含盐废水焚烧处理技术在化工行业的应用

杨丽峰欧萨斯能源环境设备（南京）有限公司上海分公司 （上海　200051）

节能环保

含盐废水焚烧处理技术在化工行业的应用

杨丽峰
欧萨斯能源环境设备（南京）有限公司上海分公司 （上海200051）

介绍了德国欧萨斯有限公司特有的含盐废水焚烧技术在上海华谊丙烯酸有限公司32万t/a丙烯酸及酯项目中的应用，重点阐明了该废水焚烧炉的设计原则和主要技术优势，为化工生产装置含盐废水的处理和热量回收提供参考。

含盐废水焚烧炉余热锅炉焚烧丙烯酸

0　引言

化工行业产生的含有机物的高浓度含盐废水的处理是环保治理领域的一大难题，例如生产丙烯腈、丙烯酸及酯、甲基丙烯酸甲酯等的化工装置中都会产生含有机物的高浓度含盐废水。若将这些含盐废水直接排放，会对环境造成严重污染，并且由于废水中所含的高浓度盐分会抑制生物细菌的生长，甚至会杀灭生物细菌，导致现有的生化处理技术无法用于该类废水的降解处理。高温氧化焚烧处理技术可以分解该类废水中所含的有毒有害有机物质，为该类废水的治理和满足环保排放要求提供了一种切实可行的处理方法。虽然含有机物废水焚烧技术的应用已经较为广泛，但是含有机物的高浓度含盐废水的处理具有自身的特殊性，仍然存在诸多问题需要解决，其中焚烧炉热效率低和耐火材料寿命短是两个突出问题。

含有机物的高浓度含盐废水通常含有酸根离子、碱金属离子和卤素离子等腐蚀性物质，其中，盐分为有机盐和无机盐。有机盐经过焚烧后分解为二氧化碳、水和无机盐；而无机盐在高温焚烧时通常不会发生化学变化，仅仅是形态发生改变，例如由固体变为熔融态的液体等。对于生产丙烯腈、丙烯酸及酯、甲基丙烯酸甲酯等的装置所产生的含盐废水，其经过焚烧处理后所产生的无机盐通常为硫酸钠、亚硫酸钠和碳酸钠等。这些无机盐混合物的熔点一般在700℃左右，而炉膛的焚烧温度都高达1200℃，为了避免熔融态的盐黏结在锅炉的管壁上，通常采用激冷的方式，即向炉膛中喷水或注入冷风，使高温烟气在有限的空间和短暂的时间内降温［1］。这种激冷的方法会造成烟气焓值骤降，从而降低了焚烧炉的热量回收效率，这样直接体现在余热锅炉的蒸汽产量上。

另外，熔融态的无机盐容易使耐火材料中的氧化铝在高温下产生损坏，从而导致耐火材料的结构被破坏，因而失效。一般情况下，焚烧炉运行3～4年后就需要更换耐火材料，这降低了焚烧炉的可用率，增加了焚烧炉的运行成本［2］。

本文将着重介绍德国欧萨斯有限公司的含盐废水焚烧技术，在上海华谊丙烯酸有限公司32万t/a丙烯酸及酯项目中的应用。该焚烧技术以其独特的工艺设计和结构布置解决了上述两个关键问题。

1　应用实例

1.1废水处理量

32万t/a丙烯酸及酯项目产生的含盐废水主要来自丙烯酸丁酯装置、丙烯酸装置精制单元间歇产生的碱洗废液以及高吸水性树脂装置开停车间歇产生的废水，焚烧炉的最大设计含盐废水处理量约为4.5t/h。

1.2排放要求

该项目烟气排放要求遵循的标准包括：GB 16297—2004《大气污染物综合排放标准》和DB 31/767—2013《危险废物焚烧大气污染物排放标准》（上海市地方标准）。其中，排放浓度限值采用日均值。具体的排放限值见表1。

表1　烟气中污染物的排放限值mg/Nm3

目前，由德国欧萨斯有限公司承接的上海华谊丙烯酸有限公司的含盐废水焚烧炉，正处于施工安装阶段，根据欧萨斯技术在欧洲同类丙烯酸装置含盐废水处理焚烧炉系统的实际应用情况，预期使用该技术对含盐废水进行处理后，可以达到上表中的排放要求。

1.3设计原则

上海华谊丙烯酸有限公司的含盐废水焚烧炉布置图如图1所示。

图1　上海华谊丙烯酸有限公司含盐废水焚烧炉布置图

该设计遵循的主要原则如下：

（1）焚烧炉为立式布置，保证盐和其他灰分能够顺利从焚烧炉下部的出灰口排出。

（2）焚烧炉的第一段和第二段采用膜式水冷壁，它既是焚烧室的一部分，又是余热锅炉的蒸发受热面，内衬特殊的耐火材料。耐火材料的厚度应保证其表面温度低于盐的熔点温度。

（3）燃烧器布置在焚烧室的顶部，分级分段进料配风，减少氮氧化物的产生；采用压缩空气雾化废水，废水喷枪为超音速喷枪，可保证废水的充分雾化和彻底氧化。

（4）采用水冷的双螺杆除渣机将熔融的盐冷却并输送至灰仓。（5）采用蒸汽吹灰器定期清洁锅炉的受热面。（6）固体盐颗粒（少量）和灰将由系统下游布置的布袋除尘或静电除尘器清除。

（7）采用非选择性催化脱硝和干法脱酸设备进行烟气净化。

1.4技术特点和优势

1.4.1立式布置有利于清灰，减轻管壁腐蚀和污染

对于焚烧炉膛或余热锅炉，立式的布置更有优势，原因是采用立式的布置方式，在重力的作用下，将有很大一部分的盐和灰从系统下半部的灰斗方便地排出，减轻了下游除尘设备的负担。而采用水平布置时，盐和灰容易沉积在换热面上，会造成换热面积灰，影响换热效果，甚至造成管子腐蚀或烟气搭桥；即使采用蒸汽吹灰装置清灰，仍然无法缓解盐对管壁的腐蚀和污染。

1.4.2冷却的焚烧室系统（水冷壁）可显著延长耐火材料使用寿命

与绝热焚烧室相比，膜式壁焚烧室在降低盐对耐火材料的侵蚀性方面的效果要好得多。当烟气中的盐接触到耐火材料时，会停留在耐火材料表面，当盐的温度降至650～800℃之间时，盐会渗透到耐火材料内部。当炉膛温度发生波动时，盐和耐火材料形成的共晶体会导致局部体积改变，从而在耐火材料上形成裂缝，这种盐对耐火材料的侵蚀现象又被称为“碱爆破”。而膜式壁炉膛表面稳定的温度场会减缓这种侵蚀，同时冷却的盐结晶体会填满并修复缝隙，从而保护耐火材料免受进一步的破坏。

在常规的绝热炉膛内，耐火砖的厚度很厚（超过300 mm），有侵蚀性的盐化合物会侵蚀扩散到耐火材料的内部并结晶。由于结晶处的膨胀系数与耐火材料不同，导致耐火砖产生裂缝和腐蚀，经过一段时间后，耐火砖就必须更换。

膜式壁的冷却可以使焚烧室内部形成由熔融态盐、冷却的结晶盐、耐火材料（需要的材料厚度很薄）组成的稳定的层状结构。其中，很薄的耐火材料只是用于帮助快速形成第一层结晶盐层，结晶盐层会慢慢加厚，直至其表层温度达到盐的熔点，这样在耐火材料表面会形成盐的气液共存的稳定结构。当系统工况发生波动时，盐熔融层厚度会有所改变，由于外层膜式壁的恒温冷却作用，可以使三相共存的盐层维持动态稳定。同时，盐层还会填补耐火材料间的小缝隙，起到修复耐火材料的作用。

国外的化工或者印染行业甚至采用了无耐火材料内衬的膜式壁焚烧炉。在这种焚烧炉的炉膛中焊接销钉，有助于盐在膜式壁上的沉积。在焚烧炉运行两年后，盐在膜式壁上形成完整的覆盖，其作用相当于耐火材料。

对于绝热焚烧炉，由于焚烧炉内最高温度可达1700℃，耐火材料的材料费用占初投资的比例很大，而且其维护费用也很高；采用膜式壁不但可以大大降低初投资，并且几乎不会产生维护费用。

1.4.3冷却膜式壁对抗酸腐更有优势

膜式壁管壁温度为270℃左右，远高于露点腐蚀温度。而在绝热焚烧室中，外壁温度一般在60℃左右，酸性气体会从耐火材料缝隙中扩散到外壁上，产生酸腐。

1.4.4将盐和灰分分三处从系统中清除，增加了系统的可靠性，降低了能耗

该焚烧炉有三个清灰点：30%的盐和灰分从焚烧炉第一和第二通道下的出渣口排出；25%的盐和灰分从余热锅炉下部的灰斗排出；剩余的盐和灰分将通过袋式或其他形式的除尘器收集。利用输送设备，将这些灰分收集到灰仓中进行统一处理。而传统的焚烧炉仅仅依靠除尘器来收集盐和灰分，除尘器的体积巨大，风机阻力高，初投资和能耗都很高。

1.4.5系统热效率高，更经济环保

为了保证化学物质的彻底氧化，焚烧炉内最高温度可达1700℃，而烟气在到达余热锅炉的换热面之前，其温度需要降至700℃左右。传统的焚烧炉采用向炉膛内喷入冷风或冷水的方法，来降低烟气温度，损失了烟气从1700℃降至700℃所释放出的热量。而德国欧萨斯有限公司采用带膜式水冷壁的焚烧炉，利用膜式蒸发面来冷却焚烧炉内的高温烟气，其蒸汽产量比传统焚烧炉高出15%左右，且热效率更高，更加经济环保。

2　结语

化工行业产生的含有机物的高浓度含盐废水的处理是环保治理领域的一大难题，由于高浓度盐分会抑制生物细菌的生长甚至会杀灭生物细菌，导致现有的生化处理技术无法用于该类废水的降解处理。高温氧化焚烧处理技术可以分解该类废水中所含的有毒有害有机物质，为该类废水的治理和满足环保排放要求提供了一种切实可行的处理方法。

鉴于德国欧萨斯有限公司的含盐废水焚烧处理技术在欧洲等地已成功应用，近年来，国内已有多家企业引进和采用了该项技术，并将其应用于丙烯腈、丙烯酸及酯、甲基丙烯酸甲酯等化工装置的高浓度含盐废水的处理。但该类含盐废水焚烧炉系统具有自身的特殊性，需要企业在实际应用中不断地总结运行管理和系统维护等方面的经验，使该技术的应用日臻完善。

The application of Salt-contained Waste Water Incineration Technology in Chemical Industry

Yang Lifeng

The application of salt-containing waste water incineration technology from Oschatz GmbH in 320 000 t/a acrylic acid and ester project of Shanghai Huayi Acrylic Acid Limited is introduced.Besides，the design principles and main technical strengths of waste water incinerator are emphatically introduced to provide reference for the salt-containing waste water treatment and heat recovery of chemical production unit.

Salt-containing waste water；Incinerator；Waste heat boiler；Incineration；Acrylic acid

TQ052.7

2016年6月

杨丽峰女1979年生硕士工程师目前从事环保节能方面的工作

［1］BHAN R.Incinerate and eliminate［J］.Hydrocarbon Engineering，2009，14（6）:63，66，68.

［2］阚红元.赛科丙烯腈废水焚烧炉简介 ［J］.化工设备与管道，2007，44（5）:24-27.

大力发展循环经济全面、协调、可持续发展！