煉油廠污泥干化焚燒的思考

葛永睿 龔朝兵 李 強 肖立光 李海華

(1.中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086；2.中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101)

石化企業(yè)運行過程中產(chǎn)生的污泥主要包括隔油池底泥、浮選浮渣、剩余活性污泥，通常簡稱為“三泥”。“三泥”具有污染物成分復(fù)雜、惡臭嚴重、含水率高、脫水難度大、深度處理難度大的特點。目前我國含油污泥的處理主要采用調(diào)質(zhì)-機械脫水技術(shù)，脫水后污泥的含水率一般在75%～85%。該技術(shù)雖然能夠有效地分離油-水-泥，并實現(xiàn)部分資源化利用，但經(jīng)過機械脫水后的污泥含油率仍然達不到無害化排放要求，需要進行深度處理。

污泥處理與處置的目的是以減量化和無害化為原則，主要有填埋、農(nóng)用、土地改良和焚燒等方式，由于填埋要占用大量土地、耗費巨額運輸費用，且會使填埋場周圍的環(huán)境惡化，產(chǎn)生滲瀝液和臭氣，許多地區(qū)的民眾堅決反對新建填埋場。污泥干化焚燒技術(shù)能最大限度的減小污泥體積并殺滅病原菌，因此近些年來，已成為市政污泥處理的主流技術(shù)，在歐美、日本等發(fā)達國家得到了廣泛的應(yīng)用[1-3]。

1 煉油廠“三泥”干化-焚燒的必要性

大型煉油、化工一體化項目危險廢物的產(chǎn)生種類復(fù)雜、有毒有害成分及重金屬含量高、數(shù)量較大，具有固體、半固體、液體和氣體等多種形態(tài)，處置難度大。目前國內(nèi)危險廢物的處置主要有安全填埋和焚燒兩種途徑。安全填埋需占用大量土地，對填埋場的管理和監(jiān)控是一項長期而復(fù)雜的任務(wù)，容易產(chǎn)生次生污染。大型石化企業(yè)建設(shè)危險廢物焚燒設(shè)施能同時滿足使廢物減量、徹底焚毀廢物中的有機污染物質(zhì)，以及回收利用焚燒產(chǎn)生的廢熱等目的，且已得到廣泛應(yīng)用。由于國內(nèi)污泥的含水量較高，熱值相對較低，采取污泥直接焚燒方式存在燃料消耗大，運行費用高的問題，一般采用干化-焚燒的方式[4-11]。

中海油惠州石化有限公司(以下簡稱惠州石化)一期12 Mt/a煉油項目產(chǎn)生危險廢物約10 kt/a，主要以污水處理場脫水后油泥、浮渣、剩余污泥為主，產(chǎn)生的危險廢物經(jīng)離心脫水后委托環(huán)保公司處理(汽車運輸)。二期10 Mt/a煉油項目和1 Mt/a乙烯項目開工投產(chǎn)后，一期、二期產(chǎn)生的危險廢物總量預(yù)計為28 kt/a，廢物主要種類有：廢環(huán)丁砜、廢胺液、廢堿液、廢潤滑油、廢活性炭、廢離子交換樹脂、清罐油泥，以及污水處理場油泥、浮渣、剩余污泥及化學(xué)污泥等。

2 干化-焚燒系統(tǒng)配置

污泥干化-焚燒裝置主要包括進料系統(tǒng)、干化單元、焚燒單元、余熱利用系統(tǒng)、煙氣凈化系統(tǒng)、在線監(jiān)測系統(tǒng)等。目前主流的危險廢物焚燒工藝采用焚燒爐+二燃室+余熱利用+煙氣凈化的設(shè)計。典型的煙氣凈化工藝大多采用煙氣急冷+干法脫酸+活性炭吸附+布袋除塵+濕法脫酸+煙氣再熱的煙氣凈化技術(shù)。

2.1 系統(tǒng)的一般設(shè)置與污染物控制

濕污泥輸送一般選用螺桿泵或柱塞泵，污泥料倉至干化機段污泥輸送可使用進口螺桿泵，在距離較遠的情況下可考慮使用柱塞泵。焚燒爐一燃室溫度控制在850 ℃以上，二燃室按照規(guī)范要求控制焚燒溫度1 100 ℃以上，煙氣停留時間不少于2 s，頂部設(shè)置緊急排放煙囪?；剞D(zhuǎn)窯需要設(shè)置火焰監(jiān)測系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)停機熄火時，先進行故障排除，然后重啟點火程序。余熱鍋爐采用水冷膜式壁結(jié)構(gòu)，可減少鍋爐檢修頻率，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性；鍋爐設(shè)置超溫、超壓、高低水位和其他相應(yīng)的安全聯(lián)鎖裝置；可設(shè)置蒸汽往復(fù)泵，在停電情況下利用蒸汽啟動運行，為鍋爐緊急供水。在急冷塔內(nèi)，煙氣在1 s內(nèi)從500 ℃降至200 ℃以下，能避免二噁英在低溫時再次合成，材質(zhì)優(yōu)先選擇316L。目前焚燒煙氣基本以布袋除塵為主，應(yīng)用較好的濾料品種是聚四氟乙烯(PTFE)濾料、P84、聚苯硫醚(PPS)等，其中PTFE濾料的性能最佳。袋式除塵器的布袋選用耐酸堿耐高溫性能強的PTFE材料，PTFE針刺氈+PTFE覆膜，布袋除塵器設(shè)置低壓長袋脈沖反吹在線清灰裝置。

煉廠污泥的焚燒其氮氧化物的濃度較低，一般采用低氧燃燒及選擇性非催化還原系統(tǒng)(SNCR)進行控制，在二燃室煙氣出口管道或余熱鍋爐中間位置設(shè)置還原劑噴入點。一般采用干法(半干法)+濕法的脫硫方式，在急冷塔后的煙道上噴入干石灰和活性炭，活性炭可有效吸附二噁英和重金屬汞(Hg)等，在布袋除塵器后設(shè)置脫酸洗滌塔。煙氣排放前可設(shè)置煙氣再熱器來解決煙囪“冒白煙”問題，煙氣出口溫度大于130 ℃。

二噁英的控制方法主要有源頭控制、爐內(nèi)控制和爐外凈化。氯源對二噁英的生成有重要影響，降低重金屬和含氯物質(zhì)的含量，可降低二噁英的生成率。爐內(nèi)抑制二噁英產(chǎn)生的有效辦法是所謂的“3T+E”控制，即爐溫(Temperature)、停留時間(Time)、湍流(Turbulence)和過?？諝饬?Excess air)。避免二噁英重新合成的主要辦法是煙氣通過急冷盡快通過250～350 ℃的低溫生成區(qū)。重金屬在煙氣中主要以煙塵的形式存在，可以通過袋式除塵器去除。

設(shè)置煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)(CEMS)，對煙氣流量、溫度、壓力、濕度、氧濃度、一氧化碳、二氧化碳、煙塵、氯化氫、氟化氫、總烴、二氧化硫和氮氧化物等參數(shù)進行實時監(jiān)測和控制。

2.2 焚燒爐爐型選擇

危險廢物焚燒的焚燒爐爐型主要有回轉(zhuǎn)窯型焚燒爐、液體噴射焚燒爐、流化床焚燒爐、熱解焚燒爐、多層床焚燒爐等。其中流化床焚燒爐在市政污泥焚燒中有廣泛的應(yīng)用，危險廢物焚燒爐國內(nèi)以回轉(zhuǎn)窯焚燒爐較多。

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐可處理接納各種形態(tài)的污泥及廢物，對廢物預(yù)處理的要求較低，設(shè)備運行穩(wěn)定程度高，焚燒污泥時固相停留時間長，配套窯尾設(shè)置二燃室可以保證廢物的燃盡率達到99.99%以上。其缺點是熱效率較低，過?？諝庖蜃虞^大，設(shè)備體積龐大，耐火磚維護費用高、對窯頭及窯尾的連接密封組件精度要求偏高。因其應(yīng)用技術(shù)成熟、運行可靠、操作簡單、適應(yīng)性廣、入爐進料和出渣方便等優(yōu)點在污泥焚燒處置中被作為焚燒設(shè)備的首選。其對進料污泥的含水率要求寬泛，對來料污泥的形態(tài)基本不受限制，煉廠污泥焚燒建議選用回轉(zhuǎn)窯焚燒爐?；剞D(zhuǎn)窯焚燒爐耐火材料的使用壽命盡量在5年以上。

2.3 干化與焚燒協(xié)同

雖然回轉(zhuǎn)窯焚燒單元可以處理含水率為30%～80%的污泥，但污泥熱值對其能否達到自持燃燒影響很大。污泥的焚燒按照干度可分為污泥的直接焚燒、半干污泥焚燒、絕干污泥焚燒，焚燒方式的選擇主要取決于污泥的泥質(zhì)、熱源的使用和廢熱的利用要求。如日本進入污泥處置場的污泥熱值較高，因此其污泥處置工藝為濕污泥直接焚燒(含水率80%左右)。由于我國污泥的熱值較低，污泥半干化+焚燒的方案可以實現(xiàn)污泥焚燒系統(tǒng)廢熱與干化系統(tǒng)需熱的平衡，在3種焚燒形式中最經(jīng)濟。余熱鍋爐和焚燒爐產(chǎn)生的蒸汽可用于污泥的干化設(shè)備、焚燒系統(tǒng)的空氣預(yù)熱器、空氣加熱器、凈化煙氣的再熱器等換熱設(shè)備，實現(xiàn)資源綜合利用的目的。

目前污泥熱干化技術(shù)主要有歐洲(如德國、法國等)的間接干化方式與韓國的直接干化方式。按照干化后污泥的含水率分為全干化(含固率>85%)和半干化(含固率<85%)，其中干化后含固率在65%～85%的稱為高干度半干化。全干化的污泥揮發(fā)分高、熱值高，存在自燃自爆的安全風險，在運行上安全要求很高，要求系統(tǒng)處于完全密閉的惰性環(huán)境，需要嚴格控制系統(tǒng)的粉塵濃度、氧含量、溫度等影響因素。

國內(nèi)煉油廠目前使用的干化機主要有槳葉式干化、薄層干化與帶式干化，帶式干化屬于直接干化，由于密閉效果較差，現(xiàn)場臭味較大。

空心槳葉式干化機適合高黏度物料的干化，槳葉采用了特殊的嚙合設(shè)計，葉片之間具有自清潔功能。其業(yè)績以全干化和高干度半干化為主，國外以工業(yè)污泥干化為主。市政污泥特別是剩余活性污泥性狀變化較大，與市政污泥相比工業(yè)污泥的性狀更穩(wěn)定、均一。目前國內(nèi)市政污泥干化焚燒工程中槳葉式干化機有較多應(yīng)用[5-7]，其干化后污泥含水率為30%～40%，入爐污泥的含水率為50%～60%。當干化污泥含水率為30%～40%時，干化機可選擇的類型較多，干化效率較高，能量消耗較低；干化系統(tǒng)和焚燒系統(tǒng)的處理能力較為均衡，應(yīng)對各種工況的能力較強；污泥已越過黏滯區(qū)，呈塊狀固體，輸送和儲存比較方便，設(shè)備選擇面廣，不易產(chǎn)生粉塵，安全性較好。

煉油廠槳葉式干化機與污泥接觸部分采用316L不銹鋼。對于槳葉式干化機的腐蝕，根據(jù)運行經(jīng)驗，槳葉采用表面帶碳化鎢涂層，各焊接部位采用全坡口焊接方式，可有效控制槳葉磨損以及磨損后焊接部位泄漏[7]。

干污泥的提升輸送需采取不擠壓揉捏破壞原有泥團的方式，以減少設(shè)備故障率，提高生產(chǎn)能力。根據(jù)文獻[7]介紹，其先后采取的Z型鏈條式刮埋提升機與刮板式提升機均存在設(shè)備磨損嚴重、故障率高的問題，后改用振動輸送機、Z型活動斗式提升機和振動輸送給料機的組合方式有效提升了輸送能力。

2.4 煙氣排放方式

煙氣濕法脫硫后的干凈煙氣的溫度在50 ℃左右，其排放方式分為再熱后排放和直接排放，濕法脫硫后一般將末端不加煙氣換熱器直接排放的煙囪稱為濕煙囪。主要有以下幾種排放形式：使用煙氣換熱器對凈煙氣加熱升溫排放，不加熱通過冷卻塔排放，通過脫硫吸收塔塔頂設(shè)置的直排煙囪排放，直接通過濕煙囪排放，接入濕式靜電除塵器后再排放。采用濕式靜電除塵器可有效提高對微小顆粒物的捕集能力，有利于解決煙囪雨與高污染物濃度問題[12-15]。煙氣經(jīng)過濕法脫硫系統(tǒng)(WFGD)洗滌以后，溫度會低于酸露點，為提高煙氣的擴散能力及減輕煙道和煙囪的腐蝕，許多國家規(guī)定了煙囪最低排煙溫度，如英國規(guī)定不低于80 ℃，日本為90～110 ℃，德國不低于72 ℃。日本為了減輕對環(huán)境的污染，采用高煙溫排放以強化煙氣的擴散。德國從2002年開始采用歐盟的標準，取消了對煙氣排放溫度的限制，將脫硫后的煙氣通過冷卻塔排放。美國沒有對排煙溫度進行限制，自20世紀80年代中期以來，其部分FGD已開始選擇濕煙囪運行。采用濕煙囪技術(shù)時，為避免腐蝕，需對煙道和煙囪采取防腐措施，由于煙溫低，煙氣抬升高度降低，污染物最大落地濃度會增加。濕煙囪技術(shù)在德國和美國等國家已廣泛應(yīng)用，國內(nèi)也在推廣應(yīng)用。

凈煙氣的再熱方式主要有：氣氣加熱器(GGH)、利用熱二次風加熱煙氣、直接燃燒再熱、管式換熱器(水媒式換熱器和管式換熱器)、蒸汽加熱器。采用常規(guī)的除塵煙氣-脫硫濕煙氣加熱器(GGH)的煙氣再熱方式雖然提高了排煙溫度，降低了腐蝕發(fā)生的可能性，并有利于煙氣的擴散，但缺點是投資大、系統(tǒng)復(fù)雜、故障率高，運行、維護成本高。

取消GGH后，可考慮采用新型的煙氣再熱方式如利用熱二次風加熱煙氣、直接燃燒再熱、管式換熱器(水媒式換熱器和管式換熱器)、蒸汽加熱器或利用煙塔合一技術(shù)(冷卻塔排煙技術(shù))等。美國部分電廠由于不安裝GGH，考慮到煙溫過低時對周圍環(huán)境可能產(chǎn)生不利影響，采用了在煙囪底部安裝燃燒潔凈燃料的燃燒器，在氣象條件不利于擴散時，對脫硫后的煙氣進行臨時加熱，該方法投資和運行費用較低，但國內(nèi)尚無實施案例。管式換熱器存在低溫側(cè)腐蝕問題，且國內(nèi)應(yīng)用較少。利用熱二次風加熱煙氣以及煙塔合一技術(shù)目前發(fā)展得最為成熟，煙塔合一技術(shù)投資費用高，南方地區(qū)冷卻塔使用較少。

白煙問題不是一個環(huán)境問題，而是一個公眾的認識問題，需加強與公眾的溝通和宣傳。消除白色煙羽可采用直接加熱法或先冷凝再加熱法[15]，但目前國內(nèi)部分地區(qū)可能傾向于消除白煙，減少視覺污染。因此對于南方煉廠的污泥焚燒，其煙氣再熱方式建議選用熱二次風加熱凈煙氣或蒸汽加熱凈煙氣的方式。

3 結(jié)語

大型煉化一體化企業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物數(shù)量大、種類多，成分復(fù)雜，處理難度大。適宜采用干化-焚燒方式處理，可以實現(xiàn)減量化、無害化、資源化的目標。鑒于白煙和腐蝕問題，煙氣再熱建議選用熱二次風加熱凈煙氣或蒸汽加熱凈煙氣的方式。