含鹽廢水焚燒處理技術在化工行業的應用

楊麗峰歐薩斯能源環境設備（南京）有限公司上海分公司 （上海　200051）

節能環保

含鹽廢水焚燒處理技術在化工行業的應用

楊麗峰
歐薩斯能源環境設備（南京）有限公司上海分公司 （上海200051）

介紹了德國歐薩斯有限公司特有的含鹽廢水焚燒技術在上海華誼丙烯酸有限公司32萬t/a丙烯酸及酯項目中的應用，重點闡明了該廢水焚燒爐的設計原則和主要技術優勢，為化工生產裝置含鹽廢水的處理和熱量回收提供參考。

含鹽廢水焚燒爐余熱鍋爐焚燒丙烯酸

0　引言

化工行業產生的含有機物的高濃度含鹽廢水的處理是環保治理領域的一大難題，例如生產丙烯腈、丙烯酸及酯、甲基丙烯酸甲酯等的化工裝置中都會產生含有機物的高濃度含鹽廢水。若將這些含鹽廢水直接排放，會對環境造成嚴重污染，并且由于廢水中所含的高濃度鹽分會抑制生物細菌的生長，甚至會殺滅生物細菌，導致現有的生化處理技術無法用于該類廢水的降解處理。高溫氧化焚燒處理技術可以分解該類廢水中所含的有毒有害有機物質，為該類廢水的治理和滿足環保排放要求提供了一種切實可行的處理方法。雖然含有機物廢水焚燒技術的應用已經較為廣泛，但是含有機物的高濃度含鹽廢水的處理具有自身的特殊性，仍然存在諸多問題需要解決，其中焚燒爐熱效率低和耐火材料壽命短是兩個突出問題。

含有機物的高濃度含鹽廢水通常含有酸根離子、堿金屬離子和鹵素離子等腐蝕性物質，其中，鹽分為有機鹽和無機鹽。有機鹽經過焚燒后分解為二氧化碳、水和無機鹽；而無機鹽在高溫焚燒時通常不會發生化學變化，僅僅是形態發生改變，例如由固體變為熔融態的液體等。對于生產丙烯腈、丙烯酸及酯、甲基丙烯酸甲酯等的裝置所產生的含鹽廢水，其經過焚燒處理后所產生的無機鹽通常為硫酸鈉、亞硫酸鈉和碳酸鈉等。這些無機鹽混合物的熔點一般在700℃左右，而爐膛的焚燒溫度都高達1200℃，為了避免熔融態的鹽黏結在鍋爐的管壁上，通常采用激冷的方式，即向爐膛中噴水或注入冷風，使高溫煙氣在有限的空間和短暫的時間內降溫［1］。這種激冷的方法會造成煙氣焓值驟降，從而降低了焚燒爐的熱量回收效率，這樣直接體現在余熱鍋爐的蒸汽產量上。

另外，熔融態的無機鹽容易使耐火材料中的氧化鋁在高溫下產生損壞，從而導致耐火材料的結構被破壞，因而失效。一般情況下，焚燒爐運行3～4年后就需要更換耐火材料，這降低了焚燒爐的可用率，增加了焚燒爐的運行成本［2］。

本文將著重介紹德國歐薩斯有限公司的含鹽廢水焚燒技術，在上海華誼丙烯酸有限公司32萬t/a丙烯酸及酯項目中的應用。該焚燒技術以其獨特的工藝設計和結構布置解決了上述兩個關鍵問題。

1　應用實例

1.1廢水處理量

32萬t/a丙烯酸及酯項目產生的含鹽廢水主要來自丙烯酸丁酯裝置、丙烯酸裝置精制單元間歇產生的堿洗廢液以及高吸水性樹脂裝置開停車間歇產生的廢水，焚燒爐的最大設計含鹽廢水處理量約為4.5t/h。

1.2排放要求

該項目煙氣排放要求遵循的標準包括：GB 16297—2004《大氣污染物綜合排放標準》和DB 31/767—2013《危險廢物焚燒大氣污染物排放標準》（上海市地方標準）。其中，排放濃度限值采用日均值。具體的排放限值見表1。

表1　煙氣中污染物的排放限值mg/Nm3

目前，由德國歐薩斯有限公司承接的上海華誼丙烯酸有限公司的含鹽廢水焚燒爐，正處于施工安裝階段，根據歐薩斯技術在歐洲同類丙烯酸裝置含鹽廢水處理焚燒爐系統的實際應用情況，預期使用該技術對含鹽廢水進行處理后，可以達到上表中的排放要求。

1.3設計原則

上海華誼丙烯酸有限公司的含鹽廢水焚燒爐布置圖如圖1所示。

圖1　上海華誼丙烯酸有限公司含鹽廢水焚燒爐布置圖

該設計遵循的主要原則如下：

（1）焚燒爐為立式布置，保證鹽和其他灰分能夠順利從焚燒爐下部的出灰口排出。

（2）焚燒爐的第一段和第二段采用膜式水冷壁，它既是焚燒室的一部分，又是余熱鍋爐的蒸發受熱面，內襯特殊的耐火材料。耐火材料的厚度應保證其表面溫度低于鹽的熔點溫度。

（3）燃燒器布置在焚燒室的頂部，分級分段進料配風，減少氮氧化物的產生；采用壓縮空氣霧化廢水，廢水噴槍為超音速噴槍，可保證廢水的充分霧化和徹底氧化。

（4）采用水冷的雙螺桿除渣機將熔融的鹽冷卻并輸送至灰倉。（5）采用蒸汽吹灰器定期清潔鍋爐的受熱面。（6）固體鹽顆粒（少量）和灰將由系統下游布置的布袋除塵或靜電除塵器清除。

（7）采用非選擇性催化脫硝和干法脫酸設備進行煙氣凈化。

1.4技術特點和優勢

1.4.1立式布置有利于清灰，減輕管壁腐蝕和污染

對于焚燒爐膛或余熱鍋爐，立式的布置更有優勢，原因是采用立式的布置方式，在重力的作用下，將有很大一部分的鹽和灰從系統下半部的灰斗方便地排出，減輕了下游除塵設備的負擔。而采用水平布置時，鹽和灰容易沉積在換熱面上，會造成換熱面積灰，影響換熱效果，甚至造成管子腐蝕或煙氣搭橋；即使采用蒸汽吹灰裝置清灰，仍然無法緩解鹽對管壁的腐蝕和污染。

1.4.2冷卻的焚燒室系統（水冷壁）可顯著延長耐火材料使用壽命

與絕熱焚燒室相比，膜式壁焚燒室在降低鹽對耐火材料的侵蝕性方面的效果要好得多。當煙氣中的鹽接觸到耐火材料時，會停留在耐火材料表面，當鹽的溫度降至650～800℃之間時，鹽會滲透到耐火材料內部。當爐膛溫度發生波動時，鹽和耐火材料形成的共晶體會導致局部體積改變，從而在耐火材料上形成裂縫，這種鹽對耐火材料的侵蝕現象又被稱為“堿爆破”。而膜式壁爐膛表面穩定的溫度場會減緩這種侵蝕，同時冷卻的鹽結晶體會填滿并修復縫隙，從而保護耐火材料免受進一步的破壞。

在常規的絕熱爐膛內，耐火磚的厚度很厚（超過300 mm），有侵蝕性的鹽化合物會侵蝕擴散到耐火材料的內部并結晶。由于結晶處的膨脹系數與耐火材料不同，導致耐火磚產生裂縫和腐蝕，經過一段時間后，耐火磚就必須更換。

膜式壁的冷卻可以使焚燒室內部形成由熔融態鹽、冷卻的結晶鹽、耐火材料（需要的材料厚度很薄）組成的穩定的層狀結構。其中，很薄的耐火材料只是用于幫助快速形成第一層結晶鹽層，結晶鹽層會慢慢加厚，直至其表層溫度達到鹽的熔點，這樣在耐火材料表面會形成鹽的氣液共存的穩定結構。當系統工況發生波動時，鹽熔融層厚度會有所改變，由于外層膜式壁的恒溫冷卻作用，可以使三相共存的鹽層維持動態穩定。同時，鹽層還會填補耐火材料間的小縫隙，起到修復耐火材料的作用。

國外的化工或者印染行業甚至采用了無耐火材料內襯的膜式壁焚燒爐。在這種焚燒爐的爐膛中焊接銷釘，有助于鹽在膜式壁上的沉積。在焚燒爐運行兩年后，鹽在膜式壁上形成完整的覆蓋，其作用相當于耐火材料。

對于絕熱焚燒爐，由于焚燒爐內最高溫度可達1700℃，耐火材料的材料費用占初投資的比例很大，而且其維護費用也很高；采用膜式壁不但可以大大降低初投資，并且幾乎不會產生維護費用。

1.4.3冷卻膜式壁對抗酸腐更有優勢

膜式壁管壁溫度為270℃左右，遠高于露點腐蝕溫度。而在絕熱焚燒室中，外壁溫度一般在60℃左右，酸性氣體會從耐火材料縫隙中擴散到外壁上，產生酸腐。

1.4.4將鹽和灰分分三處從系統中清除，增加了系統的可靠性，降低了能耗

該焚燒爐有三個清灰點：30%的鹽和灰分從焚燒爐第一和第二通道下的出渣口排出；25%的鹽和灰分從余熱鍋爐下部的灰斗排出；剩余的鹽和灰分將通過袋式或其他形式的除塵器收集。利用輸送設備，將這些灰分收集到灰倉中進行統一處理。而傳統的焚燒爐僅僅依靠除塵器來收集鹽和灰分，除塵器的體積巨大，風機阻力高，初投資和能耗都很高。

1.4.5系統熱效率高，更經濟環保

為了保證化學物質的徹底氧化，焚燒爐內最高溫度可達1700℃，而煙氣在到達余熱鍋爐的換熱面之前，其溫度需要降至700℃左右。傳統的焚燒爐采用向爐膛內噴入冷風或冷水的方法，來降低煙氣溫度，損失了煙氣從1700℃降至700℃所釋放出的熱量。而德國歐薩斯有限公司采用帶膜式水冷壁的焚燒爐，利用膜式蒸發面來冷卻焚燒爐內的高溫煙氣，其蒸汽產量比傳統焚燒爐高出15%左右，且熱效率更高，更加經濟環保。

2　結語

化工行業產生的含有機物的高濃度含鹽廢水的處理是環保治理領域的一大難題，由于高濃度鹽分會抑制生物細菌的生長甚至會殺滅生物細菌，導致現有的生化處理技術無法用于該類廢水的降解處理。高溫氧化焚燒處理技術可以分解該類廢水中所含的有毒有害有機物質，為該類廢水的治理和滿足環保排放要求提供了一種切實可行的處理方法。

鑒于德國歐薩斯有限公司的含鹽廢水焚燒處理技術在歐洲等地已成功應用，近年來，國內已有多家企業引進和采用了該項技術，并將其應用于丙烯腈、丙烯酸及酯、甲基丙烯酸甲酯等化工裝置的高濃度含鹽廢水的處理。但該類含鹽廢水焚燒爐系統具有自身的特殊性，需要企業在實際應用中不斷地總結運行管理和系統維護等方面的經驗，使該技術的應用日臻完善。

The application of Salt-contained Waste Water Incineration Technology in Chemical Industry

Yang Lifeng

The application of salt-containing waste water incineration technology from Oschatz GmbH in 320 000 t/a acrylic acid and ester project of Shanghai Huayi Acrylic Acid Limited is introduced.Besides，the design principles and main technical strengths of waste water incinerator are emphatically introduced to provide reference for the salt-containing waste water treatment and heat recovery of chemical production unit.

Salt-containing waste water；Incinerator；Waste heat boiler；Incineration；Acrylic acid

TQ052.7

2016年6月

楊麗峰女1979年生碩士工程師目前從事環保節能方面的工作

［1］BHAN R.Incinerate and eliminate［J］.Hydrocarbon Engineering，2009，14（6）:63，66，68.

［2］闞紅元.賽科丙烯腈廢水焚燒爐簡介 ［J］.化工設備與管道，2007，44（5）:24-27.

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