含氯与含氟废液流化床焚烧系统研究及开发

江泳，魏玺，马增益

(1. 浙江巨化股份有限公司电化厂，浙江 衢州 324004;2. 浙江大学能源工程学院，浙江 杭州 310030)

化工企业产生的废液，具有成分复杂、理化性质难以鉴定、污染物含量高、生物难降解、腐蚀性、毒性、反应性等一系列特点[1]。如果随意排放，将严重影响环境。城镇污水处理厂系统处理污水种类比较单一，不具备处理此类废水的能力，故设计一种能够高效、环保处理此类废水的设施，具有一定的现实意义及经济前景。

浙江巨化股份有限公司电化厂联合浙江大学能源工程学院技术团队，针对传统焚烧炉及化工制酸流程，于2020年7月设计开发了处理能力为3 kt/a的含氯与含氟化工废液和固废的焚烧技术。

1 焚烧技术的选取

目前比较常用的焚烧技术主要有回转窑焚烧技术、流化床焚烧技术、液体喷注式焚烧技术。

流化床焚烧炉炉体较小、炉内活动部件少、炉体故障较少、运行稳定。具有很大热容量的惰性床料强烈“翻滚、沸腾”，床层内焚烧物料与燃烧媒介充分接触，导热效果、传质效果较优，炉内的温度能够保证在一个很小区间，对焚烧物料的分解及燃尽具有很大的作用，具有较高的燃烧效率及有害废物焚毁率[2]。化工废液焚烧产物具有腐蚀性、毒性等特点，较少的活动部件可以延长系统的运行周期，整体考虑本项目焚烧系统采用流化床焚烧技术。

2 焚烧物料组成

焚烧物料主要组成如表1所示。

表1 焚烧物料明细Table 1 Details of incineration materials

如表1所示：焚烧物料含氯且具有一定的热值，但是不含氮元素及硫元素。根据化学分析，含氯化合物经过高温焚烧，转化成氯化氢、二氧化碳和水。

3 焚烧系统的设计

通过分析，焚烧系统设计为7个分系统：给料系统、焚烧系统、余热回收系统、急冷系统、收尘系统、酸回收系统、脱酸及尾气排放系统。焚烧系统流程如图1所示。

图1 焚烧系统流程图Fig.1 Process flow of incineration system

3.1 雾化喷枪的设计及要求

流化床焚烧炉焚烧过程中，焚烧物料能够与惰性床料充分接触，可以使焚烧物料燃烧更充分。所以给料系统选取只须考虑物料能够进入焚烧炉就行，无须考虑废液的雾化及预处理，所以本焚烧系统采用水冷双流体喷枪。雾化喷枪结构如图2所示。

1—压缩空气；2—废液；3—冷却水进口；4—冷却水出口；5—喷枪套管；6—废液喷嘴。图2 雾化喷枪结构图Fig.2 Structure of atomizing spray gun

3.2 焚烧装置设计及要求

《危险废物焚烧污染控制标准》(GB 18484—2020)要求：为了使物料焚烧完全，需要维持烟气经过高温段的时间控制在至少2 s[3]。

流化床由风室、布风板、一燃室(密相区)、二燃室(稀相区)组成。流化床焚烧室的设计需遵循，烟气在二燃室停留时间在2 s以上。

3.3 余热回收系统设计及要求

《危险废物焚烧污染控制标准》(GB 18484—2020)规定：“焚烧炉高温段焚烧炉燃烧室出口及出口上游，燃烧所产生的烟气温度处于≥1 100 ℃的区间段。烟气停留时间指燃烧所产生的烟气处于高温段(≥1 100 ℃)的持续时间，可通过焚烧炉高温段有效容积和烟气流量的比值计算。”[3]

焚烧后的烟气温度≥1 100 ℃，蕴含大量的能量，如果直接急冷后无序排放，造成能量浪费，不符合《中华人民共和国节约能源法》的要求。本系统采用余热锅炉回收能量，产生的蒸汽能够补贴运行成本，减少系统的运行费用。余热回收过程要考虑受热面的高温腐蚀及磨损等问题。

3.4 急冷系统设计及要求

《危险废物焚烧污染控制标准》(GB 18484—2020)规定：“焚烧烟气净化装置至少应具备除尘、脱硫、脱硝、脱酸、去除二恶英类及重金属类污染物的功能。每台焚烧炉宜单独设置烟气净化装置。”[3]

《危险废物集中焚烧处置工程建设技术规范》(HJ/T 176—2005)规定：“危险废物焚烧过程应采取如下二恶英控制措施：①危险废物应完全焚烧，并严格控制燃烧室烟气的温度、停留时间和流动工况；②焚烧废物产生的高温烟气应采取急冷处理，使烟气温度在1.0 s内降到200 ℃以下，减少烟气在200～500 ℃温区的滞留时间；③在中和反应器和袋式除尘器之间可喷入活性炭或多孔性吸附剂，也可在布袋除尘器后设置活性炭或多孔性吸附吸收塔(床)。”[4]

急冷段需要考虑减少二恶英生成的方法，通常是使烟气温度在1.0 s内从550 ℃降到200 ℃左右，再配合活性炭喷射装置吸附产生的二恶英及烟气中的重金属。焚烧的烟气具有腐蚀性，故急冷段在防治二恶英的同时，须考虑急冷段设备的腐蚀，可以通过技术手段来增强设备的耐腐蚀性或通过运行调整减缓设备的腐蚀。

3.5 收尘系统设计及要求

收尘系统主要功能是降低烟气中的含灰量，阻止通过活性炭喷射吸附下来的二恶英及大量的灰进入后系统，而增加后系统的处理难度。比较常用的收尘系统为电除尘系统或布袋除尘系统。焚烧系统可以单独用一种系统也可以2种系统混用。

3.6 尾气处理系统

尾气处理系统主要由酸回收系统、脱酸系统、尾气排放系统组成。

焚烧处置的目的是减量化、资源化和无害化。因焚烧烟气中含有大量酸性气体，且极易溶于水，可以借鉴化工制酸流程，把烟气中的酸性气体转移至水中制成稀酸。大部分酸性气体进入稀酸，未吸收的少量酸性气体通过酸碱中和脱酸系统吸收，最终进入烟囱达标排放。

常规的尾气处理系统是利用酸碱中和吸收烟气中的酸性气体，在吸收酸性气体的同时，再次产生大量的固废。利用酸回收系统，可以制得稀酸。只有少量酸性气体被酸碱中和。对酸做鉴定及处理，可以重复利用或外送，具有一定的经济价值，同时满足减量化、资源化的原则。

3.7 脱硝系统

因焚烧物料中不含氮元素，系统未考虑脱硝系统，但是预留的有脱硝模块空间，如果投产后氮排放超标，再配套脱硝模块。

4 运行管理及注意事项

4.1 焚烧系统投料及运行温度

《危险废物焚烧污染控制标准》(GB 18484—2020)要求：“危险废物焚烧设施在启动时，应先将炉膛内温度升至规定的温度后再投入危险废物。自焚烧设施启动开始投入危险废物后，应逐渐增加投入量，并应在6 h内达到稳定工况。”[3]

为了维持高温段的温度能够维持在1 100 ℃以上，需要在高温段布置补燃装置，在启炉及运行阶段调整焚烧工况。

流化床密相段(炉膛高温段以下部分)的投料温度主要是根据焚烧物料的着火温度来确定，通常投料温度在700～850 ℃。当炉膛的密相段及高温段均处在对应指标时，可以进行投料。

危险废物焚烧炉的技术性能指标[3]为：

焚烧炉高温段温度

≥1 100 ℃；

烟气停留时间

≥2.0 s；

烟气氧含量(干烟气，烟囱取样口)

6%～15%；

烟囱取样孔一氧化碳质量浓度

1 h均值 ≤100 mg/m3；

日均值 ≤80 mg/m3；

燃烧效率

≥99.9%；

焚毁去除率

≥99.99%；

热灼减率

<5%。

4.2 焚烧系统运行压力

《危险废物焚烧污染控制标准》(GB 18484—2020)规定：“焚烧设施应采取负压设计或其他技术措施，防止运行过程中有害气体逸出。”[3]

焚烧段的烟气温度较高，烟气成分比较复杂，如果不保持负压运行，焚烧炉非正常运行工况下，易发生安全事故，故运行过程中需要保证系统为负压。

4.3 注意事项

每个设备的进出口温度都要与相连的后一个设备的进出口温度匹配，不然易导致设备损坏，降低系统的运行周期。建议装置采用自动化控制系统。

由于焚烧物料的特殊性，需要对现场环境进行监视。根据安全需要，检测设备、设备报警需要具有现场声光报警及中控室声光报警功能。

5 投产后运行情况

焚烧系统建成后，通过1个月的调试及试运行，炉内流化正常、各项温度在正常工况下，均能满足指标要求。通过提高设备要求及调整运行指标，设备及受热面的腐蚀均在设计范围之内，达到了设计要求，并且通过环保及性能验收。同时焚烧了高氯和高氟固体危废，运行效果良好。

酸回收系统回收盐酸质量分数能够达到26%，超过了设计要求，产生的酸回收利用，给企业带来了一定的经济效益。

焚烧余热系统可以副产压力0.4 MPa以上的低压蒸汽2 t/h以上，大部分时间不需要运行成本，投资回收期在2年以内。

经过专业部门的检测，各项环保指标均能够达到《危险废物焚烧污染控制标准》(GB 18484—2020)要求，且在未设置脱硝设备的情况下，氮氧化物也能够达标。

使用流化床焚烧技术处置含氯与含氟化工废液，可使化工装置实现长周期、低腐蚀、低成本和低污染高效运行，满足了国家对环保新设备与低碳技术的高要求，具有显著的适应能力。