李祥金，王軍華，馬彩鳳，張吉曄，侯曉培

(山東彩客東奧化學(xué)有限公司，山東 東營(yíng) 257000)

0 引言

隨著我國(guó)化工行業(yè)的高速發(fā)展，高濃有機(jī)化工廢水日漸增多，采用常規(guī)的處理方法很難處理。鑒于高濃有機(jī)廢水有一定的熱值，采用焚燒的方法處理既可以簡(jiǎn)單有效的處理廢水，又可以回收部分熱量，降低成本，同時(shí)有害物質(zhì)被燃燒分解，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的[1]，因此焚燒爐被廣泛應(yīng)用于處理高濃廢水。目前本公司即采用該方法處理高濃廢水，但目前從焚燒爐出來(lái)的鹽溫度較高，造成鹽在包裝、儲(chǔ)存、和運(yùn)輸時(shí)常將包裝袋燙壞，鹽外漏，造成環(huán)境污染，因此需要降低出鹽溫度來(lái)解決此問(wèn)題。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 焚燒爐流程簡(jiǎn)述

目前公司使用的焚燒爐是將高濃鹽水利用入爐堿液泵加送到爐前，經(jīng)廢液噴槍霧化后噴入爐膛，霧化后的高濃鹽水進(jìn)入爐膛后，在高溫環(huán)境下逐漸失去水分形成可燃燒的物質(zhì)，進(jìn)一步燃燒，燃燒后形成細(xì)微的粉塵隨煙氣進(jìn)入尾氣處理系統(tǒng)，處理后的粉塵經(jīng)埋刮板機(jī)輸送至灰斗后再包裝，回收Na2CO3；未充分燃燒的顆粒落到焚燒爐底部繼續(xù)燃燒，直至燃燒充分。燃燒充分的鹽呈熔融狀，經(jīng)過(guò)溜子槽冷卻后排入收集裝置[2]。

電除塵器是兩塊電極板之間形成靜電場(chǎng)[3],廢堿燃燒后形成細(xì)微的粉塵隨煙氣進(jìn)入電除塵器時(shí)，其中99.67%粉塵被捕集吸附在電極板上，達(dá)到粉塵與氣體分離的目的，沉積在電極上的粉塵通過(guò)振打掉落在電除塵器的料倉(cāng)內(nèi)，借助于刮扳機(jī)收集到灰斗再到包裝機(jī)包裝[4]。

天然氣(或燃料油)、高濃鹽水在爐內(nèi)燃燒產(chǎn)生的煙氣與鍋爐給水泵送來(lái)的除氧水在一、二級(jí)省煤氣以及從空氣加熱器來(lái)的空氣換熱后經(jīng)電除塵器由引風(fēng)機(jī)引入50 m高煙囪排空。

燃燒所需要天然氣和高濃鹽水液等根據(jù)工廠生產(chǎn)的情況，進(jìn)行調(diào)整。燃料在爐膛內(nèi)燃燒，以提高燃燒溫度，從而使?fàn)t膛底部溫度達(dá)到1 100 ℃以上。爐內(nèi)燃燒所需要的空氣由鼓風(fēng)機(jī)提供，鼓風(fēng)機(jī)鼓出的冷空氣經(jīng)空氣加熱器預(yù)熱到120～150 ℃，再在板式換熱器中與煙氣換熱到250～300 ℃分二股即一次風(fēng)、二次風(fēng)送入爐內(nèi)。當(dāng)鍋爐采用墊層燃燒工藝時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)三吹風(fēng)預(yù)熱到150 ℃直接進(jìn)入爐膛上部，作為補(bǔ)充空氣，提高燃燒效果，同時(shí)減少煙氣中的粉塵含量。

鍋爐給水泵將除氧水先送到一級(jí)省煤器，再流入二級(jí)省煤器后進(jìn)入上鍋筒，經(jīng)下降管到水冷壁下集箱、冷水壁上集箱、水冷屏下集箱、上集箱，在爐膛內(nèi)吸熱形成汽水混合物再回到上鍋筒，在上鍋筒內(nèi)汽水分離，產(chǎn)生1.8 MPa的飽和蒸汽，而水繼續(xù)循環(huán)。

1.2 焚燒爐出鹽溫度高的危害

焚燒爐出鹽溫度高會(huì)造成很多危害，其中有兩點(diǎn)最為常見(jiàn)，一種是焚燒爐出鹽溫度高容易燙傷操作人員，造成安全事故。另一點(diǎn)是焚燒爐出鹽溫度高會(huì)嚴(yán)重影響出鹽的儲(chǔ)存、包裝和運(yùn)輸?shù)裙ば?。因?yàn)楦邷貢?huì)使包裝袋發(fā)脆，增大破損率，包裝袋損壞后，鹽會(huì)外流至包裝袋外，造成環(huán)境污染和操作工人勞動(dòng)環(huán)境惡化。因此要降低焚燒爐出鹽溫度，避免上述情況發(fā)生。

1.3 焚燒爐出鹽溫度高的原因分析

焚燒爐出鹽主要分為溜子槽處出鹽和電除塵器的料倉(cāng)出鹽。溜子槽直接連接爐膛，出鹽溫度在800 ℃左右，溫度較高，經(jīng)過(guò)循環(huán)水換熱降溫后進(jìn)入收集裝置。電除塵器的料倉(cāng)出鹽助于刮扳機(jī)收集到收集裝置。以上兩種鹽混合后進(jìn)入收集裝置，收集后在使用包裝機(jī)包裝。

焚燒爐出鹽溫度高的主要原因是冷卻裝置冷卻效果不好造成的，而造成冷卻裝置冷卻效果不好的原因主要有以下三個(gè)方面：

(1)廢液霧化后未充分燃燒的顆粒落到焚燒爐底部，并繼續(xù)燃燒，直至燃燒充分。燃燒充分的鹽呈熔融狀，經(jīng)過(guò)溜子槽冷卻后排入收集裝置。溜子槽口堵塞，疏通后高溫鹽進(jìn)入冷卻裝置較正常時(shí)多，造成冷卻裝置換熱面積不夠，冷卻效果不好，達(dá)不到預(yù)期效果，造成焚燒爐出鹽溫度高。

(2)從廢液噴嘴噴出的黑液滴可能粘在水冷壁上形成固形物，要是其達(dá)到一定量時(shí)，可能成塊造成風(fēng)嘴堵塞，因此需要定期將水冷壁上的固形物打落，打落后的固形物進(jìn)入爐膛底部，由于爐膛底部溫度達(dá)到900 ℃以上，固形物在高溫下呈熔融狀態(tài)經(jīng)溜子槽初步冷卻后排入收集裝置，突然增加的高溫固形物使冷卻裝置達(dá)不到預(yù)期的冷卻效果，從而造成焚燒爐出鹽溫度高。

(3)電除塵器是兩塊電極板之間形成靜電場(chǎng)，廢堿燃燒后形成細(xì)微的粉塵隨煙氣進(jìn)入電除塵器時(shí)，其中99.67%粉塵被捕集吸附在電極板上，達(dá)到粉塵與氣體分離的目的，煙氣由引風(fēng)機(jī)引入50 m高的煙囪排空。

沉積在電極上的粉塵通過(guò)振打掉落在電除塵器的料倉(cāng)內(nèi)，借助于刮扳機(jī)收集到灰斗再到包裝機(jī)包裝。

煙氣溫度低，水分高，塵料的水分也高，導(dǎo)電性增大，有利于沉淀；但煙氣溫度過(guò)低。水份太大會(huì)使粉塵發(fā)粘，不易從陽(yáng)極板上震落，反而影響除塵效率，而且增加設(shè)備腐蝕。所以，電除塵器進(jìn)口溫度不得低于197 ℃，即高于露點(diǎn)溫度，沉積在電極上的粉塵通過(guò)定期振打掉落在電除塵器的料倉(cāng)內(nèi)，借助于刮扳機(jī)收集到灰斗再到包裝機(jī)包裝。打落掉的粉塵在高溫區(qū)(溫度大于240 ℃)直接掉落下，不能及時(shí)冷卻，從而造成焚燒爐出鹽溫度高。

通過(guò)觀察，目前焚燒車(chē)間在正常運(yùn)行時(shí)包裝袋沒(méi)有損壞，說(shuō)明包裝袋可以承受該溫度，但當(dāng)打水冷壁上的固形物時(shí)和振電極上的粉塵時(shí)包裝袋時(shí)常被燙壞，且打水冷壁上的固形物時(shí)包裝袋燙壞的幾率明顯高于振電極上的粉塵時(shí)。

1.4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

為了驗(yàn)證上述分析，分別對(duì)溜子槽內(nèi)物料溫度和包裝袋內(nèi)物料溫度在以下情形下進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

從以上數(shù)據(jù)可以看出，振電極上的粉塵時(shí)溫度與正常運(yùn)行時(shí)溫度差別不是很大，但接近包裝材質(zhì)的熔點(diǎn)250 ℃，需要降溫，當(dāng)打水冷壁上的固形物時(shí)溜子槽內(nèi)鹽的溫度明顯高于正常運(yùn)行時(shí)的溫度，驗(yàn)證了上面的分析，混合后的溫度在280 ℃左右，高于包裝材質(zhì)的熔點(diǎn)250 ℃，易將包裝燙壞，因此需要將此時(shí)的鹽降溫后再進(jìn)行包裝。

2 降溫工藝設(shè)計(jì)與主體設(shè)備設(shè)計(jì)

2.1 降溫工藝設(shè)計(jì)

由上述分析可知，打水冷壁上的固形物時(shí)出鹽溫度高，有時(shí)出鹽接觸包裝的溫度已經(jīng)超過(guò)包裝材質(zhì)的熔點(diǎn)，直接導(dǎo)致噸包燙壞，因此減少?lài)嵃鼱C壞最直接的、最有效的辦法是降低出鹽溫度。

降溫的方法有很多，工業(yè)上常用的換熱方式有直接接觸式、蓄熱式和間壁式換熱。直接接觸式是通過(guò)冷、熱流體的直接接觸、混合進(jìn)行熱量交換。由于兩流體混合換熱后必須及時(shí)分離，這類(lèi)換熱器適合于氣、液兩流體之間的換熱。例如，化工廠和發(fā)電廠所用的涼水塔中，熱水由上往下噴淋，而冷空氣自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飛沫及水滴表面，熱水和冷空氣相互接觸進(jìn)行換熱，熱水被冷卻，冷空氣被加熱，然后依靠?jī)闪黧w本身的密度差得以及時(shí)分離。蓄熱式換熱器是利用冷、熱流體交替流經(jīng)蓄熱室中的蓄熱體(填料)表面，從而進(jìn)行熱量交換的換熱器，如煉焦?fàn)t下方預(yù)熱空氣的蓄熱室。這類(lèi)換熱器主要用于回收和利用高溫廢氣的熱量。以回收冷量為目的的同類(lèi)設(shè)備稱(chēng)蓄冷器，多用于空氣分離裝置中。間壁式換熱的冷、熱流體被固體間壁隔開(kāi)，并通過(guò)間壁進(jìn)行熱量交換的換熱器，因此又稱(chēng)表面式換熱器，這類(lèi)換熱器應(yīng)用最廣。基于上面三種換熱方式的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇間壁式換熱[5]。

降低出鹽溫度有兩個(gè)方案，一個(gè)方案是將溜子槽后原有的降溫系統(tǒng)進(jìn)行改造，增大冷卻裝置的換熱面積，該方案的優(yōu)點(diǎn)是增加換熱面積后能夠有效的降低出鹽溫度，但這樣改造勢(shì)必會(huì)增大設(shè)備體積，改造期間需要停車(chē)改造，配套的一些設(shè)施需要同時(shí)改造，工期較長(zhǎng)，投資較大，且該方案不能解決振電極上的粉塵時(shí)的高溫問(wèn)題，因此不選擇該方案。另一種是在目前出鹽系統(tǒng)后增加一個(gè)裝置，用于出鹽二次降溫，這樣既可以降低打水冷壁上的固形物時(shí)出鹽的溫度，也可以降低振電極上的粉塵時(shí)時(shí)降落的鹽的溫度。該方案可以有效避免第一種方案的弊端，因此選擇第二種方案。

依據(jù)第二種方案對(duì)現(xiàn)有裝置進(jìn)行改造，在原包裝口增加二次降溫裝置，增加的裝置主要包括四個(gè)部分，分別為一級(jí)冷卻器、分料器、二級(jí)冷卻器和包裝器，具體工藝流程如下：原包裝口出來(lái)的鹽進(jìn)入一級(jí)冷卻器進(jìn)行降溫，鹽經(jīng)過(guò)降溫后再通過(guò)分料器將鹽定時(shí)的分到兩個(gè)二級(jí)冷卻器，進(jìn)行再次降溫，降至溫度達(dá)標(biāo)后進(jìn)行包裝。

2.2 主體設(shè)備設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)裝置工藝進(jìn)行分析對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造，在原包裝口增加一套降溫裝置，降溫裝置如圖1所示。

圖1 焚燒爐出鹽冷卻裝置

降溫裝置是在原包裝口增加一級(jí)冷卻器，一級(jí)冷卻器分為一級(jí)冷卻器儲(chǔ)料倉(cāng)和一級(jí)冷卻器降溫裝置，一級(jí)冷卻器儲(chǔ)料倉(cāng)用于承裝原包裝口下來(lái)的鹽，鹽在流入儲(chǔ)料倉(cāng)的過(guò)程中有一個(gè)自然降溫，鹽在儲(chǔ)料倉(cāng)后停留一段時(shí)間。停留的過(guò)程中，在儲(chǔ)料倉(cāng)外側(cè)加一級(jí)冷卻器降溫裝置，即在儲(chǔ)料倉(cāng)外面加一個(gè)套筒，套筒內(nèi)通入流動(dòng)的冷卻介質(zhì)(流動(dòng)介質(zhì)為循環(huán)水等)，流動(dòng)的冷卻介質(zhì)將儲(chǔ)料倉(cāng)內(nèi)鹽的熱量帶走，將鹽的溫度降至240 ℃左右。

經(jīng)過(guò)一級(jí)冷卻器的鹽進(jìn)入分料器，分料器采用自動(dòng)控制系統(tǒng)，分料器內(nèi)分布多個(gè)葉片，用于將鹽輸送至二級(jí)冷卻器。同時(shí)分料器內(nèi)的葉片旋轉(zhuǎn)方向定時(shí)更換，用于將鹽分配至兩個(gè)二級(jí)冷卻器。

經(jīng)過(guò)分料器將鹽循環(huán)往兩個(gè)二級(jí)冷卻器輸送。二級(jí)冷卻器同樣分為二級(jí)冷卻器儲(chǔ)料倉(cāng)和二級(jí)冷卻器降溫系統(tǒng)，鹽進(jìn)入二級(jí)冷卻器的鹽在二級(jí)冷卻器儲(chǔ)料倉(cāng)內(nèi)停留一段時(shí)間，停留的過(guò)程中在二級(jí)冷卻器儲(chǔ)料倉(cāng)外側(cè)加一個(gè)鹽降溫系統(tǒng)，即在為儲(chǔ)料倉(cāng)外面加一個(gè)套筒，套筒內(nèi)有流動(dòng)的冷卻介質(zhì)，冷卻介質(zhì)將鹽的熱量帶走，將鹽的溫度降至120 ℃左右。每個(gè)二級(jí)冷卻器后面加一個(gè)包裝器，包裝器系統(tǒng)采用自動(dòng)罐包的形式，當(dāng)二級(jí)冷卻器內(nèi)的物料達(dá)到一定的質(zhì)量后，包裝器自動(dòng)打開(kāi)，鹽隨即進(jìn)入包裝袋。

3 對(duì)比驗(yàn)證試驗(yàn)

在原有設(shè)備上改造后，在對(duì)比安裝降溫裝置前后數(shù)據(jù)，如表2所示。

表2 安裝降溫裝置前后監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

從以上數(shù)據(jù)可以看出，正常運(yùn)行時(shí)，鹽經(jīng)過(guò)降溫裝置后可由150 ℃左右降溫110 ℃左右；打水冷壁上的固形物時(shí)，鹽經(jīng)過(guò)降溫裝置后可由290 ℃左右降溫130 ℃左右；振電極上的粉塵時(shí)，鹽經(jīng)過(guò)降溫裝置后可由220 ℃左右降溫120 ℃左右。各種情況下的出鹽溫度得到有效降低，且溫度降至包裝材質(zhì)的熔點(diǎn)以下，極大地減少因?yàn)楦邷貭C壞包裝的幾率，避免造成環(huán)境污染和操作工人勞動(dòng)環(huán)境惡化。

4 結(jié)語(yǔ)

焚燒爐出鹽溫度高會(huì)帶來(lái)很多危害，為了避免這些危害，本文對(duì)降溫措施進(jìn)行了研究，并設(shè)計(jì)出一種小型的出鹽冷卻裝置。通過(guò)對(duì)工藝技術(shù)進(jìn)行改造，增加了焚燒爐出鹽的降溫時(shí)間，使出鹽溫度由平均290 ℃降至120 ℃，有效地降低了出鹽溫度，且該裝置實(shí)現(xiàn)了灌裝半自動(dòng)化。更換后沒(méi)有再發(fā)生燙壞噸包的事情，因此該改造方案較為合理。

該裝置運(yùn)行后實(shí)現(xiàn)了出鹽連續(xù)穩(wěn)定低溫運(yùn)行，該焚燒爐出鹽降溫裝置具有體積小、拆裝方便、實(shí)用性強(qiáng)、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，可以有效控制焚燒爐鹽出料溫度，為后續(xù)包裝創(chuàng)造的合理的安全作業(yè)條件。