三废处置及余热回收

一、工艺概述


目前,在新型化工企业(如煤基新材料等)生产过程中,会产生大量有机废气及废液 ,许多废气含有酯 类、烃类、NOX、CO、H2S、NH3 等众多有害气体,废液中含有亚硝酸酯(MN)及醇酯类物质,组分众多, 热值高。这些废物不能直接排放,需要经过环保处理后,方可排向大气。本工艺采用了焚烧、催化转化组 合工段处理废气(液),最终可达国家环保排放标准。


二、工艺原理


本工艺中来自生产装置的有机有害废气(液),与空气在焚烧炉中发生燃烧反应,生成含有 NOx 的烟气, 高温烟气经过焚烧炉下游的余热回收器换热冷却,进入后端的组合式脱硝反应器,烟气在SCR反应器中的 NOx催化转化,然后进入下游的水洗塔后经引风机排向烟囱。余热回收器副产 小于4.0MPaG 的饱和蒸汽, 此蒸汽可并入相应压力等级的蒸汽管网。采用中温选择性催化还原脱硝技术(SCR),利用还原剂液氨, 通过液氨汽化获得还原剂 NH3,在催化剂的作用下,将氮氧化物 NOX(主要是NO)还原为对空气无污染 的N2 和H2O。


三、工艺流程及说明


3.1工艺流程介绍 

本系统工艺流程包括:投料系统、焚烧系统、余热回收系统、烟气达标排放处理系统。其中,投料系统包 括:废气缓冲罐、废液缓冲罐、废液增压泵、废液雾化喷枪等;焚烧系统包括:天然气燃烧器、废气废液 一体化焚烧锅炉、废气燃烧器(含天然气长明灯)、一体化焚烧锅炉鼓风机;余热回收系统包括:废气废 液一体化焚烧锅炉的冷却室、省煤器、连续排污膨胀器、定期排污膨胀器、排污换热器、加药装置、锅炉 给水泵、分汽缸等;烟气达标排放处理系统包括: SCR 脱硝反应系统、尾气洗涤系统、引风机及烟囱等。 


3.2工艺流程说明 

界区外的废液通过管道送至界区内的废液缓冲罐中稳定压力,然后经过废液增压泵增压输送到位于废气废 液一体化焚烧锅炉炉膛顶部的雾化喷枪中,通过向雾化喷枪中通入压缩空气(饱和蒸汽)对废液进行雾化 后喷入焚烧炉膛内进行焚烧。


界区外的废气通过管道送至界区内的废气缓冲罐中稳定压力,然后通过布置在废气废液一体化焚烧锅炉炉 膛侧墙上的废气燃烧器送入焚烧炉膛内进行焚烧。


废气废液一体化焚烧锅炉的焚烧炉膛及冷却室均采用膜式壁的布置形式,膜式壁布置形式具有密封性好、 安全、稳定、使用寿命长、换热面积大等优点。其中,在焚烧炉膛膜式壁内向火侧敷设耐火材料,既可以 保证焚烧炉膛内的燃烧温度,又可以使膜式壁与炉墙形成相互保护作用:耐火材料可保护膜式壁管的表面 腐蚀及烟气冲刷造成的磨损,大大的延长了使用寿命;膜式壁管又可有效的降低耐火材料的表面温度,使 耐火材料不会因为温度过高而开裂脱落。


焚烧炉膛采用顶喷废液,侧烧废气及天然气的方式,即在焚烧炉膛顶部布置废液喷枪,废液通过雾化喷枪 喷入焚烧炉膛内进行焚烧。在焚烧炉膛上部侧面墙布置有废气燃烧器及天然气燃烧器。同时,以四角切圆 的方式布置燃烧器,可增加烟气动力场的扰动,使废液、废气充分的与空气混合,并保证焚烧炉膛内均匀 的空气、烟气动力场,增加废气、废液在焚烧炉膛的燃烧停留时间,使废液、废气在焚烧炉膛内充分燃烧 分解。


焚烧产生的高温烟气经焚烧炉膛膜式壁初步换热后,降至1100℃进入冷却室进行进一步换热降温;冷却室 共有三级,分别布置有多组屏式受热面,节约空间的前提下,极大的增加了换热面积,可有效降低烟气温 度,并充分回收烟气中的热量。 


焚烧炉工艺上采用二次燃烧控制,结构上炉体内部采用二次混合设计,使得有害物质在炉膛内能够完全燃 烧裂解。焚烧炉与下游的余热回收器直接连接,既燃烧后的热烟气通过焚烧炉内花墙后直接进入余热回收 器的管箱,与来自界区的锅炉水经锅炉给水泵加压后进行热量交换,出余热回收器的烟气被冷却至下游脱 硝反应所需要的温度 240~350℃。锅炉水经锅炉水预热器预热至 140~180℃后, 送入中压汽包,经余热 回收器回收热量后产生 4.0Mpa(G)饱和中压蒸汽,最后送出界区,并入全厂相应压力的蒸汽管网。 


SCR 脱硝反应系统: 混合均匀后的含有还原剂氨气的烟气通过 SCR 组合式反应器,反应器内装填三床层 催化剂(两个备用床层),此催化剂具有催化转化 NOx 的功能, NOX 被 NH3 催化还原成N2 和 H2O; 脱硝后的烟气进入锅炉水预热器回收热量,温度降至 142℃,然后进入下游的水洗塔后经引风机,排向业 主现有烟囱。 烟气洗涤降温系统:从锅炉水预热器出来的烟气进入水洗塔。一股循环洗涤液通过安装在水洗塔中上部的 喷头喷入塔内,喷入的洗涤液雾化成小液滴形成泡沫层,有助于烟气急冷增湿,同时烟气中的粉尘与液滴 结合,达到除尘的目的。烟气与循环洗涤液在水洗塔内逆流接触,烟气中的逃逸的氨等被洗涤液充分吸收, 洁净的烟气从水洗塔顶部被送入排气筒排入大气。


四、焚烧设备特点


废液焚烧装置既是工艺生产装置的一部分,又是装置节能减排的重要系统设备,因此,废液焚烧炉是否能 长周期、高效、安全、可靠运行,直接影响装置经济效益。焚烧炉的主要设计原则为:有效分解、破坏各 种工况下废液中的有机、有毒物质,达到排放标准。装置排放的废液中含有多种有机成分,“有效分解、 破坏各种工况下废液中的有机、有毒物质,达到排放标准”是本焚烧装置的主要目的。本焚烧炉装置将按 “3T”设计原则,合理设计废液焚烧系统,组织良好的燃烧动力场,通过高温焚烧和热力氧化,彻底破坏废 液中的有毒、有机成分;通过分级燃烧,降低NOx 排放。由于废液中含有较多的N元素,因此焚烧后的烟 气会存在燃料型NOx,因此焚烧后的烟气NOx 排放有超标风险,本焚烧炉采用分级燃烧工艺、二次混合结 构设计来最大程度减少NOx的生成。


图5. 焚烧炉控制监视系统人机界面.png

5. 焚烧炉控制监视系统人机界面


(1)焚烧炉结构特点 焚烧炉由燃烧器和焚烧炉本体组成,卧式结构,与烟气急冷段、余热锅炉呈“L”形布置。焚烧炉内部采用 二次混合结构设计,增强了废气(液)在炉膛内的混合效果,并延长了停留时间,使得废物在炉膛内焚烧 裂解完全。焚烧炉的功能是焚烧热解处理装置排放的废液废气,以生成无害的CO2、N2、H2O、O2 烟气 组份,使排放的烟气达到排放指标。焚烧炉的炉膛温度控制采用喷水冷却的方式控制,防止炉膛迅速升温, 烧坏内部结构。焚烧炉炉体由外壳板和耐火浇注料组成。

 

(2)焚烧炉衬里材料 

a) 设备衬里采用三层结构,耐磨耐腐层、隔热层、和保温层。耐磨耐腐层衬里使用工况恶劣,必须具备耐 碱腐蚀和颗粒冲刷,隔热层也必须具备耐高温和耐腐蚀又隔热、且线变化小的要求,保温层必须起良好的 保温作用。 

b) 设计按燃烧正常工作温度为≥1100℃,最高使用温度为1690℃,壳体外壁设计温度按小于80℃设计。

c) 炉体耐火材料整体结构部分采用:耐火砖全部采用榫槽拼装结构砌筑。


(3)控制系统 焚烧炉装置工艺控制系统的核心对象是焚烧炉,工艺控制系统的内容主要包括:

  a) 焚烧炉的点火自动程序控制;

  b) 焚烧炉装置工艺参数的自动调节;

  c) 焚烧炉装置的联锁保护;

  d) 焚烧炉装置工艺参数的检测和报警。