含酚废水焚烧的工艺流程和数值仿真

0 概述

哈密燃机电厂通过引入上游兰炭尾气厂的荒煤气作为燃气锅炉的燃料，上游荒煤气含水率高，大量含酚废水流入现场。正常兰炭生产中产生的荒煤气应该经热环水和冷环水两道淋洗后再通过捕焦除油处理送至后续处理单元。而上游企业目前荒煤气处理流程实际仅有热环水淋洗，没有冷环水淋洗过程，从而造成荒煤气的出口温度高(现场实际荒煤气温度约为70 ～80 ℃，正常经过冷环水淋洗后应该低于50 ℃)，并且含水量很高，造成大量含酚废水进入厂内，并对厂内后续荒煤气处理系统造成很大影响。该废水成分见表1。水中含有高浓度的COD、酚和氨氮，因没有得到有效处理，已严重制约了公司的正常生产。

1 含酚废水处理工艺

几十年来，关于煤气发生炉含酚废水的处理，始终是困扰煤气站的环保难题，从事工业煤气设计研究的专家们经过长期的研究与探讨，虽然摸索到了一些行之有效的处理方法，取得了一定的效果，但是仍存在诸多不足之处

。

对于煤气站的含酚废水处理一般分为两个阶段：

预处理阶段，该阶段旨在除去废水中的大部分悬浮物及焦油等；

螺旋水冷壁是近几年来出现的应用在超临界及以上直流锅炉上的一种新工艺。螺旋管圈水冷壁管组合率较低，吊装极为困难，吊装加固工作量大。锅炉螺旋水冷壁的组合安装，与垂直管排水冷壁的组合安装有较大差异，由于螺旋管的焊口分散排列，给管排的对口找正和安装焊接增加了较大难度。超临界锅炉的螺旋水冷壁安装是锅炉安装的关键路径项目，是整个锅炉受热面安装中的重点和难点，水冷壁组合安装工期的长短决定了超临界锅炉整体水压试验工期的长短。下面以某电厂锅炉为例，对螺旋水冷壁的安装技术进行探讨。

脱酚处理方法是含酚废水处理的关键环节。脱酚处理方法通常有蒸汽化学脱酚法、蒸汽脱酚法、焚烧法、溶剂萃取脱酚法、磺化煤吸附法、生化法、调制水煤浆治理法和燃煤锅炉治理含酚废水。

在川西北根据地党组织、革命政权的领导下，各少数民族群众积极投入到支援红军的筹粮活动中，为红军提供了大量的粮食和牛羊等牲畜，少数民族群众对红军的大力支援是红军成功解决粮食问题的关键。

1)预处理方法

在煤气站中已经应用的预处理方法有自然沉降分离法、机械过滤法、化学混凝沉淀法、电解浮选法、离心分离法、加酸破乳焦油渣吸附法、加压溶气气浮法、射流气浮法、负压脱酚法等。

其中，自然沉降分离法，可直接设置在煤气站的循环水工艺系统中，虽然效果不是十分理想，但运行成本较低，被大多数煤气站作为含酚污水预处理方法所采用。其它方法则必须在另行设置的设备中进行处理，相对而言处理费用较高。

2)脱酚处理方法

（1）依托水资源发展小水电经济。漳河水库总库容21.13亿m3，年平均净来水量7.04亿m3，除保障工农业及生活生态供水外，还有部分水资源可用于水力发电。目前小水电站总装机容量近万kW，供区涉及荆门、当阳两市11个行政村，自供区与华中电网并网运行，保障供区生产生活用电及漳河工程管理局防汛抗旱等用。近年来，漳河小水电先后完成了小水电代燃料项目、增效扩容项目和防汛抗旱变电站建设以及部分输配电设施改造任务，利用漳河水库滩涂建设光伏发电项目，实现“以光补水，水光互补”，有效缓解水资源短缺情况下的电力保障问题。

脱酚处理阶段，其目的是将预处理后的废水中大部分酚类物质及部分有机物质脱除。

根据对上述几种常规治理煤气站含酚废水方法的分析，可以看出，影响并制约煤气站含酚废水常规处理方法推广应用的因素主要有以下几点：

在开展大豆油脂的微生物发酵实验之前要合理选择材料和仪器。采用东北大豆配合万能粉碎机进行粉碎，获得豆粉，同时要用到枯草芽孢杆菌、经过选育筛选出的可产蛋白酶且性能相对稳定的菌株、斜面培养基、浓度为0.05%的硫酸镁、浓度为0.1%的磷酸二氢钾、浓度为2%的琼脂以及浓度为97.85%的玉米糖化液。

（2）受自身脱酚工艺及脱酚效率要求的影响，常规处理含酚废水方法的运行成本都比较高。

（3）除焚烧法外，其余几种方法的目的都是旨在去除污水中的酚类物质，但脱酚后的水也并非纯净水体，因为即使是经处理后水中的含酚量达到了排放标准，此水也不一定能够排放，这还要视水中其它有机化合物、无机盐类等的含量是否达到排放标准而定。

对照组采用传统教学，由带教老师讲解操作步骤、注意事项及相关知识，并在模拟人中操作示范，学生旁听学习，然后进行自由操作练习，老师逐一检查指导，确保每一位学生都接受同等条件的操作训练，时间为60学时。

（4）脱酚效率不高，治理不彻底，容易形成二次污染，这也是制约某些脱酚方法推广应用的另一个关键所在。

将含酚废水喷入焚烧炉，使酚类有机物在1 100 ℃左右的高温下，发生氧化反应，最终生成CO

和H

O 等小分子排放，此法工艺简单，操作方便。因此以燃气锅炉掺烧含酚废水在技术上和经济上可行，是符合哈密燃机电厂目前自身特点的有效处理方法

。

2 含酚废水掺烧的数值仿真和数据处理

2.1 数值求解方法

通过对燃烧过程中的质量守恒、能量守恒、动量守恒、组分平衡和反应动力学的基本规律的研究，建立了燃烧过程中的流动、传热、传质和燃烧现象及各子过程的数学模型。燃烧过程的控制方程是复杂的非线性偏微分方程，仅能用迭代法求其近似解，因此，建立正确的物理模型后，关键在于是否能够建立适当的求解方法。

在使用有限体积法建立离散方程时，很重要的一步是将控制界面上物理量及其导数通过节点物理插值求出，目前主要有中心差分、一阶迎风格式等离散格式。

一阶迎风格式考虑到流动方向的影响，不会引起解的震荡，本研究中选用该方法求解。SIMPLE算法是目前工程中广泛应用的一种流场计算方法，它属于压力修正法的一种。本研究中采用该方法。

一般计算30 000 步后开始收敛，然后仅保留NOx计算方程，对NOx生成进行计算。

（1）除蒸汽脱酚法和焚烧法外，其余几种处理方法对污水预处理的要求都很严格，而且自身工艺也比较复杂，一次投资较大，对于一些中小型煤气站而言难以承受。

杜尔公司是一家国际领先的提供机械和工厂成套设备的集团公司。杜尔公司的主营业务分成4个部分：涂装与总装系统部设计、建造涂装车间以及总装车间；应用技术部提供机器人自动喷漆、粘合和密封产品；测量与加工系统部生产的设备和系统应用于平衡和清洗工序、发动机及传动系统的制造和汽车总装；清洁技术系统部，致力于净化废气、提高能效。

2.2 数据处理方法

如图1，将炉膛出口水平烟道的入口作为炉膛出口，计算完成后，统计该截面的温度作为炉膛出口烟气温度，而含酚废水的燃烧时间也是从其喷口开始计算，到炉膛出口截面的时间。

同时，在本研究中，对加入和不加入废水进行对比，通过比较研究加入废水后对锅炉温度分布的影响。

对各层燃烧器中心水平截面、OFA 喷口中心水平截面、含酚废水喷口水平截面、炉膛纵截面的温度、流速、O

浓度、NOx 浓度、H

O 浓度进行分析，绘制各截面的云图，并对某些数据进行单独分析。

接收现场数据，并对数据进行分析，根据特定的计算方式给出相应的指令，这一部分称之为运算部分。逻辑控制部分：与现场设备相连接，接收运算部分的动作指令，判断现场设备的实际运行状况并将新的动作指令分别下发给各终端，使其按照要求单独动作或者联动动作。这2个部分互有区别，不应混为一谈。

2.3 仿真结果分析

经计算，不掺烧含酚废水炉膛出口温度为1 004.9 ℃（与设计炉膛出口温度1 002 ℃接近），炉膛最高温度约为1 500 ℃，掺烧含酚废水后炉膛出口温度为975.3 ℃，炉膛最高温度未改变。

从表2 中可以看出，加入含酚废水使炉膛出口烟气温度下降约29.8 ℃。由于废水是从炉膛上部喷入，掺烧含酚废水对炉膛内的燃烧影响较小，炉膛下部的温度分布几乎没有影响。通过纵向中截面与含酚废水截面的温度云图的对比，明显可见，含酚废水加入后炉膛上部的温度发生了明显的变化，炉膛上部温度变得更加平均，整体温度偏差降低。

以上三件雇工契约，都是使用中统钞做为雇佣金，而不是像上文蒙古文文书所写的那样，采用支付粮食的方式。按照蒙古文契约反映的情况推测，雇佣关系可能发生在亦集乃路城市居住的蒙古人与乡居蒙古人之间，被雇佣的蒙古人更乐于接受用粮食(包括种子)做为雇工的报酬。

由图2 所示的含酚废水喷口的流线，可以计算含酚废水在炉膛内的停留时间，黄色面表示炉膛出口截面，流线经过该截面，表示废水液滴越过炉膛边界。经计算，含酚废水在炉膛内的最短停留时间约为3.1 s，其中90%以上的液滴在炉膛的停留时间大于4.0 s，其主要原因是炉膛上方前部有一个较大的回流区，液滴在该回流区内停留时间较长。根据温度云图的显示，可以得到停留的温度区间在850 ℃以上，因而可以认为完全分解。

对锅炉燃烧效率和NOx排放进行统计，燃气基本完全燃烧，NOx 排放量约为350 mg/m

，该型锅炉在燃用兰炭尾气时，燃烧效率高，NOx排放较低。

根据温度分布，对典型燃烧器喷口轴线方向上温度进行统计，如图3 所示，在燃烧器喷口0.14 m处，已经形成了一个约700 K的回流区，该回流区可以对燃气进行加热，在距离喷口约0.93 m 的位置，形成了温度为1 000 K 的高温回流区，燃气从此处开始进行燃烧。因而该种型号的燃烧器可以形成稳定的高温回流区。

3 结论

通过数值模拟计算得出以下结论：

轨道车辆的运行距离比较短，经过站台的数目比较多，在其运行的过程中车门始终处于不停的开关状态，这就使得车门的控制元件容易受到磨损，从而也就提高了故障出现的频率。轨道车辆车门系统的故障程度基本上都是依据车门开关的迟钝、经过站台时候停留的时间延长、到了车门应该开启的时候无法正常打开等情况来定的。从近年来城市轨道交通发展情况来看，轨道车辆车门系统的常见故障大体上可以分为两类：

1） 不掺烧含酚废水炉膛出口温度约为1 004.9 ℃，炉膛最高温度约为1 500 ℃，燃烧器形成稳定的回流区，满足稳燃的条件。

2）掺烧含酚废水后炉膛出口温度降低约29.8 ℃，掺烧含酚废水温度区间在850 ℃以上，含酚废水在炉膛的停留时间最短为3.1 s，含酚废水中的酚类物质可以被完全分解。

根据数值模拟计算的结果，喷入炉膛内的含酚废水在850 ℃以上的高温烟气区域停留时间超过3 s，满足焚烧炉关于需要在850℃以上高温烟气区域停留2 s 以上的规定。另外，根据电厂对收集的锅炉排放烟气中冷凝水的分析结果，其COD 小于20 mg/L，NH

-N小于10 mg/L，酚小于5 mg/L。因此，通过喷入锅炉掺烧处理含酚废水的脱酚效果显著。此焚烧处理方法能够满足环保要求，并且是适合哈密燃机电厂当前环境特点的有效处理方法，取得了较好的环境效益、社会效益和经济效益。

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[3]胡文伟，高亚岳.焚烧法处理含酚废水[J].工业用水与废水，2000(4).