趙會(huì)兵

(德納化工濱海有限公司，江蘇 濱海 224555)

一般化工廠在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生有毒有害、有味的氣體，這些氣體對(duì)人類健康和環(huán)境危害極大，主要是這些廢氣中含有少量的有機(jī)氣體、硫化物、氮化物、苯酚類有害氣體，以往處理工藝一般采用加藥洗滌吸收工藝，但這種工藝對(duì)于不溶于水溶液的物質(zhì)，是不可行的；另外吸收會(huì)帶來二次處理污染等現(xiàn)象?，F(xiàn)階段處理工藝一般選用焚燒處理。廢氣的焚燒又分為熱力燃燒法、蓄熱燃燒法、催化燃燒法。有機(jī)廢氣熱力燃燒法的原理是在焚燒爐內(nèi)設(shè)置天然氣燃燒火焰，將有機(jī)廢氣引入爐膛在高溫下燃燒破壞，使有機(jī)物分解成無機(jī)物(二氧化碳和水)，實(shí)現(xiàn)煙氣達(dá)標(biāo)排放及燃燒熱能的回收利用。

1 適用范圍

熱力燃燒法適用于：(1)廢氣濃度較高、燃燒熱量足以自行維持燃燒進(jìn)行、消耗少量的天然氣；(2)或者廢氣濃度不高，但數(shù)量不大，需要助燃的燃料也很少；(3)或者企業(yè)存在足夠的精餾廢液，且不含氯、硫、氮元素，可以作為燃料燃燒產(chǎn)生熱能供生產(chǎn)裝置使用，這種情況下，無論廢氣濃度高低、數(shù)量多少都可以進(jìn)行焚燒處理。本文主要針對(duì)第(3)種情況分析幾個(gè)常見問題。

2 廢氣收集與輸送的安全問題

利用燃燒法處理有機(jī)廢氣時(shí)，廢氣的收集輸送系統(tǒng)存在著爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，每年都有這方面的事故報(bào)道。正是由于這一點(diǎn)，很多企業(yè)不敢選用燃燒法處理廢氣。

廢氣收集有兩種方式，一是密閉收集，整個(gè)生產(chǎn)裝置所有設(shè)備的放空管都連接到一根總管，直接進(jìn)入焚燒爐，如果距離較遠(yuǎn)，還需用引風(fēng)機(jī)抽送。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是廢氣濃度較高，超過爆炸極限上限，輸送安全可靠。但前提是生產(chǎn)裝置都必須是密閉的，沒有大量空氣進(jìn)入，且系統(tǒng)采用氮封保護(hù)。原料、成品儲(chǔ)罐的放空廢氣的收集，不能把每個(gè)儲(chǔ)罐的呼吸閥密閉連接在一起，因?yàn)檫@樣容易中造成竄料，引發(fā)事故或影響物料質(zhì)量。原料、成品儲(chǔ)罐應(yīng)安裝供氮閥、泄氮閥和呼吸閥，泄氮閥出口密閉連接到一根總管，輸送進(jìn)焚燒爐，呼吸閥出口直接沖大氣(見圖1)。

圖1 廢液廢氣焚燒爐流程圖

第二種方式采用吸風(fēng)罩收集廢氣，在每個(gè)裝置總排氣口，或者每個(gè)儲(chǔ)罐放空口，安裝吸風(fēng)罩，廢氣通過管道、引風(fēng)機(jī)和燃燒器作為助燃風(fēng)進(jìn)入焚燒爐。吸風(fēng)罩側(cè)板與管口之間的間隙應(yīng)保證該處的風(fēng)速不低于0.3 m/s，這樣做是為了確保廢氣全部收集而不流向大氣環(huán)境。這種收集方式的優(yōu)點(diǎn)是廢氣管道與裝置或儲(chǔ)罐是分開的，不必?fù)?dān)心竄料的風(fēng)險(xiǎn)；缺點(diǎn)是大量空氣進(jìn)入廢氣管道，成了可燃性混合氣體，存在火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)，因此，務(wù)必使廢氣濃度低于0.2%(體積濃度)。這樣就需要焚燒爐的助燃風(fēng)量足夠的大，才能保證廢氣被全部收集。比如有機(jī)廢氣產(chǎn)生量50 Nm3/h，助燃風(fēng)量就不能小于25000 Nm3/h(見圖2)。

廢氣總管最好選用0.8 mm厚的不銹鋼螺旋管，或薄壁不銹鋼管法蘭連接，既美觀又導(dǎo)電，每隔100 m做一處防靜電接地，就不用擔(dān)心靜電積聚問題了。有的企業(yè)為了省錢，采用玻璃鋼管道或者聚丙烯管道，結(jié)果靜電問題沒法解決。有的廠家說玻璃鋼風(fēng)管可以制作成帶導(dǎo)靜電層的，那都是騙人的。如果廢氣中含有酸性氣體，最好在裝置內(nèi)先經(jīng)過堿吸收，避免對(duì)不銹鋼風(fēng)管腐蝕。在風(fēng)管上每隔20 m就應(yīng)該設(shè)置一個(gè)直徑跟風(fēng)管相同的泄爆口，泄爆片可以采用3 mm厚的橡膠板或聚丙烯板，泄爆口上方不能有管道或電纜橋架等。

圖2 廢液廢氣焚燒爐流程圖

3 燃燒器的選用

圖3 壓縮空氣霧化式燃燒器

精餾廢液作為燃料，雖然燃燒特性比較好，但潤(rùn)滑特性差，不適合選用螺桿泵高壓霧化型燃燒器，而適合選用介質(zhì)(壓縮空氣)霧化燃燒器(圖3)，該燃燒器適用于液體非標(biāo)燃料，對(duì)燃料沒有嚴(yán)苛要求。這種型式燃燒器內(nèi)置 1 支空氣霧化油槍和一組布風(fēng)裝置，燃料采用先進(jìn)的氣泡霧化技術(shù)，具有霧化能力強(qiáng)，調(diào)節(jié)范圍廣，燃燒穩(wěn)定等特點(diǎn)，并可直接使用電子點(diǎn)火槍點(diǎn)燃。

4 余熱利用

焚燒爐出口熱煙氣溫度高達(dá)1000℃，攜帶的熱量可以通過余熱導(dǎo)熱油爐、熱管蒸汽發(fā)生器、空氣預(yù)熱器依次加以利用。

余熱導(dǎo)熱油爐采用爐墻+立式蛇管結(jié)構(gòu)(圖4)。結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，散熱損失小。余熱導(dǎo)熱油爐的核心為蛇管型的換熱面。蛇管材料：20，GB3087。蛇管采用多頭并聯(lián)模式，進(jìn)出油口設(shè)置在中間，減少偏流，下部蛇管內(nèi)導(dǎo)熱油平均流速約 2.35 m/s，上部蛇管內(nèi)導(dǎo)熱油平均流速約 2.72 m/s。進(jìn)出油口采用低進(jìn)高出，便于排氣。蛇管采用支撐形式，坐落于框架橫梁上?？紤]煙氣溫度較高(入口約 1000℃)，兼顧經(jīng)濟(jì)性，蛇管上部支撐橫梁選用碳鋼，蛇管中、下部支撐橫梁選用不銹鋼結(jié)構(gòu)，采用自然風(fēng)冷卻，為了保證冷卻效果，專門配置了冷卻風(fēng)機(jī)，冷卻風(fēng)出口管道設(shè)溫度計(jì)，方便觀察。為了起到更好的保護(hù)效果，蛇管最下部支撐橫梁采用澆注料保護(hù)。 余熱導(dǎo)熱油爐爐墻為耐火磚爐墻、保溫層、面板、鋼結(jié)構(gòu)等幾部分：耐火磚爐墻厚 230 mm，保溫層里層為硅酸鋁纖維(δ=100 mm)，外層為巖棉，面板采用δ0.6 mm 壓筋彩鋼板， 美觀大方、耐腐蝕。鋼結(jié)構(gòu)采用型鋼+鋼板制作，支撐起爐墻及蛇管，是主要的受力部分。 爐墻下部的爐門應(yīng)設(shè)計(jì)成快開式，方便故障停電時(shí)打開爐門冷卻導(dǎo)熱油管，避免導(dǎo)熱油過熱結(jié)焦。煙氣經(jīng)過余熱導(dǎo)熱油爐后溫度降低到350℃左右。

圖4 導(dǎo)熱油蛇管與鋼結(jié)構(gòu)支架

關(guān)于導(dǎo)熱油的選用，我們調(diào)研了綜研、首諾、陶氏、沙索等國(guó)際品牌，考察了鄭州化纖、宜興化纖等好幾家用戶，最后選用了國(guó)內(nèi)江蘇中能化學(xué)有限公司的氫化三聯(lián)苯，最高使用溫度330℃，幾年使用下來效果很好，單價(jià)卻只有國(guó)際品牌的一半。

煙氣余熱蒸汽發(fā)生器采用熱管技術(shù)制造，熱管上部為光管，插入液相空間，熱管下部為帶翅片結(jié)構(gòu)，加大煙氣換熱面積。蒸汽發(fā)生器采用上下結(jié)構(gòu)：上端橫置圓柱型鍋筒為汽、水空間，除鹽水在此吸收熱管釋放的煙氣熱量，產(chǎn)生蒸汽，鍋筒上設(shè)置進(jìn)水口、出汽口、液位計(jì)口、安全閥口、排放口、放空口等。下端為煙氣通道，高溫?zé)煔鉀_刷帶翅片熱管，放出熱量后溫度降低到250℃左右。 除鹽水采用生產(chǎn)裝置收集的蒸汽冷凝水。

空氣余熱器為了充分利用焚燒爐煙氣的余熱，在余熱蒸汽發(fā)生器煙氣出口處設(shè)置一套管式空氣預(yù)熱器余熱回收系統(tǒng)，這里不再贅述。

目前大多數(shù)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的鼓風(fēng)機(jī)軸與后蓋之間有5 mm左右的縫隙，此處有廢氣泄漏，污染環(huán)境，甚至被環(huán)保監(jiān)察人員提出罰款整改。一個(gè)簡(jiǎn)單辦法，在后蓋上安裝一個(gè)箱體，再用管道連接到引風(fēng)機(jī)進(jìn)口。也有風(fēng)機(jī)廠家采用了機(jī)械密封的，但整機(jī)價(jià)格抬高了很多，且增加了易損件。見圖5。

圖5 鼓風(fēng)機(jī)軸封處理

5 VOC控制

廢液廢氣在焚燒爐內(nèi)能否完全燃燒取決于“3T+E”：焚燒溫度、停留時(shí)間、混合效果和過量空氣量。危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)(GB18484)規(guī)定焚燒爐溫度不低于1100℃，煙氣停留時(shí)間不低于2 s。實(shí)踐證明，對(duì)于化工精餾廢液焚燒溫度只要不低于850℃，煙氣出口VOC就很低(≤2 mg/Nm3)，但化工精餾廢液被列入國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄里，所以監(jiān)管人員就按照GB18484要求焚燒爐溫度不低于1100℃。這一點(diǎn)有待于標(biāo)準(zhǔn)修訂。

6 煙塵控制

圖6 “噴霧+水膜除塵”集成裝置

危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)(GB18484)規(guī)定煙塵不超過30 mg/Nm3。除塵效率較高的有布袋除塵、靜電除塵、濕電除塵等，但投資都比較大，動(dòng)輒上百萬元，甚至好幾百萬元，而且運(yùn)行成本也高。我們采用“噴霧+水膜除塵”的工藝(圖6)， 很簡(jiǎn)單地把煙塵降低到10 mg/Nm3以下。

7 消除白色煙羽

由于燃料焚燒產(chǎn)物就是“CO2+H2O”，又經(jīng)過“噴霧+水膜除塵”，所以煙氣達(dá)到濕飽和狀態(tài)。到了冬季，煙氣中的水分會(huì)凝結(jié)成水滴，形成白色煙羽(圖7)，造成視覺上的污染。為了消除白色煙羽，采用濕電除塵當(dāng)然是可行的，但投資大，對(duì)于小型焚燒爐就沒有這個(gè)必要。只需要在水膜除塵后面的風(fēng)管上安裝一臺(tái)翅片管換熱器(圖8)，煙氣走帶翅片的殼程，蒸汽走管程，蒸汽就用焚燒爐自身配套的余熱蒸汽發(fā)生器所產(chǎn)生的蒸汽，煙氣溫度從60℃加熱到80℃時(shí)，煙羽基本消失。這種方案不但投資省，運(yùn)行也靈活，環(huán)境溫度升高、空氣濕度降低沒有煙羽的時(shí)候關(guān)掉蒸汽閥門即可。

圖7 白色煙羽

圖8 翅片管換熱器

8 結(jié)語

實(shí)踐證明，熱力燃燒法在處理化工廠廢液、廢氣方面是非常有效的一種途徑，不但能徹底消除有機(jī)物，使VOC達(dá)標(biāo)排放，而且焚燒產(chǎn)生的熱量也能被利用。