CN103047659B - 一种处理高浓度含盐有机废液的焚烧工艺及焚烧锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种处理高浓度含盐有机废液的焚烧工艺及焚烧锅炉,包括下行绝热炉膛、多级辐射冷却室、对流换热室、吹灰装置、汽水引出管和汽包，所述的下行绝热炉膛包括废液雾化喷枪、二层辅助燃气燃烧器、二次风喷口、气流屏蔽装置、水冷壁、耐火材料、补充燃气燃烧器、液态排渣装置和根部风喷口，所述的辐射换热室Ⅰ包括水冷壁、耐火材料和导流装置，所述的对流换热室包括水冷壁和对流屏。本发明的焚烧工艺对解决的热值高水分废液的稳定完全燃烧、受热面结渣积灰、尾部受热面低温腐蚀、NO_X排放等问题进行有效控制与优化，对高浓度含盐有机废液有优良的处理效果，可实现资源的有效和循环利用，适用于化工企业的有机废液的焚烧处理。

Description

一种处理高浓度含盐有机废液的焚烧工艺及焚烧锅炉

技术领域

本发明涉及一种废液焚烧工艺与设备，具体应用于化工行业的高浓度含盐有机废液的焚烧处理以及焚烧后的热量回收。

背景技术

我国每年石油化工、冶金、造纸、制革、制药、纺织印染工业等产生数千万吨的废液，废液中含有大量的化学物质，例如：硫酸铵、硝酸铵、硫酸钠、硝酸钠以及各种有机物等。高浓度有机废液是造成水环境污染的主要污染源之一，它的排放严重破坏生态环境，威胁人类健康。对于其中相当一部分高浓度难降解的有机废液，用常规的物理化学方法或者生化法都难以处理，从而成为当前废液处理的一个难题，是当前乃至今后一段时期我国化学工业需要重点攻克的关键之一。

对工业废液的处理主要采用向地下深处高压注射和废液焚烧的方法。由于有机废液具有一定的热值，采用焚烧技术处理有机废液是一种简单、高效、可行的处理方法，它既可回收利用部分热量、降低处理成本，使被焚烧的污染物变为无害和最大限度地减容，并尽量减少新的污染物质的产生，避免造成二次污染，达到废物综合利用与保护环境的双重目的。通过废液焚烧炉焚烧有毒废液，使废液在燃烧过程中分解成为可排入大气的无毒气体如CO₂或可通过烟气净化装置吸收的气体如SO₂，废液中的不可燃成分富集成为灰渣捕集下来。由于废液中含有大量的水分，热值较低，可燃性差，因此焚烧过程中需使用助燃燃料提高炉膛内的温度，使炉温保持在1000℃左右，并且要求在高温区保持不低于3s的反应时间，保证废液中水分的迅速蒸发及可燃成 分的完全燃烧分解。废液中还含有高浓度的无机盐类，在焚烧过程中，废液中的不可燃成分如低熔点碱金属盐极易附着在换热面上，在换热面上结渣积灰，堵塞烟气通道，影响焚烧装置的连续运行。废液中某些化学物质，如硫、氯等，在燃烧过程中生成酸性气体，造成受热面的腐蚀。

目前采用的一般焚烧设备相对处理量较小，废液在炉膛内停留时间相对较短，有机物焚烧反应不彻底，烟气中含有较高浓度的低熔点无机盐，容易结渣积灰，堵塞设备，使得稳定连续运行周期较短。其最大的缺点在于结构不合理，使用效率低，不能很好地解决废液处理的问题。

专利CN102588980A提出了一种含盐废液焚烧锅炉，包括燃烧器、废液喷枪、绝热炉膛燃烧室、辐射冷却室、上锅筒、下锅筒、对流管束、落灰斗、炉墙和钢架，其中部分结构与本申请焚烧炉类似。但此专利所述的废液焚烧炉采用上行炉膛燃烧室，上行炉膛燃烧室在焚烧废液时有以下缺点：（1）废液的燃烧过程为废液中的水分蒸发，盐分析出后燃烧，废液在炉膛下部喷入，废液燃烧的干燥区和燃尽区混在一起，废液燃烧不完全，燃烧效率低；（2）烟气上行炉膛中熔融状态的盐份粘到炉膛上部壁面后再汇集到炉膛下部，下行炉膛可壁面熔融状态的盐粘到炉膛壁面并在炉膛下部汇集，利于排渣；（3）若炉膛上部烟气温度较低，使熔融的盐粘结在壁面上，形成结渣；（4）只布置一级辅助燃烧器，不利于控制燃烧区域温度，进而无法控制NO_X的生成。

专利CN201757412U提出了一种废气、废液焚烧炉，其包括一立式圆形结构的炉体，所述炉体的顶部设有一焚烧机，所述炉体的肩部设有喷枪，所述喷枪与所述炉体内部连通，所述的废气、废液焚烧炉只在肩部布置一级燃烧器，不利于控制废液的燃尽与NO_X的生成；所述的废气、废液焚烧炉下部烟气温度可能会低于灰熔点温度，影响排渣。

发明内容

本发明的目的是：针对上述现有技术的缺陷，特别是针对高浓度含盐有机废液低热值、低灰熔点、高含硫含氮的特性，提供一种处理能力强、燃烧效率高、热能回收充分，并避免结渣积灰，降低二次污染物排放的焚烧工艺与环保焚烧锅炉。

本发明的技术方案是这样的：一种处理高浓度含盐有机废液的环保焚烧锅炉，包括下行绝热炉膛、多级辐射冷却室、对流换热室、吹灰装置、汽水引出管和汽包。废液在炉膛内稳定完全燃烧，防止受热面的结渣积灰与尾部烟道受热面的低温腐蚀，同时降低NO_X排放。雾化液滴在根部风的的包裹下从绝热炉膛顶部喷入，采用气流屏蔽装置包裹高温烟气，防止废液及熔融灰贴壁；为确保炉膛出口烟气温度高于灰熔点温度，在炉膛下部设置补充燃气燃烧器；在下行绝热炉膛与辐射冷却室拐角处设置导流装置，烟气中的灰颗粒冲击挡板时，灰颗粒惯性消除被分离下来，通过调节导流装置挡板角度来控制分离下来的灰量，且能校正竖直烟道中的气流走向，防止尾部受热面过积灰结渣；烟气通过多级辐射冷却室换热后，然后进入对流换热室换热，排烟温度降到设计值后进入下一级烟气处理装置。

具体烟气流程为：炉膛→各级辐射冷却室→对流换热室→出口。具体汽水流程为：给水→汽包→下降管→对流管屏→汽包；汽包→下降管→各组水冷壁系统→汽包。

针对废液的低热值特性，设置大的绝热炉膛，保证燃烧温度，低烟气流速，保证较长的停留时间，确保废液的完全燃尽。绝热炉膛与第一级辐射冷却室下部的膜式水冷壁表面铺设铬矿砂耐火浇注料（铬矿砂含Cr₂O₃在35%以上），以保证主燃区的高温，并降低高温熔融的无机钠盐对炉壁的附着损害。炉膛顶部设有废液雾化喷枪，上部以四角切圆方式布置两层辅助燃气燃 烧器；废液在炉膛顶部中心雾化，采用气流屏蔽四角切圆辅助燃烧技术，高温火焰包裹废液，增大废液与高温火焰的接触面积，强化废液与辅助燃气的对流扰动。燃料与空气混合强度高，混合效果好，水分蒸发与可燃成分燃烧速度快。

针对废液的高含氮特性，设置两层辅助燃气燃烧器，采用低NO_X分级配风，通过精确控制主燃区过量空气系数与燃烧温度，实现较低的NO_X排放。

针对废液的高浓度无机钠盐与低灰熔点特性，炉膛底部设置液态排渣装置；雾化液滴在气流包裹下在火焰中心运动，灰在炉膛中心熔化并下行易于分离，避免直接接触炉壁，为确保炉膛出口烟气温度高于灰熔点温度，在炉膛下部设置补充燃气燃烧器。设置多级烟气辐射冷却室，烟气在炉膛中下行并转向进入第一级辐射冷却室，通过导流装置进行预除灰，利于排渣；辐射冷却室内不布置对流受热面，减少积灰堵塞。多级辐射冷却室下部均布置水冷灰斗与排灰阀，冷却灰渣，减少粘结性积灰，避免形成紧密性渣层。对流换热室设置大间距的屏式换热面，低烟速纵向冲刷，避免积灰堵塞，同时具备自清灰的功能。炉膛、辐射冷却室及对流换热室均设置有多个吹灰装置，有效地防止了无机钠盐在炉膛内的结渣和换热面的积灰。

本发明提供的高浓度含盐有机废液焚烧工艺，具体包括：

炉膛内焚烧温度达到950~1050℃，炉膛出口烟气温度为900℃左右，烟气通过辐射冷却室I后烟气温度降到600℃左右，通过辐射冷却室II、III后温度降到400℃左右，通过对流换热室后温度降到270℃左右。

炉膛烟气流速约为3m/s，废液在绝热炉膛内的停留时间超过5s，确保废液的迅速蒸发与完全燃尽。

废液的燃烧过程在炉膛高度方向上分为干燥区和燃烧区，炉膛上部第一 层辅助燃气燃烧器区域为贫氧富燃料区，即为废液的干燥区，温度控制在500℃左右，第二层辅助燃气燃烧器区域为废液的燃烧区，根据各区的燃烧特点分级配风，提高燃烧效率，减少NOX的生成。

针对废液的高含硫与高露点烟气的特性，选用合适的蒸汽参数，使饱和水/水蒸气温度高于露点温度；优化汽水流程，不设置省煤器，给水直接进汽包，饱和水经下降管、分配管引入对流管屏，提高管壁温度，避免硫的低温腐蚀。

综上所述，由于采用了上述技术方案和焚烧工艺，本发明的有益效果如下：

（1）燃烧效率高，对高浓度含盐有机废液有优良的处理效果，处理能力大于10t/h，污染物排放低，满足国家环保标准；

（2）选用合理的蒸汽参数，优化炉内受热面布置，避免积灰、结渣、腐蚀等问题，装置连续稳定运行周期长；

（3）焚烧产生的余热可以回收利用生产蒸汽，焚烧每吨废液能副产蒸汽约1.3吨，达到资源的有效和循环利用。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2(a)为本发明的气流屏蔽装置示意图；图2(b)为图2(a)的A-A向剖视图；

图3为本发明的导流装置示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，本发明的处理高浓度含盐有机废液的环保焚烧锅炉，包括下行绝热炉膛5、多级辐射冷却室6、12、对流换热室13、吹灰装置15、汽 水引出管17和汽包18，所述下行绝热炉膛5、多级辐射冷却室6、12和对流换热室13依次连通，下行绝热炉膛5与第一级辐射冷却室6之间、各级辐射冷却室6、12之间、以及最后一级辐射冷却室12与对流换热室13之间均由水冷分隔墙16分隔，下行绝热炉膛5、多级辐射冷却室6、12和对流换热室13的各水冷壁及对流屏引出的汽水引出管17与汽包18相连。

下行绝热炉膛5包括废液雾化喷枪1、二层辅助燃气燃烧器2、二次风喷口3、气流屏蔽装置4、水冷壁7、耐火材料8、补充燃气燃烧器10、液态排渣装置11和根部风喷口19，其中：所述废液雾化喷枪1设置在下行绝热炉膛5的顶部，废液雾化喷枪1周围设置若干根部风喷口19；在下行绝热炉膛5不同高度上设置若干气流屏蔽装置4，如图2所示，各气流屏蔽装置4与二次风风管20的支管相连；在靠近下行绝热炉膛5顶部的位置，在炉膛四角布置两层辅助燃烧器喷口2。优选地，两层辅助燃烧器喷口2靠近下行绝热炉膛5顶部约1m和6m的高度。在下行绝热炉膛5靠近底部的位置设置补充燃气燃烧器10；在下行绝热炉膛底部设置液态排渣装置11。

第一级辐射冷却室6包括水冷壁7、耐火材料8和导流装置9，其中：在第一级辐射冷却室6距下部3~5m的水冷壁上铺设耐火材料8，在第一级辐射冷却室6的底部和所述下行绝热炉膛5连通的进口处设置可调整摆角的导流装置9和烟气折流板21，如图3所示。

所述对流换热室13包括水冷壁7和若干大间距纵向冲刷对流屏14，屏间节距大于等于480mm。

具体烟气流程为：炉膛→各级辐射冷却室→对流换热室→出口。具体汽水流程为：给水→汽包→下降管→对流管屏→汽包；汽包→下降管→各组水冷壁系统→汽包。

在使用本发明的处理高浓度含盐有机废液的环保焚烧锅炉时，采用如下 焚烧工艺，炉膛内焚烧温度达到950~1050℃，炉膛出口烟气温度为900℃左右，烟气通过第一级辐射冷却室后烟气温度降到600℃左右，通过其余各级辐射冷却室后温度降到400℃左右，通过对流换热室后温度降到270℃左右。炉膛烟气流速约为3m/s，废液在绝热炉膛内的停留时间超过5s，确保废液的迅速蒸发与完全燃尽。

废液的燃烧过程在炉膛高度方向上分为干燥区和燃烧区，炉膛上部第一层辅助燃气燃烧器区域为贫氧富燃料区，即为废液的干燥区，温度控制在500℃左右，第二层辅助燃气燃烧器区域为废液的燃烧区，根据各区的燃烧特点分级配风，提高燃烧效率，减少NO_X的生成。

针对废液的高含硫与高露点烟气的特性，选用合适的蒸汽参数，使饱和水/水蒸气温度高于露点温度；优化汽水流程，不设置省煤器，给水直接进汽包，饱和水经下降管、分配管引入对流管屏，提高管壁温度，避免硫的低温腐蚀。

以某厂20t/h废液焚烧锅炉为例，废液中含各种低沸物、高沸物等易燃易爆气体和钠盐、硝铵、硫铵等，其特性集中表现在以下三个方面：低热值、低灰熔点、高硫高氮含量。设计废液处理量为15t/h，助燃燃料采用焦炉煤气，热值约为16,770kJ/Nm³，所需焦炉煤气量约3600Nm³/h，蒸汽参数为3.0MPa，236℃，副产蒸汽20t/h。

按烟气流动方向依次设置为：下行绝热炉膛5、辐射冷却室I6、辐射冷却室II、III12、对流换热室13。废液从绝热炉膛顶部中心雾化喷枪1喷入，焦炉煤气从辅助燃气燃烧器2分两层四角切圆燃烧，炉膛上部第一层辅助燃气燃烧器区域为贫氧富燃料区，温度控制在500℃左右，减少NO_X的生成。第一层辅助燃气燃烧器区域燃烧温度在1050℃左右，保证废液完全燃尽。炉膛内使用二次风喷口3分级配风，控制主燃区氧量，降低NO_X生成量。设置 三级烟气辐射冷却室6,12，烟气在炉膛中下行并转向进入辐射冷却室I6，通过导流装置9和烟气折流板21进行预除灰。炉膛出口烟气温度为900℃左右，烟气通过辐射冷却室I后烟气温度降到600℃左右，通过辐射冷却室II、III后温度降到400℃左右，通过对流换热室后温度降到270℃左右。对流换热室13采用对流换热屏14低烟速纵向冲刷方式，减少积灰。吹灰系统包含18台蒸汽吹灰器，进行定期吹扫除灰。最后烟气通过除尘净化装置后排入大气。

废液焚烧过程中灰的主要成分为硫酸钠，其熔点为884℃，在复合环境下其熔点要降低到600℃-750℃。回收有两种形式，首先是以熔融状从炉底溜槽中流出熔融物，熔融物进入熔槽中冷却形成固态渣，再利用刮板捞渣机捞出并输送至渣仓。回收量约占总回收量的50-60%。由锅炉尾部排出的灰是以固态形式回收（通过辐射冷却室II、III和对流换热室下部的灰斗及电除尘）。灰斗布置水冷壁，冷却灰渣，避免形成紧密性渣层。

废液中化学物质分解产生SO_X，特别是烟气中含有大量的水蒸气，导致较高的露点温度（约200℃），容易造成低温受热面的腐蚀，选择较高的蒸汽参数（3.0MPa，236℃）及合理的汽水流程（给水直接进汽包，饱和水经下降管、分配管引入对流管屏）来避免此类问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内。

Claims (8)

1.一种处理高浓度含盐有机废液的环保焚烧锅炉，包括下行绝热炉膛、多级辐射冷却室、对流换热室、吹灰装置、汽水引出管和汽包，其特征在于，

所述下行绝热炉膛、多级辐射冷却室和对流换热室依次连通，下行绝热炉膛与第一级辐射冷却室之间、各级辐射冷却室之间、以及最后一级辐射冷却室与对流换热室之间均由水冷分隔墙分隔，下行绝热炉膛、多级辐射冷却室和对流换热室的各水冷壁及对流屏引出的汽水引出管与汽包相连；

所述下行绝热炉膛包括废液雾化喷枪、二层辅助燃气燃烧器、二次风喷口、气流屏蔽装置、水冷壁、耐火材料、补充燃气燃烧器、液态排渣装置和根部风喷口，其中：所述废液雾化喷枪设置在下行绝热炉膛的顶部，废液雾化喷枪周围设置若干根部风喷口；在下行绝热炉膛不同高度上设置若干气流屏蔽装置，各气流屏蔽装置与二次风风管的支管相连；在靠近下行绝热炉膛顶部的位置，在炉膛四角布置两层辅助燃气燃烧器喷口；在下行绝热炉膛靠近底部的位置设置补充燃气燃烧器；在下行绝热炉膛底部设置液态排渣装置；

所述第一级辐射冷却室包括水冷壁、耐火材料和导流装置，其中：在第一级辐射冷却室距下部3m～5m的水冷壁上铺设耐火材料，在第一级辐射冷却室的底部和所述下行绝热炉膛连通的进口处设置可调整摆角的导流装置和烟气折流板；

所述对流换热室包括水冷壁和若干大间距纵向冲刷对流屏，屏间节距大于等于480mm；

辐射冷却室内不设置对流换热面。

2.根据权利要求1所述的焚烧锅炉，其特征在于：所述的气流屏蔽装置为在炉膛不同高度上在炉膛四角布置的送风装置。

3.根据权利要求1所述的焚烧锅炉，其特征在于：所述的导流装置由若干片数的竖直与倾斜导流挡板组成。

4.根据权利要求1所述的焚烧锅炉，其特征在于：废液雾化喷枪周围设置根部风喷口，风量约为废液燃烧所需理论空气量的30％。

5.根据权利要求1所述的焚烧锅炉，其特征在于：炉膛上部第一层辅助燃气燃烧器区域为贫氧富燃料低温干燥区，温度控制在400～500℃。

6.根据权利要求1所述的焚烧锅炉，其特征在于：炉膛、辐射冷却室及对流换热室均设置有多个吹灰装置。

7.根据权利要求1所述的焚烧锅炉，其特征在于：不设置省煤器，给水直接进汽包。

8.一种处理高浓度含盐有机废液的焚烧工艺，使用权利要求1至7任一项所述的焚烧锅炉，其特征在于：炉膛内焚烧温度达到950～1050℃，炉膛出口烟气温度为900℃，烟气通过第一级辐射冷却室I后烟气温度降到600℃，通过其余各级辐射冷却室II、III后温度降到400℃，通过对流换热室后温度降到270℃；炉膛烟气流速为3m/s，废液在绝热炉膛内的停留时间超过5s，确保废液的迅速蒸发与完全燃尽；废液的燃烧过程在炉膛高度方向上分为干燥区和燃烧区，炉膛上部第一层辅助燃气燃烧器区域为贫氧富燃料区，即为废液的干燥区，温度控制在500℃，第二层辅助燃气燃烧器区域为废液的燃烧区，根据各区的燃烧特点分级配风，提高燃烧效率，减少NOX的生成。