高浓度有机废物焚烧及烟气处理

李广生

(中国昆仑工程有限公司 北京 100037)

0 引言

废气、废液是工业生产中最典型的非直接利用型产物，任意排放会对周边环境造成污染[1]。有机废物处理方法包括物化法和生物法。常用的物化法有焚烧法、离子交换法[2]和吸附法[3]等。生物法是利用微生物降解能力，将大分子有机物转化成稳定无害的物质[4-5]。危险废物外委的处置费用正在逐年提高，给企业的正常运行造成沉重负担[6]。石化废物焚烧处理应建立综合性的焚烧设施，既可满足经济规模的要求，也能减小对环境的影响，是石化行业可持续发展的必由之路[7]。

1 项目概况

某石化企业拟新建一套高浓度有机废物焚烧装置，同时处理废气和废液，处理后的烟气符合《危险废物焚烧污染控制标准》(GB 18484—2020)要求，即SO2质量浓度≤80 mg/m3、NOx质量浓度≤250 mg/m3、烟尘质量浓度≤20 mg/m3。

1.1 高浓度有机废物

主工艺装置生产过程中产生的高浓度有机废物包括废液和废气两部分。

1.1.1 有机废气

有机废气产生量为1 810 kg/h，低位发热量为0.478 MJ/m3。有机废气组成如表1所示。

表1 有机废气组成

1.1.2 有机废液

有机废液产生量为630 kg/h，低位发热量为33.37 MJ/m3。有机废液组成如表2所示。

表2 有机废液组成

1.2 工艺流程

高浓度有机废物通过输送系统送入焚烧炉。废液先送至储罐，再由泵输送至废液烧嘴，经雾化后进行焚烧。废气先由分液罐去除凝液，再由风机经水封罐后送入废气烧嘴进行焚烧。

焚烧炉高温段温度≥1 100 ℃，烟气停留时间≥2.5 s。在焚烧炉后段先采用选择性非催化还原烟气脱硝(SNCR)，部分脱硝后的烟气进入余热锅炉，然后经布袋除尘器除尘，再进行选择性催化还原烟气脱硝(SCR)，最后由引风机送至烟囱排放。处理后的烟气满足GB 18484—2020要求。

焚烧装置按照50%～110%操作弹性设计，采用天然气作为补燃燃料。焚烧装置工艺流程如图1所示。

图1 焚烧装置工艺流程

2 主要设备

焚烧装置主要包括输送系统、焚烧炉、SNCR、余热回收系统、布袋除尘器、SCR和控制系统等。

2.1 输送系统

(1)废气输送系统。主装置产生的废气先由分液罐去除凝液，再由风机经水封罐后送入废气烧嘴进行焚烧。废气输送管道上设置有阻火器、保护氮气等安全措施。

(2)废液输送系统。主装置产生的废液先送至储罐，再由泵输送至废液烧嘴，经雾化后进行焚烧。废液储罐、管道上均设置有伴热管，用饱和蒸汽伴热。

2.2 焚烧炉

焚烧炉包括炉本体、废气烧嘴和废液烧嘴等。焚烧炉为绝热圆筒炉，采用顶部燃烧方式，通过废液和废气的合理喷入及天然气燃烧器的合理布置，保证炉膛内均匀的气体动力场。焚烧炉炉体钢板内侧设有炉墙，由内至外分别为重质耐火浇注料、轻质浇注料和硅酸铝纤维毡。炉体外壁温度≤60 ℃。废液、废气和天然气燃烧后产生高温烟气，由炉膛出口排出后进入余热回收系统。焚烧炉参数如表3所示。

表3 焚烧炉参数

2.3 余热回收系统

焚烧烟气进入余热回收系统，副产饱和蒸汽。余热锅炉采用立式结构，并设有蒸汽吹灰器，利用高温高压蒸汽直接吹扫受热面，对清除受热面的积灰和挂渣都有较好的作用，对结渣性强、灰熔点低的灰清灰效果也很好。余热锅炉参数如表4所示。

表4 余热锅炉参数

2.4 布袋除尘器

除尘器采用脉冲清灰袋式除尘器，利用压缩空气定期吹灰。采用时间控制+差压控制的方式，脉冲自动清灰。过滤材料以玻璃纤维作为基质，经过PTFE浸渍，外加PTFE覆膜，其化学性能稳定、耐高温、耐腐蚀、抗氧化、强力高，最高瞬间温度可耐260 ℃。布袋除尘器参数如表5所示。

表5 布袋除尘器参数

2.5 脱硝系统

废气、废液焚烧装置采用SNCR和SCR联合脱硝系统。采用质量分数为25%的氨水作为还原剂，由焚烧炉尾部烟道温度合适的区域喷入，此处的喷氨量为SNCR和SCR联合脱硝系统所需的喷氨总量。先利用SNCR系统对焚烧烟气进行初步脱硝，脱硝效率为30%～40%，焚烧烟气经过SNCR段和余热锅炉对流管束的充分扰动后，与剩余的氨水进行充分混合，再进入SCR系统，在脱硝催化剂的作用下，完成焚烧烟气的进一步脱硝。SNCR参数如表6所示。

表6 SNCR参数

脱硝催化剂按结构可分为板式、波纹式和蜂窝式。其中，蜂窝式催化剂由于其强耐久性、高耐腐蚀性、高可靠性、高反复利用率和低压降等特性而被广泛使用。

催化剂按工作温度可分为高温型和低温型。高温型催化剂主要成分为TiO2、V2O5，工作温度为280～400 ℃，其缺点是若布置在布袋除尘器前，灰尘覆盖会降低其活性；若布置在布袋除尘器后，又需进行烟气升温，运行成本高。低温型催化剂以TiO2、V2O5、MnO为主要成分，工作温度>150 ℃，可布置在布袋除尘器后。

本工程焚烧后的烟气粉尘具有一定的粘性，催化剂宜设置在布袋除尘器后，采用低温蜂窝催化剂。SCR参数如表7所示。

表7 SCR参数

续表7

3 结论

采用焚烧法处理高浓度有机废物，焚烧烟气经过余热回收、除尘和脱硝，处理后的烟气可满足《危险废物焚烧污染控制标准》(GB 18484—2020)要求。焚烧系统运行后，可处理有机废物19 520 t/a(运行8 000 h/a)，大大减少了危险废物外委处置的费用，同时也降低了对环境的影响。该技术方案的设计为类似企业采用焚烧法进行废物处理提供了良好借鉴。