高濃度有機廢物焚燒及煙氣處理

李廣生

(中國昆侖工程有限公司 北京 100037)

0 引言

廢氣、廢液是工業(yè)生產(chǎn)中最典型的非直接利用型產(chǎn)物，任意排放會對周邊環(huán)境造成污染[1]。有機廢物處理方法包括物化法和生物法。常用的物化法有焚燒法、離子交換法[2]和吸附法[3]等。生物法是利用微生物降解能力，將大分子有機物轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定無害的物質(zhì)[4-5]。危險廢物外委的處置費用正在逐年提高，給企業(yè)的正常運行造成沉重負擔[6]。石化廢物焚燒處理應(yīng)建立綜合性的焚燒設(shè)施，既可滿足經(jīng)濟規(guī)模的要求，也能減小對環(huán)境的影響，是石化行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路[7]。

1 項目概況

某石化企業(yè)擬新建一套高濃度有機廢物焚燒裝置，同時處理廢氣和廢液，處理后的煙氣符合《危險廢物焚燒污染控制標準》(GB 18484—2020)要求，即SO2質(zhì)量濃度≤80 mg/m3、NOx質(zhì)量濃度≤250 mg/m3、煙塵質(zhì)量濃度≤20 mg/m3。

1.1 高濃度有機廢物

主工藝裝置生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高濃度有機廢物包括廢液和廢氣兩部分。

1.1.1 有機廢氣

有機廢氣產(chǎn)生量為1 810 kg/h，低位發(fā)熱量為0.478 MJ/m3。有機廢氣組成如表1所示。

表1 有機廢氣組成

1.1.2 有機廢液

有機廢液產(chǎn)生量為630 kg/h，低位發(fā)熱量為33.37 MJ/m3。有機廢液組成如表2所示。

表2 有機廢液組成

1.2 工藝流程

高濃度有機廢物通過輸送系統(tǒng)送入焚燒爐。廢液先送至儲罐，再由泵輸送至廢液燒嘴，經(jīng)霧化后進行焚燒。廢氣先由分液罐去除凝液，再由風(fēng)機經(jīng)水封罐后送入廢氣燒嘴進行焚燒。

焚燒爐高溫段溫度≥1 100 ℃，煙氣停留時間≥2.5 s。在焚燒爐后段先采用選擇性非催化還原煙氣脫硝(SNCR)，部分脫硝后的煙氣進入余熱鍋爐，然后經(jīng)布袋除塵器除塵，再進行選擇性催化還原煙氣脫硝(SCR)，最后由引風(fēng)機送至煙囪排放。處理后的煙氣滿足GB 18484—2020要求。

焚燒裝置按照50%～110%操作彈性設(shè)計，采用天然氣作為補燃燃料。焚燒裝置工藝流程如圖1所示。

圖1 焚燒裝置工藝流程

2 主要設(shè)備

焚燒裝置主要包括輸送系統(tǒng)、焚燒爐、SNCR、余熱回收系統(tǒng)、布袋除塵器、SCR和控制系統(tǒng)等。

2.1 輸送系統(tǒng)

(1)廢氣輸送系統(tǒng)。主裝置產(chǎn)生的廢氣先由分液罐去除凝液，再由風(fēng)機經(jīng)水封罐后送入廢氣燒嘴進行焚燒。廢氣輸送管道上設(shè)置有阻火器、保護氮氣等安全措施。

(2)廢液輸送系統(tǒng)。主裝置產(chǎn)生的廢液先送至儲罐，再由泵輸送至廢液燒嘴，經(jīng)霧化后進行焚燒。廢液儲罐、管道上均設(shè)置有伴熱管，用飽和蒸汽伴熱。

2.2 焚燒爐

焚燒爐包括爐本體、廢氣燒嘴和廢液燒嘴等。焚燒爐為絕熱圓筒爐，采用頂部燃燒方式，通過廢液和廢氣的合理噴入及天然氣燃燒器的合理布置，保證爐膛內(nèi)均勻的氣體動力場。焚燒爐爐體鋼板內(nèi)側(cè)設(shè)有爐墻，由內(nèi)至外分別為重質(zhì)耐火澆注料、輕質(zhì)澆注料和硅酸鋁纖維氈。爐體外壁溫度≤60 ℃。廢液、廢氣和天然氣燃燒后產(chǎn)生高溫?zé)煔?，由爐膛出口排出后進入余熱回收系統(tǒng)。焚燒爐參數(shù)如表3所示。

表3 焚燒爐參數(shù)

2.3 余熱回收系統(tǒng)

焚燒煙氣進入余熱回收系統(tǒng)，副產(chǎn)飽和蒸汽。余熱鍋爐采用立式結(jié)構(gòu)，并設(shè)有蒸汽吹灰器，利用高溫高壓蒸汽直接吹掃受熱面，對清除受熱面的積灰和掛渣都有較好的作用，對結(jié)渣性強、灰熔點低的灰清灰效果也很好。余熱鍋爐參數(shù)如表4所示。

表4 余熱鍋爐參數(shù)

2.4 布袋除塵器

除塵器采用脈沖清灰袋式除塵器，利用壓縮空氣定期吹灰。采用時間控制+差壓控制的方式，脈沖自動清灰。過濾材料以玻璃纖維作為基質(zhì)，經(jīng)過PTFE浸漬，外加PTFE覆膜，其化學(xué)性能穩(wěn)定、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化、強力高，最高瞬間溫度可耐260 ℃。布袋除塵器參數(shù)如表5所示。

表5 布袋除塵器參數(shù)

2.5 脫硝系統(tǒng)

廢氣、廢液焚燒裝置采用SNCR和SCR聯(lián)合脫硝系統(tǒng)。采用質(zhì)量分數(shù)為25%的氨水作為還原劑，由焚燒爐尾部煙道溫度合適的區(qū)域噴入，此處的噴氨量為SNCR和SCR聯(lián)合脫硝系統(tǒng)所需的噴氨總量。先利用SNCR系統(tǒng)對焚燒煙氣進行初步脫硝，脫硝效率為30%～40%，焚燒煙氣經(jīng)過SNCR段和余熱鍋爐對流管束的充分擾動后，與剩余的氨水進行充分混合，再進入SCR系統(tǒng)，在脫硝催化劑的作用下，完成焚燒煙氣的進一步脫硝。SNCR參數(shù)如表6所示。

表6 SNCR參數(shù)

脫硝催化劑按結(jié)構(gòu)可分為板式、波紋式和蜂窩式。其中，蜂窩式催化劑由于其強耐久性、高耐腐蝕性、高可靠性、高反復(fù)利用率和低壓降等特性而被廣泛使用。

催化劑按工作溫度可分為高溫型和低溫型。高溫型催化劑主要成分為TiO2、V2O5，工作溫度為280～400 ℃，其缺點是若布置在布袋除塵器前，灰塵覆蓋會降低其活性；若布置在布袋除塵器后，又需進行煙氣升溫，運行成本高。低溫型催化劑以TiO2、V2O5、MnO為主要成分，工作溫度>150 ℃，可布置在布袋除塵器后。

本工程焚燒后的煙氣粉塵具有一定的粘性，催化劑宜設(shè)置在布袋除塵器后，采用低溫蜂窩催化劑。SCR參數(shù)如表7所示。

表7 SCR參數(shù)

續(xù)表7

3 結(jié)論

采用焚燒法處理高濃度有機廢物，焚燒煙氣經(jīng)過余熱回收、除塵和脫硝，處理后的煙氣可滿足《危險廢物焚燒污染控制標準》(GB 18484—2020)要求。焚燒系統(tǒng)運行后，可處理有機廢物19 520 t/a(運行8 000 h/a)，大大減少了危險廢物外委處置的費用，同時也降低了對環(huán)境的影響。該技術(shù)方案的設(shè)計為類似企業(yè)采用焚燒法進行廢物處理提供了良好借鑒。