利用开工烧嘴处理高难度有机废水的研究

2022-02-19李吉辉

氮肥与合成气 2022年2期

李吉辉

(明泉集团股份有限公司, 济南 250200)

有机废水水质复杂、有机物含量大，其中可能含有有毒有害物质；处理有机废水的费用过高、处理难度较大且缺乏相应的治理技术，是目前工业废水处理的重点和难点之一。利用水煤浆加压气化技术处理有机废水能够较好地解决该问题，但是由于磨煤系统为敞开式设计，在煤浆制备过程中出于安全和环保原因无法对含有危险有毒的高难度有机废水进行处理。因此，提高高难度有机废水处理量及处理质量是目前亟待解决的问题。

笔者利用顶喷多喷嘴煤粉气化炉、多元原料开工烧嘴和高难度废水供料系统，充分发挥顶喷多喷嘴煤粉气化炉炉内多股原料能够充分混合、流场分布均匀的优势，在粉煤烧嘴投入后，将高难度有机废水通过开工烧嘴充分雾化，使其在气化炉内参与反应，生成以CO和H2为主的原料气，从根本上解决高难度有机废水的处理问题[1]。

1 粉煤气化掺烧高难度有机废水的原理

原料煤被碾磨为直径为5～90 μm的粉煤颗粒后，经过干燥，通过密相气流输送系统送至粉煤烧嘴，在反应室内与气化剂(氧气和水蒸气)在高温高压的条件下反应，生成以CO和H2为主的合成气。

气化炉中发生的主要反应为：

(1)

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(7)

气化炉内的反应比较复杂，在实际生产过程中，使用氧煤比控制气化炉反应温度，使用水氧比调节合成气组分，因此在气化反应过程中，加入适量的水蒸气可有效地提高合成气中有效气比例；而高难度有机废水中含有以C、H元素为主的有机物，可在气化炉高温高压条件下，瞬间完成有机质分解甚至是裂解，而后参与炉内反应，最终生成CO和H2[2-3]。

2 工艺流程

在原料煤投入系统之前，氧气与燃料被加压输送至开工烧嘴，在反应室内进行燃烧，对气化炉进行升温升压，待气化炉压力和水冷壁系统温度升至合格后，粉煤与气化剂通过粉煤烧嘴输送至气化炉内进行反应。

待粉煤烧嘴运行稳定后，可停止开工烧嘴运行，切断其燃料和氧气供应，同时将保护气(主要为CO2和N2)以一定流量通入燃料和氧气通道内，以防止高温合成气倒窜入开工烧嘴通道内，造成开工烧嘴烧蚀甚至高温合成气窜出引起爆炸。

在粉煤烧嘴投入、开工烧嘴燃料和氧气正常停止供应后，可将高难度有机废水通入开工烧嘴，在开工烧嘴头部与燃料管线保护气CO2以一定比例预混合后出开工烧嘴，在开工烧嘴头部附近与来自开工烧嘴氧气管道的清洁高压N2以一定比例进行对撞、混合、雾化，而后代替水蒸气在气化炉内参与反应，生成以CO和H2为主的原料气。当高难度有机废水准备停止投用时，可提高燃料管线保护气CO2和氧气管线保护气N2流量后切断高难度有机废水的供应，完成对开工烧嘴的保护性吹扫。

由于开工烧嘴位于顶喷多喷嘴煤粉气化炉的炉顶中心位置，粉煤烧嘴以开工烧嘴为圆心在顶喷多喷嘴煤粉气化炉的炉顶呈圆周分布，多元物料能够在气化炉内进行充分对撞、混合、反应，确保高难度有机废水可与出粉煤喷嘴的粉煤及反应物进行二次反应。

通过以上过程可看出，在高难度有机废水投用或切出过程中，开工烧嘴氧气管线和燃料管线均有惰性气进行保护，确保气化炉运行安全。

具体开工烧嘴处理高难度有机废水的工艺流程见图1。

图1 开工烧嘴处理高难度有机废水的工艺流程简图

3 开工烧嘴结构

开工烧嘴头部结构见图2。

1—打火枪通道；2—火检检测器通道；3—燃料通道；4—高难度有机废水通道；5—氧气通道；6—冷却水入口通道；7—冷却水出口通道；8—高难度有机废水燃料通道雾化旋流器；9—打火枪；10—高难度有机废水雾化旋流器；11—外环氧气喷孔；12—内环氧气喷孔;13—混合燃料腔。

由图2可看出：开工烧嘴正常运行时，燃料和氧气分别通过燃料通道及氧气通道喷出烧嘴，在混合燃料腔内进行混合燃烧；而开工烧嘴停止运行时，保护气CO2和N2分别进入燃料通道和氧气通道进行保护性吹扫。

当高难度有机废水投入时，高难度有机废水通过设在燃料通道的雾化旋流器以一定切向角度进入燃料通道，在燃料通道内与高速流通的保护气CO2进行一次对撞、混合，形成微小液滴，然后再通过高难度有机废水雾化旋流器以一定角度进入混合燃料腔，在混合燃料腔内与呈反向流速的出氧气通道保护气N2进行二次高速对撞、混合、雾化，以一定旋流角度喷出开工烧嘴，在高温高压条件下有机质瞬间气化、分解，与气化炉内物质充分接触，最终反应生成CO和H2。

通过开工烧嘴结构内部设置的两次雾化旋流器和一定角度的氧气喷孔，能够确保高难度有机废水中有机质和水分充分雾化后在气化炉内完成瞬间的气化与分解，然后参与到反应过程中[4]。