)程的污泥和燃料的放熱速率高于向四周的散熱速率，焚燒過(guò)程才能繼續(xù)進(jìn)行，并使焚燒溫度不斷提高。提高焚燒溫度有利于污泥中有害物質(zhì)的破壞并可抑制黑煙的產(chǎn)生。但焚燒過(guò)程過(guò)高的焚燒溫度會(huì)加大焚燒燃料耗能、會(huì)使焚燒煙氣中的氮氧化物的含量增大。因此，在確保焚燒率的情況下應(yīng)采用適當(dāng)?shù)姆贌郎囟取?/p>

2)滯留時(shí)間是指污泥在焚燒爐中高溫區(qū)域停留時(shí)間。污泥中有害成份在高溫焚燒下發(fā)生氧化、分解，最后完成無(wú)害化物質(zhì)所需的時(shí)間，要小于滯留時(shí)間。焚燒滯留時(shí)間長(zhǎng)，焚燒的效率高，需要的爐膛尺寸大。影響滯留時(shí)間的因素有焚燒溫度、顆粒大小等。固體粒度俞細(xì)，與空氣接觸面俞大，焚燒溫度高，燃燒速度快，固體在燃燒室停留時(shí)間就短。

3)爐膛中的污泥同空氣的混合程度嚴(yán)重影響著污泥的燃燒速度和效率。為使污泥完全燃燒氧化，必須加大污泥和空氣的接觸面積，使污泥和空氣充分接觸混合，使鉆井污泥中有害物在高溫下短時(shí)間內(nèi)氧化分解。

1.3污泥焚燒設(shè)備

焚燒爐是污泥焚燒系統(tǒng)的核心設(shè)備。污泥焚燒爐主要有多膛式焚燒爐、旋轉(zhuǎn)窯焚燒爐、流化床焚燒爐等。

1.3.1 多膛式焚燒爐

多膛式焚燒爐由串聯(lián)爐膛和圓柱形鋼殼體組成，爐膛用耐火磚砌成，一般可含有4～14個(gè)爐膛。每個(gè)耐火磚砌成的爐膛上都有攪拌裝置，可以攪拌耙動(dòng)污泥，使污泥以螺旋型軌道通過(guò)焚燒爐爐膛。

初步脫水的污泥從多膛式焚燒爐頂部注入爐膛，在焚燒的同時(shí)以螺旋型向下流動(dòng)，依次流過(guò)串聯(lián)的各個(gè)爐膛。多膛式焚燒爐內(nèi)串聯(lián)爐膛的溫度中間高兩頭低，頂部2個(gè)爐膛一般起干燥污泥作用，溫度為480～680℃，污泥含水率降至40%以下;串聯(lián)爐膛的中部幾個(gè)爐膛為污泥焚燒層，側(cè)壁會(huì)加入輔助燃料，其溫度最高，可達(dá)760～980℃，鉆井污泥在此與上升的高溫氣體和輔助燃料氧化燃燒;串聯(lián)爐膛的下部幾個(gè)爐膛為預(yù)熱空氣冷卻層，加熱空氣自身緩慢冷卻，一般溫度為260～350℃，污泥氧化燃燒后的爐渣加熱空氣后，從爐膛底部的排灰口排出。有時(shí)候焚燒工藝設(shè)計(jì)可以從頂部第2個(gè)爐膛注入污泥，而將頂部爐膛作為后燃室，以便燃盡污泥干燥過(guò)程中揮發(fā)的碳?xì)浠衔?。而多膛式焚燒爐熱煙氣流到爐子頂部后一部分回流到爐底維持爐膛溫度，一部分經(jīng)除塵凈化后排空。

1.3.2 旋轉(zhuǎn)窯焚燒爐

旋轉(zhuǎn)窯焚燒爐的燃燒設(shè)備由回轉(zhuǎn)窯構(gòu)成，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)壁采用耐火磚砌筑或用管式水冷壁，使得金屬外筒溫度低于允許值。回轉(zhuǎn)窯由擋輪、托輪支撐，傾斜放置，是緩慢旋轉(zhuǎn)的?；剞D(zhuǎn)窯直徑一般為4～6m，其長(zhǎng)度約10～20m。

旋轉(zhuǎn)窯焚燒爐根據(jù)污泥含水量的高低確定污泥處理工藝。污泥處理一般選擇順流式焚燒系統(tǒng)，被焚燒處理的鉆井污泥的運(yùn)動(dòng)方向與燃燒煙氣流動(dòng)方向相同，以每分鐘幾轉(zhuǎn)左右的轉(zhuǎn)速緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)的回轉(zhuǎn)爐，爐膛內(nèi)耐高溫金屬抄板將處理的污泥由爐膛下部帶到爐膛上部，然后自由落下。處理的污泥在筒內(nèi)上升又自由落下的翻滾運(yùn)動(dòng)，可使污泥與氧氣充分接觸，在達(dá)到著火溫度后燃燒，進(jìn)行較完全的燃燒，一直到回轉(zhuǎn)爐出口排出灰渣。當(dāng)污泥含水率過(guò)高時(shí)，污泥由回轉(zhuǎn)爐一端送入，利用熱煙氣對(duì)其進(jìn)行干燥，也可在回轉(zhuǎn)爐尾部增加一級(jí)爐排，來(lái)滿足燃盡要求。旋轉(zhuǎn)窯焚燒爐回轉(zhuǎn)爐中排出的煙氣通過(guò)設(shè)計(jì)的垂直的完全燃燒室，回轉(zhuǎn)爐煙氣中的可燃成分在此充分燃燒。完全燃燒室運(yùn)行溫度一般控制在1 000～1 200℃。

1.3.3 流化床焚燒爐

流化床污泥焚燒爐中的污泥在流化狀態(tài)氧化燃燒。空氣經(jīng)風(fēng)帽或風(fēng)管進(jìn)入焚燒爐，為了使固體處在流化狀態(tài)，采用一定粒度范圍的石英砂作為床料，促使?fàn)t內(nèi)的污泥顆粒流化。流化床焚燒爐內(nèi)有大量運(yùn)動(dòng)著的高溫惰性物料，石英床料的蓄熱量極大，給料裝置把污泥輸入焚燒爐后，污泥塊狀顆粒立即被沖散并與熾熱的石英砂粒迅速混合，污泥在流化床中迅速干燥、著火和燃燒。流化床污泥焚燒爐的焚燒條件優(yōu)于其它焚燒設(shè)備，污泥能夠完全氧化燃燒，取得較好的燃燒效率;高溫下污泥中的灰分會(huì)熔化團(tuán)聚，為了避免這種情況，一般須將焚燒爐的溫度控制在850℃。

2 鉆井污泥焚燒產(chǎn)物控制標(biāo)準(zhǔn)

鉆井污泥已被列入《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》中的廢礦物油類，污泥焚燒過(guò)程的控制條件應(yīng)滿足GB 18484-2001《危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》的要求。在《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》中列入了鉆井污泥焚燒處理產(chǎn)生的底渣和飛灰，應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB 5085.6-2007《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)毒性物質(zhì)含量鑒別》和標(biāo)準(zhǔn)GB 5085.3-2007《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》進(jìn)行危險(xiǎn)廢物鑒別。

2.1焚燒爐

焚燒爐的技術(shù)性能指標(biāo)[3]見(jiàn)表1。

焚燒爐出口煙氣中的氧氣含量應(yīng)為6%～10% (干氣)。

焚燒爐運(yùn)行過(guò)程中要保證焚燒爐爐膛內(nèi)部處于負(fù)壓狀態(tài)，避免燃燒產(chǎn)生的有害氣逸出。

2.2危險(xiǎn)廢物焚燒爐大氣污染物排放限值

危險(xiǎn)廢物焚燒爐大氣污染物排放限值[3]見(jiàn)表2。

2.3焚燒殘余物處理標(biāo)準(zhǔn)

污泥焚燒殘余物處理必須采取有效的防止二次污染的措施。對(duì)焚燒爐渣應(yīng)進(jìn)行特性鑒別，經(jīng)鑒別后不屬于危險(xiǎn)廢物的按一般廢物進(jìn)行處置，屬于危險(xiǎn)廢物，應(yīng)按照危險(xiǎn)廢物進(jìn)行安全處置。污泥焚燒產(chǎn)生的飛灰、吸附二噁英和其他有害成分的活性炭等殘余物應(yīng)按照危險(xiǎn)廢物進(jìn)行處置，按照GB 18484-2001《危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》的要求，送危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)進(jìn)行安全填埋處置[4]。

焚燒殘余物鑒別標(biāo)準(zhǔn)是:

1)含有多氯二苯并對(duì)二噁英和多氯二苯并呋喃的含量≥15ug TEQ/kg是危險(xiǎn)廢物[5]。

2)重金屬元素應(yīng)該根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB 5085.3-2007《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》進(jìn)行鑒別。

3 結(jié)論

對(duì)鉆井污泥進(jìn)行焚燒，為了達(dá)到各種環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求，應(yīng)該注意以下幾個(gè)問(wèn)題:

1)焚燒溫度和滯留時(shí)間是影響焚燒的重要因素。污泥焚燒爐溫度不能低于1 100℃，同時(shí)煙氣在焚燒室的停留時(shí)間不少于2s，否則會(huì)使污泥不能完全燃燒，增大飛灰中碳顆粒含量、影響焚燒的銷毀率，導(dǎo)致煙塵、CO等排放超標(biāo)。焚燒爐的溫度也不適于過(guò)高，過(guò)高的溫度對(duì)焚燒爐本體的材料要求提高，加大了燃料消耗，增加了投資費(fèi)用;過(guò)高的焚燒溫度雖然可抑制二噁英的產(chǎn)生但會(huì)使NOX、SO2急聚生成，縮短煙氣在高溫區(qū)的停留時(shí)間可有效控制NOX生成。因此，在污泥焚燒過(guò)程中，控制好焚燒溫度、煙氣停留時(shí)間很重要。

2)焚燒爐出口煙氣中的氧氣含量應(yīng)為6%～10% (干氣)，這是焚燒時(shí)用于滿足燃燒用氧量的最佳值范圍，當(dāng)煙氣中的含氧量高于10%時(shí)，其焚燒時(shí)富余氧量過(guò)大會(huì)帶走焚燒爐部分熱量，影響了焚燒溫度及焚燒效率。當(dāng)煙氣中的含氧量小于6%時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致污泥焚燒不徹底，大氣污染物排放不達(dá)標(biāo)。所以，需要控制好空氣過(guò)剩系數(shù)。

3)二噁英有很強(qiáng)的毒性。污泥中氯是生成二噁英的主要元素，主要是以金屬化合物形式和有機(jī)結(jié)合態(tài)存在的，參與形成二噁英的氯主要是在焚燒過(guò)程分解產(chǎn)生的氯氣或者是氯化氫。鉆井污泥焚燒過(guò)程應(yīng)采取保證污泥完全焚燒使煙氣在燃燒室1 100℃以上停留時(shí)間大于2s來(lái)控制二噁英的生成。同時(shí)必須對(duì)高溫?zé)煔獠扇〖崩涮幚恚篃煔鉁囟仍诤芏虝r(shí)間1s內(nèi)降到200℃以下，減少煙氣在200～500℃溫區(qū)的滯留時(shí)間來(lái)控制二噁英的產(chǎn)生。也可在焚燒爐煙氣出口的中和反應(yīng)器和袋式除塵器之間噴入活性炭或多孔性吸附劑;或在焚燒爐煙氣出口除塵器后設(shè)置活性炭或多孔性吸附劑吸收塔(床)來(lái)去除二噁英。有效的控制二噁英，可使焚燒灰渣達(dá)到安全填埋處理。

4)要根據(jù)污泥的不同特性，控制重金屬污染，建立最優(yōu)的焚燒環(huán)境，來(lái)達(dá)到降低重金屬含量的目的。

[1]林中，李雪凝.油田廢棄鉆井泥漿處理技術(shù)研究進(jìn)展[J].廣州石化，2010，38(5)：16-17.

[2]秦艷，李紅旭.含油污泥焚燒處理技術(shù)在油田的應(yīng)用[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2010，26(4)：25-29.

[3]GB 18484-2001危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4]HJ/T 176-2005危險(xiǎn)廢物集中焚燒處置工程建設(shè)技術(shù)規(guī)范[S].

[5]GB 5085.6-2007危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)毒性物質(zhì)含量鑒別[S].

Drilling sludge will pollute the soil in drilling site，and the incineration treatment of the sludge will also produce secondary pollution.In order to reduce the pollution of the drilling sludge，some technical requirements to the drilling sludge incinerator are proposed，which can provide the reference for the design of the drilling sludge incinerator.

drilling sludge;burning;incineration residue control standard;incinerator

學(xué)敏

2015-01-10

樊玉光(1964-)，男，教授，現(xiàn)主要從事動(dòng)力工程與工程熱物理學(xué)科的教學(xué)科研工作。