趙 波，滿 毅

（江蘇中圣園科技股份有限公司，江蘇 南京211102）

造紙、制藥、化工等行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了大量的高濃度含鹽廢液，其排放量急劇增加，無論是發(fā)展中國家還是發(fā)達國家都面臨著尋找合適的含鹽廢液處理方法的問題。含鹽廢液往往毒性較高，如果直接排放將造成嚴重的環(huán)境污染，而常規(guī)的處理方法又無法解決污染問題。以熱處理為代表的資源化處理技術(shù)正逐漸成為該領(lǐng)域研究熱點，其中利用高溫焚燒徹底分解含鹽廢液中有機物是一種常見的含鹽廢液處理方法[1]。

1 含鹽廢液焚燒工藝

焚燒工藝過程是指焚化廢物中有機物使之分解并無害化的過程，焚燒過程由氣化、熱分解、燃燒等傳熱、傳質(zhì)過程組成。焚燒法是高溫下用空氣深度氧化處理有機廢水的最有效手段，也是高溫深度氧化法處理有機廢水最易實現(xiàn)工業(yè)化的方法[2]。含鹽廢液的焚燒是將所有可燃或需要助燃的含鹽廢液，在800 ℃以上的高溫條件下，使含鹽廢液中的可燃組份與氧氣進行劇烈的化學反應(yīng)，含鹽廢液中的有機物將被徹底分解為二氧化碳和水，殘余的鹽分在高溫下以熔融狀態(tài)排出，從而實現(xiàn)高含鹽廢液的安全處置。處理 ρ（COD）＞100 g/L，熱值＞1.05×104kJ/kg 的高濃度廢液，一般采用焚燒方法。對于含鹽量＞10 g/L的有機廢液，一般需要進行脫鹽預(yù)處理以防止爐內(nèi)結(jié)焦[3]。熱值較低的廢液可燃物比例低，不足以維持焚燒溫度，所以往往先將廢液濃縮如用蒸發(fā)和蒸餾法或依靠輔助燃料進行焚燒。焚燒是工業(yè)廢物處理的終極方案，可以處理的廢物種類多，并且可同時處理廢氣、含鹽廢液等。

2 含鹽廢液焚燒設(shè)備

焚燒法處理含鹽廢液可以簡化處理工藝，同時有效利用廢液具有的熱量，有明顯的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。根據(jù)主體設(shè)備的不同，目前含鹽有機廢液焚燒處理主要分為流化床焚燒技術(shù)、 回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)和液體噴射焚燒爐技術(shù)。

2.1 流化床焚燒技術(shù)

流化床廢液燃燒系統(tǒng)主要由焚燒爐本體、 廢液噴射系統(tǒng)、高溫燃燒室、余熱鍋爐、振動排渣機、尾氣處理裝置、尾部排塵器和鼓、引風機等組成。焚燒爐本體由流化床密相焚燒區(qū)和稀相區(qū)構(gòu)成，有機廢液由廢液噴射系統(tǒng)分別噴入流化床密相焚燒區(qū)和稀相焚燒區(qū)[4]。

流化床焚燒爐多為圓柱形反應(yīng)器，主要包括爐體、耐火材料、布風板、點火裝置等部分。焚燒爐下部設(shè)計呈圓錐狀，底部設(shè)有氣體分配板，其主要結(jié)構(gòu)如圖 1 所示[5]。

圖1 流化床焚燒爐結(jié)構(gòu)示意圖

流化床焚燒爐的燃燒室分為下部密相區(qū)和上部稀相區(qū)兩部分，密相區(qū)床層中有大量的惰性床料，其熱容量很大，能夠滿足有機廢液的蒸發(fā)、熱解、燃燒所需大量熱量的要求[6]。一次風通過密相區(qū)底部的布風板送入床內(nèi)，使床層處于良好流化狀態(tài)，同時為廢液和輔助燃料的充分燃燒提供足夠的空氣。床層溫度均勻穩(wěn)定，有利于有機物的分解和燃燒。二次風置于流化床稀相區(qū)的下部，在稀相區(qū)形成旋渦氣流，使擾動強烈，混合充分，保證了廢液在稀相區(qū)充分燃盡。但在處理高含鹽有機廢液時，由于爐膛的運行溫度高于部分無機鹽的熔點，且煙氣流速快，容易造成爐膛及部分煙道結(jié)焦掛壁現(xiàn)象，影響焚燒爐的穩(wěn)定運行[7]。

2.2 回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)

目前，市場上應(yīng)用較多的焚燒技術(shù)為回轉(zhuǎn)窯+二燃室，其結(jié)構(gòu)如圖2 所示?；剞D(zhuǎn)窯焚燒法是目前較成熟的危險廢物處置技術(shù)之一，回轉(zhuǎn)窯因其適用性強、工藝相對簡單、操作性強等特點而得到廣泛應(yīng)用。

圖2 回轉(zhuǎn)窯焚燒爐結(jié)構(gòu)示意圖

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐最重要的兩個部件是回轉(zhuǎn)窯和二燃室?；剞D(zhuǎn)窯是一個有一定斜度的圓筒狀物，內(nèi)部鋪設(shè)保溫材料和耐火磚，借助窯體的轉(zhuǎn)動來促進物料在窯內(nèi)混合并逐漸向窯尾移動。最常見的回轉(zhuǎn)窯是順流式、 有耐火襯層的固態(tài)排渣爐，轉(zhuǎn)速1/4～4 r/min，傾角為 2°～4°，填充率為 5%～15%，二燃室中煙氣停留時間 1～3 s，溫度在 1 000～1 400 ℃。

二燃室與回轉(zhuǎn)窯窯尾密封連接，通常為立式結(jié)構(gòu)，部分高熱值的廢液和廢氣通常經(jīng)噴嘴霧化后噴入二燃室燃燒，也可以噴入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)助燃；而低熱值廢液從回轉(zhuǎn)窯的給料端噴入，以增加廢液在高溫段的停留時間，促進廢液蒸發(fā)與分解，燃燒后的灰渣從窯尾落入出渣系統(tǒng)，窯頭和窯尾可噴入輔助燃料來保證窯內(nèi)燃燒高溫，未完全燃盡的可燃氣體隨焚燒系統(tǒng)負壓進入二燃室內(nèi)完全燃盡。含鹽廢液在固態(tài)排渣爐中焚燒會引起嚴重的結(jié)渣，因此常采用液態(tài)排渣爐，運行溫度大于1 000 ℃?；剞D(zhuǎn)窯焚燒廢液最大的優(yōu)點是可同時處理固廢和廢液，且?guī)缀踹m用于所有可焚燒處置的廢液[8-9]。

2.3 液體噴射焚燒爐技術(shù)

液體噴射焚燒爐用于處理可以用泵輸送的液體廢棄物，液體噴射焚燒爐分為臥式和立式兩種。處理含鹽廢液和低熔點灰分多的廢液時多采用立式液體噴射焚燒爐[10]。立式液體噴射焚燒爐的燃燒室為內(nèi)置耐火材料的立式圓筒，可以根據(jù)需要調(diào)整圓筒的高徑比，以承受一定程度的熔融結(jié)焦，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。液體噴射焚燒爐結(jié)構(gòu)簡單，有一個或多個燃燒器，液體廢棄物通過噴嘴霧化為細小液滴，在高溫火焰區(qū)域內(nèi)以懸浮態(tài)燃燒，對廢液熱值和霧化質(zhì)量要求較高。良好的霧化是達到含鹽廢液處理的關(guān)鍵，成分復(fù)雜的低熔點鹽可能堵塞噴嘴，降低噴嘴的霧化效果，影響焚燒爐的正常運行。

圖3 液體噴射焚燒爐結(jié)構(gòu)示意圖

鹽類熔點較低，在燃燒高溫煙氣中呈現(xiàn)熔融狀態(tài)，如直接隨煙氣進入后續(xù)煙道及設(shè)備，較易形成在煙道及后續(xù)設(shè)備的結(jié)垢。通常的做法是將煙氣溫度降低到鹽類熔點以下的安全溫度，如采用燃燒煙氣通過誘導(dǎo)管進入冷卻罐將煙氣瞬間冷卻的液中焚燒技術(shù)；采取煙氣循環(huán)的方式，將部分后端溫度較低的煙氣回流至焚燒爐底部，將從焚燒爐排出煙氣的溫度降低的煙氣回流技術(shù)； 增設(shè)凝渣管區(qū)及輻射冷卻室技術(shù)等。

3 含鹽廢液焚燒處理技術(shù)存在問題及展望

3.1 各焚燒設(shè)備存在問題

流化床焚燒爐的主要缺點是當廢液中堿金屬和鹵素含量高時，焚燒過程中生成的堿金屬鹽容易和床料結(jié)合成低熔點的共融體，如果熔化鹽在床內(nèi)積累，最終將導(dǎo)致床料結(jié)焦，流化失效[11]。

回轉(zhuǎn)窯在處理高含鹽廢液時，形成的低熔點鹽類物質(zhì)容易在高溫情況下熔融結(jié)焦，出現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈和熔渣掛壁的現(xiàn)象，造成耐火材料腐蝕、焚燒效率下降； 當?shù)蜔嶂祻U液噴入量較多時，為維持窯內(nèi)溫度，需加入輔助燃料，并通入大量空氣，煙氣中氮氧化物含量較高。

液體噴射焚燒爐對廢液熱值和霧化質(zhì)量要求高，焚燒低熱值廢液時用油或天然氣助燃，運行成本增大；煙氣中NOx含量也較高，需要采用合適的控制措施。在處理高含鹽廢液可能堵塞噴嘴，影響焚燒爐的正常運行。

相對于流化床焚燒爐，回轉(zhuǎn)窯及立式液體噴射焚燒爐更適合于處理高含鹽有機廢液，但仍存在爐體及煙道結(jié)焦結(jié)渣問題。

3.2 焚燒過程中有害物質(zhì)的釋放及處理

廢液除了含有碳、氫、氧外，還含有氮、硫、鹵素等元素，經(jīng)過焚燒處理后，會產(chǎn)生大量酸性氣體，如SO2、HCl、NOx和二惡英。

SO2的排放濃度取決于含鹽廢液中的硫含量，使用流化床進行焚燒處理時，可以利用800～900 ℃這一適合石灰石脫硫的低溫燃燒區(qū)域來進行爐內(nèi)脫硫，能有效減少SO2的排放，在焚燒爐出口對SO2的脫除，可以使用干法煙氣技術(shù)、濕法煙氣技術(shù)及半干法煙氣技術(shù)等。

含鹽廢液焚燒過程中HCl 的排放濃度一般認為與溫度有關(guān)，HCl 排放的控制措施與SO2的脫除類似，在焚燒爐出口洗滌塔中噴入堿水進行中和，可除去煙氣中的大部分酸洗氣體。

NOx的生成速率和生產(chǎn)量與燃燒溫度、 過量空氣系數(shù)等參數(shù)有關(guān)，通過采用低氧燃燒、分段焚燒和煙氣脫硝技術(shù)可有效降低NOx的生成和排放。

抑制二惡英的生成可采用提高焚燒溫度 （一般高于800 ℃），增加煙氣停留時間，尾氣設(shè)備中配置有急冷塔，使高溫煙氣迅速降低至200 ℃以下，防止二惡英再次生產(chǎn)，煙道噴活性炭吸附等方式減少二惡英的生成和排放。

3.3 結(jié)渣及爐體腐蝕

由于含鹽廢液焚燒過程中爐膛的運行溫度高于部分無機鹽的熔點，廢液在焚燒過程中與床料反應(yīng)生成熔點較低的物質(zhì)，這些低熔點物質(zhì)是造成焚燒爐的腐蝕、結(jié)渣的主要原因。減輕結(jié)渣的方法一種是向其中添加合適的添加劑，將堿金屬鹽類包裹起來，形成高熔點物質(zhì)； 另一種方法是適當降低焚燒溫度至無機鹽的熔點以下； 第三種是通過預(yù)處理將堿金屬鹽分離回收。

4 結(jié)論

焚燒處理是處理含鹽廢液的一種行之有效的方法，焚燒技術(shù)可以充分利用高含鹽有機廢液中的熱值，可實現(xiàn)含鹽廢液的減量化、無害化和資源化。三種典型的焚燒爐各有優(yōu)缺點，在系統(tǒng)的設(shè)計和選型時應(yīng)綜合考慮含鹽廢液的特點。

（1）流化床焚燒技術(shù)燃燒穩(wěn)定，爐內(nèi)溫度場均勻，采用二次風增加爐內(nèi)的擾動，焚燒效率高，床層熱容量大，能提供廢液蒸發(fā)、熱解和燃燒所需的熱量。主要缺點是當焚燒含有堿金屬鹽和堿土金屬鹽的廢液時，容易形成低熔點的共融體，導(dǎo)致流化失效。

（2）回轉(zhuǎn)窯焚燒廢液最大的優(yōu)點是進料彈性大，可同時處理固廢和廢液，且?guī)缀踹m用于所有可焚燒處置的廢液，工藝相對簡單、操作性強。主要缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、投資大，處理高含鹽廢液時，形成的低熔點鹽類物質(zhì)容易造成回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈，影響焚燒效率，處理低熱值廢液時氮氧化物生成量高。

（3）液體噴射焚燒爐優(yōu)點是可以處理各種不同成分的廢液，維護及投資費用低。主要缺點是無法處理難以霧化的廢液，在處理高含鹽廢液可能堵塞噴嘴，影響焚燒爐的正常運行。