1、浙江泰达废液焚烧系统方案设计浙江泰达作物科技有限公司工业“三废”焚烧处理技术方案西安航天源动力工程有限公司中国 西安2015年8月浙江泰达工业“三废”焚烧处理技术方案1 概述浙江泰达作物科技有限公司工艺生产过程中产生的废固、废气及废水需要进行综合焚烧及余热回收处理，本报告根据浙江泰达作物科技有限公司提出的技术要求，给出了“三废”焚烧处理的系统方案，并对其关键设备进行了设备选型及计算，并在工艺系统中预留了炉内脱硝和烟道脱硫接口，对处理过程中的问题进行了详细分析并提出了可行的解决措施。2 设计条件及要求2.1焚烧物数量及特性表2-1 废固数量及特性序号项目形态主要成分委托处置量(吨/年)1啶氧菌酯
2、原药半固甲苯/啶氧菌酯/其他有机杂质等高沸液502肟菌酯原药半固甲苯/肟菌酯 /其他有机杂质等高沸液10固溴化钠、DMF、氟唑环菌胺、有机杂质等高沸液64.13螺甲螨酯原药半固甲苯/石油醚/螺甲螨酯/其他有机杂质高沸液32.4固氯化钾/螺甲螨酯/其他有机杂质高沸液49.44丙硫菌唑原药半固甲苯/丙硫菌唑/其他有机杂质高沸液6.4半固甲苯/乙醇/丙硫菌唑/氯化铁/其他有机杂质高沸液37.15种菌唑半固甲基环己烷/乙酸乙酯/种菌唑/其他有机杂质32.26叶菌唑原药半固甲基环己烷/乙酸乙酯/叶菌唑/其他有机杂质317氟唑环菌胺原药半固甲苯/乙醇/氟唑环菌胺/其他有机杂质6.7半固氯化钾/氟唑环菌胺/
3、水/其他有机杂质54.88联苯吡菌胺原药半固甲苯/乙醇/联苯唑菌胺/其他有机杂质12.2半固氯化钾/联苯唑菌胺/其他有机杂质43.59氟唑菌酰胺原药半固甲苯/乙醇/氟唑菌酰胺/其他有机杂质11.2半固氯化钾/氟唑菌酰胺/水/其他有机杂质48.410氟噻虫砜原药半固甲醇/水/氟噻虫砜/其他有机物35.2半固氟噻虫砜/其他有机物/复合盐110共计(吨/年)634.6表2-2 废气数量及特性序号项目名称产生量年t/a最大浓度mg/m3备注1DMF44.523208合并处理2甲苯93.838613石油醚004乙醇26.424445乙酸乙酯8.88146甲基环己烷6.86307甲醇15.813008HC
4、l0丙硫菌唑原药有9粉尘8.78合计204.9表2-3 废液数量及特性序号项目废水量t/dt/a1啶氧菌酯原药11.2625002肟菌酯原药11.112763螺甲螨酯原药10.62125.34丙硫菌唑原药10.62120.95种菌唑原药13.32661.56叶菌唑原药13.32661.57氟唑环菌胺原药10.621268联苯吡菌胺原药10.62124.99氟唑菌酰胺原药10.62125.210氟噻虫砜原药11.22246.811枯草芽孢杆菌原粉86.218102共计199.3640070.12.2焚烧处理量需求需要将表2-1、2-2和2-3中的废固、废液、废气进行焚烧处理。在本技术方案中，“三
5、废”焚烧处理系统按照每日处理量20t、50t和100t分别进行初步设计。2.3技术指标（1）焚烧能力：立式+卧式含盐废液焚烧炉；（2）投料方式：自动喷入；（3）点火方式：自动点火；（4）采用燃料：表2-1中高热值废固和天然气进行补充助燃；（5）炉内压力：采用负压设计，不逆火；（6）燃烧效率：99.9%；焚毁去除率：99.9%；（7）立式含盐废液焚烧炉温度：1100（8）焚烧炉运行过程中保证系统处于负压状态（-1-6mmH2O），避免有害气体逸出；（9）焚烧炉出口烟气中的氧气含量6%10%（干气）；（10） 烟气停留时间：2秒。2.4安全指标（1）焚烧炉燃烧系统设有安全保护装置，燃烧系统启动不正
6、常时，安全保护装置自动切断燃料供应；（2）焚烧炉停止运转前，(正常停炉和安全程序的停炉)设有燃烧室冷却程序，温度下降到设定值时，冷却程序结束，整套设备停止工作；（3）报警系统：焚烧炉装置电源指示、开关；残烧定时装置以确保炉内无残存之易燃气体与有机物，操作安全可靠；过负荷保护装置，保护电机不致过载；温控燃烧；高低温控制连锁。3 主要标准及依据（1）国家环保局GB184842001危险废物焚烧污染控制标准2002-01-01实施；（2）国家环保局、国家质量监督检验检疫总局GB18597-2001危险废物贮存污染控制标准2002-07-01实施；（3）国家环保局GB16297-1996大气污染物综合
7、排放标准1997-01-01实施；（4）国家环保局GB8978污水排放综合标准（5）环境保护部HJ2036-2013染料工业废液治理工程技术规范（6）危险废物集中焚烧处置工程建设技术规范；（7）其它相关废固、废气和废液焚烧处理的规范。4 技术方案4.1工艺系统方案浙江泰达作物科技有限公司“三废”焚烧处理的工艺流程如下：（1）表2-2中的废气通过废气风机输送到焚烧炉顶烧嘴，在烧嘴中和空气预混点火燃烧。由于废气的热值较低，因此在炉顶烧嘴处补充天然气来维持焚烧系统稳定运行；（2）表2-3中的废水经预处理及过滤处理后，由防腐增压泵送入废水喷枪，废水被充分雾化后喷入焚烧炉中，在约1100的高温环境下进行
8、充分燃烧，废水中的有害物质被充分燃烧分解，生产无危害的高温气体；（3）表2-1中的废固通过密封式刮板输送机送至焚烧炉的废固给料口，由播撒机将其粉碎和播撒至炉膛内，在焚烧炉中进行焚烧处理。产生的烟气通过烟道进入焚烧炉和废热锅炉连接的水平段；（4）废液焚烧炉出口的高温烟气约1100通过废热锅炉回收部分热量，烟气温度降至约550，同时，进废热锅炉的25的软化水被加热，产出0.8Mpa的蒸气。废热锅炉同时设置吹灰装置，在线自动吹灰和清灰；（5）经废热锅炉换热后的烟气经过旋风除尘器除尘后，约500进入急冷塔进行急冷降温，烟气急冷降温后的温度为200；（6）经过急冷降温后的烟气进入静电除尘装置进行进一步的
9、除尘处理，再通过排烟风机送入喷淋吸收塔；（7）烟气进入喷淋吸收塔进行碱洗处理，有效处理烟气中的酸性气体（HCL、SOx及NOx），同时进一步降低烟气中的含尘量，烟气经过喷淋塔顶端的二级屋脊式除雾器后被排送入烟囱。设置工艺水系统，主要用于烟气急冷。根据上述工艺方案，整个“三废”焚烧处理系统可分为3个子系统：“三废”焚烧子系统；烟气热量回收子系统；烟气净化洗涤子系统。三个子系统通过一整套的PLC程序进行控制。本焚烧系统包括的主要设备如下：（1）立式+卧式焚烧炉（包括“三废”的储存与输运、燃烧器、废水喷枪、炉膛、空气风机等）；（2）旋风除尘器；（3）废热锅炉（包括锅炉软化水储存与输送，锅炉除尘装置、
10、锅炉一次及二次仪表，阀门等）；（4）急冷塔；（5）酸性气体喷淋吸收塔（含除雾装置、预留）；（6）静电除尘装置；（7）烟气排送风机。根据以上工艺流程，该废液焚烧装置的主要关键技术包括：（1）焚烧对有机废液的无害化处理技术；（2）废溶剂燃烧器的安全性结构设计和燃烧组织措施；（3）废液喷枪的雾化特性和空间分布；（4）焚烧炉的结构设计及耐火材料的防腐蚀；（5）二噁英的脱除3T+E原则保证及低温段避开措施；（6）盐类排出方式选择及连续排出措施；（7）烟气的颗粒物脱除及酸性气体净化措施；（8）炉膛及后续设备的防堵措施；（9）焚烧系统的自动化运行及安全性保障技术。工艺系统产生的“三废”总量（表2-1、2-2
11、和2-3）分别为废固634.6t/a，废气204.88 t/a和废水1650 t/a。根据业主需求，在本技术方案中，“三废”焚烧处理系统按照每日处理量20t、50t和100t分别进行初步设计。根据前述的工艺流程，系统的工艺流程如图4-1所示。整个系统完成废固、废气、废液、助燃空气、助燃天然气、软化水、冷却水等的供应和烟气净化。系统自带完整的PLC控制系统，来完成对各路流量参数的调节和温度的监控及安全联锁等功能。根据上述的设计方案，为保证焚烧装置的焚烧效率、焚烧去处率等，应保证废水达到很好的雾化效果，燃烧器能在炉膛内形成合适的温度场（约1100），焚烧烟气有较低的流速、足够的停留时间；为防止焚烧
12、后的盐分造成系统管路阻塞，在结构设计上设置吹灰装置和盐收集装置，同时这些地方便于拆卸清理。根据以上工艺流程，该“三废”焚烧处理装置的技术要求为：（1）采用焚烧的方式分别对现有的废固、废气和废液进行处理。（2）考虑到焚烧产生的盐的排出及防堵措施，焚烧炉采用固态排渣方式。“三废”焚烧中产生的盐类，一部分在废热锅炉水冷壁上堆积，通过吹灰系统将其送入灰槽后集中清理，另一部分通过旋风分离器沉积排出；（3）焚烧后废液应达到相应的去处率指标。（4）所提供设备应考虑腐蚀问题。（5）废液焚烧后最终排放的烟气应符合国家相应的排放标准。该“三废”焚烧处理系统的系统流程图如下所示：图4-1 “三废”焚烧处理系统的工艺
13、流程图4.2热力计算4.2.1点火及烘炉烧嘴计算点火及烘炉烧嘴应用的燃料建议用天然气，由于可燃分浓度很高，因此点火及烘炉用助燃气拟采用空气。在进行点火及烘炉烧嘴的设计时，拟采用富空气燃烧的方式，在确定其热力方案时，仅考虑其燃烧能达到的最高温度，通过调节空气量来控制燃烧区的温度达到点火及烘炉的目的。燃料气与空气在当量化学比附近的热力计算结果如下，图4-2给出了不同的空气燃料比与温度的变化关系。P, BAR 1.0000 T, K 2225.26 RHO, KG/CU M 1.4876-1 M, (1/n) 27.523 (dLV/dLP)t -1.00247 (dLV/dLT)p 1.0742
14、Cp, KJ/(KG)(K) 2.1914 GAMMAs 1.1857 SON VEL,M/SEC 892.8 MOLE FRACTIONS *Ar 0.00841 *CO 0.00931 *CO2 0.08530 *H 0.00040 *H2 0.00373 H2O 0.18315 *NO 0.00180 *N2 0.70027 *O 0.00021 *OH 0.00315 *O2 0.00428图4-2 空燃比与温度的变化关系从计算结果可以看出，天然气与空气燃烧可以达到2250，可以满足火焰稳定燃烧的要求，可以通过调节空气与燃料的比值来实现不同温度要求进行烘炉。4.2.2主烧嘴热力计算由2
15、.1节可以看到，本项目的焚烧炉需要能够同时处理废固、废液和废水，并安全稳定运行。根据以上设计方案及设计思路，对焚烧系统中待处理“三废”进行热力计算，热力计算的结果作为后续主体设备的设计依据。热力计算的主要内容如下：在保证焚烧炉炉膛温度1100的基础上对“三废”焚烧所需的助燃空气量及补充的天然气量进行计算。根2.1节中的“三废”参数进行热力计算。热力计算过程中计算条件为：（1）炉温按1100设计；（2）考虑到“三废”中有害物的燃烧效率较低，综合考虑燃烧效率取0.95，热力计算温度约为1370K；（3）“三废”焚烧时必须有天然气的伴烧。a） “三废”处理量20吨/天经计算，所需空气约5100kg/
16、h，参与燃烧的天然气120Nm3/h，废固220kg/h，废气71.1kg/h，废水572.9 kg/h，焚烧后的烟气参数如表4-1所示，焚烧后的烟气成份如表4-2所示。表4.1 “三废”焚烧后的参数表项目单位数值压力Pbar1.0000温度TK1370摩尔质量M/26.979定压热熔Cpkj/(kg)(K)1.4611比热比GAMMAs/1.2685当地音速SON VELm/s731.9表4.2“三废”焚烧后的烟气成份表序号成份名称体积分数（V%）1*Ar0. 7342*CO26.0883FeCL3 0. 0214H2O26.1825HCL 0. 0126*N261.1987*OH 0. 0
17、038*O25.0849NaCl0.27610NaOH0.00411Na2CL20.00912KBr0.03813KCL0.27414KOH0.00815K2CL20.00416*NO0.02617NaBr0.037b） “三废”处理量50吨/天经计算，所需空气约9200kg/h，参与燃烧的天然气220Nm3/h，废固528.8kg/h，废气170.7kg/h，废水1375kg/h，焚烧后的烟气参数如表4-3所示，焚烧后的烟气成份如表4-4所示。表4.3 “三废”焚烧后的参数表项目单位数值压力Pbar1.0000温度TK1360摩尔质量M/26.632定压热熔Cpkj/(kg)(K)1.505
18、3比热比GAMMAs/1.2636当地音速SON VELm/s732.7表4.4“三废”焚烧后的烟气成份表序号成份名称体积分数（V%）1*Ar0.6942*CO26.4443FeCL3 0.0264H2O30.4465HCL 0.0126*N257.8637*OH 0.0038*O23.6789NaCl0.33810NaOH0.00511Na2CL20.01512KBr0.04813KCL0.34114KOH0.0115K2CL20.00716*NO0.02117NaBr0.047c） “三废”处理量100吨/天经计算，所需空气约14200kg/h，参与燃烧的天然气350Nm3/h，废固105
19、7.7kg/h，废气341.5kg/h，废水2750kg/h，焚烧后的烟气参数如表4-5所示，焚烧后的烟气成份如表4-6所示。表4.5 “三废”焚烧后的参数表项目单位数值压力Pbar1.0000温度TK1372摩尔质量M/26.255定压热熔Cpkj/(kg)(K)1.5577比热比GAMMAs/1.2575当地音速SON VELm/s739.2表4.6“三废”焚烧后的烟气成份表序号成份名称体积分数（V%）1*Ar0.6512*CO26.9253FeCL3 0.0324H2O35.0985HCL 0.0176*N254.3067*OH 0.0038*O21.9739NaCl0.40710NaO
20、H0.00611Na2CL20.01912KBr0.05813KCL0.41114KOH0.01215K2CL20.00816*NO0.01617NaBr0.0564.3主要设备结构设计4.3.1焚烧系统设计焚烧系统主要包括：组合式废气烧嘴、废水喷枪、废固投料系统、焚烧炉等。根据4.2中的计算结果，对燃烧器、焚烧炉进行了设计。由于“三废”本身参与燃烧，因此在进行设计时，要充分考虑“三废”本身与空气的充分掺混。并且由于废液成分可能的不稳定，在不满足焚烧温度的情况下需通入燃料气进行助燃。因此在烧嘴设计时，不仅要保证火焰的刚性和充分掺混，还要保证烧嘴在较大工况变化条件下的稳定燃烧。而废液中盐类含量较
21、高，焚烧炉结构需要利于盐类的排出。（1）焚烧炉根据上述要求，废液焚烧炉的总体设计思路如下： 废水喷嘴使用空气辅助雾化喷嘴，提高雾化质量和均匀度；烧嘴的燃气回流区与废水喷雾场相互作用，促进掺混加快废液的蒸发和分解速度； 燃料气和助燃空气选用旋流喷嘴，形成较大燃气回流区，在废液无法稳定燃烧使用燃料气进行助燃时可以提高火焰稳定性，增强炉膛内部的湍流度； 烧嘴的内喷嘴设置缩进长度，烧嘴出口利用耐火材料形成扩口，提高燃烧效率和火焰稳定性； 废液焚烧炉膛考虑较低的烟气流速及较长的停留时间，提高废液的焚烧去处率。炉膛结构设计主要是根据空气及废液分解后形成的烟气量、流速和反应时间来确定其直径和长度。废液焚烧炉
22、为立式焚烧炉，为保证废液的充分分解，控制燃气温度在1100左右，同时保证烟气在炉膛内停留时间在4秒左右。根据烟气总量进行焚烧炉的设计，设计焚烧炉基本尺寸如下：废液焚烧炉参数：处理“三废”量 20t/d；高度 9米；外径 2.7米；钢结构重量 10吨；处理“三废”量 50t/d；高度 11米；外径 3.2米；钢结构重量 14吨；处理“三废”量 100t/d；高度 12米；外径 3.8米；钢结构重量 18吨；图4-2焚烧炉结构外形示意图（2）组合式废气烧嘴整个组合式废气烧嘴采用组合套管式结构，配风器、助燃燃料烧嘴、废气烧嘴同轴布置。为保证燃烧过程稳定进行，在各烧嘴的出口处均设置了相应的稳焰器以稳定
23、火焰；为避免熄火现象的发生，在烧嘴扩口处回流区位置布置值班火焰，值班火焰兼做点火烧嘴使用，燃料使用天然气（流量1Nm3/h），值班火焰使用电子点火器点燃；为实时监测火焰，在废液烧嘴的头部布置三台紫外线火焰检测器，进行远程检测；为便于观察火焰的燃烧情况，预燃室身部及炉膛上布置多个看火孔。燃烧器和烧嘴结构如图4-3所示。图4-3 燃烧器及内部流线示意图燃烧器的结构特点如下： 高性能。在设计合理的情况下，效率高达96%99%； 工况调节能力强。最大调节能力可高达10:1，而仍保持较高的燃烧效率； 结构简单、可靠性高、成本低； 航天特殊材料和燃烧技术保证烧嘴不烧蚀； 强旋流流体输送方式保证高效混合；
24、火焰稳定，火焰刚性好，燃烧温度均匀； 独特的燃烧器控制系统，保证在点火、开工、停工时燃烧装置的安全运行。（3）废水喷枪为了得到较好的雾化质量，需要选择合适的废水喷枪。选用空气辅助雾化喷嘴，利用高速空气流与液体相撞，最终破碎为细小的雾滴。空气雾化喷嘴克服了压力雾化喷嘴在低压高粘流体雾化中的缺点，非常适合应用于工业炉等燃烧装置中。喷嘴方案采用内混式空气雾化喷嘴，废液从中间一环孔喷入混合室，与从侧面对应小孔中喷入的空气发生撞击混合，进行一次雾化。混合室内部压力建立后，气液混合物从端头的环形喷孔喷出，进行二次雾化。为了得到较小而且均匀的雾化液滴直径分布，需要合理调节气孔直径、液孔直径、气液动量比、混合
25、室长度等参数。考虑到废水可以直接参与燃烧反应，而且会放出大量热量，为了保证废水喷雾后的火焰形状和混合效果，需要控制喷雾角度和射流速度，与烧嘴取得较好的匹配性。废水喷嘴的结构如图4-4所示，喷枪头部结构的三维造型如图4-5所示：图4-4 喷嘴结构示意图 图4-5 喷枪头部结构的三维造型图及水试图片4.3.2焚烧炉和废热锅炉水平连接段烟道废液在立式的废液焚烧炉中进行燃烧产生的高温烟气，通过炉底进入水平烟道进行整流，并减少不完全燃烧热损失。水平烟道参数：外径 3.2米；长度 3.5米；钢结构重量 4吨；耐火村里厚度 300mm。4.3.3耐火材料设计耐火材料的设计是保证焚烧炉可靠工作的关键，因此使用
26、的耐火材料必须具备下列特性： 所选用的耐火材料必须具备优异的耐高温，耐冲刷，耐腐蚀性能；（即选用材料必须具备较高的耐火度、较高的强度，必须提高材料的荷重软化点、以及耐腐蚀性能）。 必须提高材料的热震稳定性，以适应装置长期运行中启停炉频繁的工况条件，有效地防止温度的冷热急变在材料内部产生热应力而导致衬里开裂或剥落等情况。 必须具备良好的整体稳定性，并具备较好的抗蠕变性，确保装置在高温状态下长期稳定而可靠地运行。 必须提高耐火材料的制作结构的稳定性；为了使装置能更好地长期稳定可靠运行，减少在冷热急变的情况下砖缝众多，收缩引起的坍塌；各类砖型全部采用大砖公母榫槽拼装结构；砌筑时砖缝全部控制在1mm以
27、内；每块大砖必须有1000T的液压震动压机压制，再经过1650的高温烧结。综合本燃烧炉运行的工况及对耐火材料的技术要求，考虑对各部位工作温度及壳外壁温度要求等因素。对各部位采用耐火材料的方案如下： 本装置衬里采用三层结构，耐磨耐火耐腐层、隔热耐火保温层和耐酸涂料。耐磨耐火耐腐层衬里必须具备第一款中对衬里的各项要求，隔热耐火保温层也必须具备良好的隔热耐火保温作用，耐酸涂料是防止酸性气体对设备的腐蚀。 本设计按燃烧正常工作温度为1000，最高使用温度为1500，壳体外壁设计温度为100左右设计。 本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，隔热层浇注料采用振捣和捣打施工。A 锚
28、固钉采用型或者V型、材质为Cr25Ni20，间距为200200mm顶部均布；B 筒体防腐采用耐酸涂料整体涂刷2mm；C 工作层采用刚玉砖，施工厚度为200mm；D 隔热耐火保温层采用莫来石保温浇注料，施工厚度为200mm；E 膨胀缝采用含锆高铝陶瓷纤维毡；F 砖缝采用铬刚玉耐火胶泥粘结。刚玉砖设计形状如图4-7所示，主要耐火材料技术指标见表4-5，耐火材料的三层结构示意图如图4-8所示：图4-7 耐火材料结构示意图表4-3 主要耐火材料性能参数项 目铬刚玉砖莫来石保温浇注料耐酸涂料体积密度g/cm33.41.32.0最高使用温度17001200耐火度17801300耐酸度 96耐压强度 MPa9012110粘结合抗拉强度2MP化学成份%Al2O390SiO2 90%Cr2O35最高使用温度 400导热系数W/m.k3502.53500.44.3.4废热锅炉废热锅炉能有效回收高温烟气中的余热，产生具有一定压力和温度的蒸汽，可用于企业生产、采暖等，
