有機廢氣廢液處置及余熱回收技術

一、工藝概述

目前,在新型化工企業(如煤基新材料等)生產過程中,會產生大量有機廢氣及廢液 ,許多廢氣含有酯類、烴類、NOX、CO、H2S、NH3 等眾多有害氣體,廢液中含有亞硝酸酯(MN)及醇酯類物質,組分眾多,熱值高。這些廢物不能直接排放,需要經過環保處理后,方可排向大氣。本工藝采用了焚燒、催化轉化組合工段處理廢氣(液),最終可達國家環保排放標準。


二、工藝原理

本工藝中來自生產裝置的有機有害廢氣(液),與空氣在焚燒爐中發生燃燒反應,生成含有 NOx 的煙氣,高溫煙氣經過焚燒爐下游的余熱回收器換熱冷卻,進入后端的組合式脫硝反應器,煙氣在SCR反應器中的NOx催化轉化,然后進入下游的水洗塔后經引風機排向煙囪。余熱回收器副產 小于4.0MPaG 的飽和蒸汽,此蒸汽可并入相應壓力等級的蒸汽管網。采用中溫選擇性催化還原脫硝技術(SCR),利用還原劑液氨,通過液氨汽化獲得還原劑 NH3,在催化劑的作用下,將氮氧化物 NOX(主要是NO)還原為對空氣無污染的N2 和H2O。


三、工藝流程及說明

3.1工藝流程介紹

本系統工藝流程包括:投料系統、焚燒系統、余熱回收系統、煙氣達標排放處理系統。其中,投料系統包括:廢氣緩沖罐、廢液緩沖罐、廢液增壓泵、廢液霧化噴槍等;焚燒系統包括:天然氣燃燒器、廢氣廢液一體化焚燒鍋爐、廢氣燃燒器(含天然氣長明燈)、一體化焚燒鍋爐鼓風機;余熱回收系統包括:廢氣廢液一體化焚燒鍋爐的冷卻室、省煤器、連續排污膨脹器、定期排污膨脹器、排污換熱器、加藥裝置、鍋爐給水泵、分汽缸等;煙氣達標排放處理系統包括: SCR 脫硝反應系統、尾氣洗滌系統、引風機及煙囪等。

3.2工藝流程說明

界區外的廢液通過管道送至界區內的廢液緩沖罐中穩定壓力,然后經過廢液增壓泵增壓輸送到位于廢氣廢液一體化焚燒鍋爐爐膛頂部的霧化噴槍中,通過向霧化噴槍中通入壓縮空氣(飽和蒸汽)對廢液進行霧化后噴入焚燒爐膛內進行焚燒。

界區外的廢氣通過管道送至界區內的廢氣緩沖罐中穩定壓力,然后通過布置在廢氣廢液一體化焚燒鍋爐爐膛側墻上的廢氣燃燒器送入焚燒爐膛內進行焚燒。

廢氣廢液一體化焚燒鍋爐的焚燒爐膛及冷卻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、穩定、使用壽命長、換熱面積大等優點。其中,在焚燒爐膛膜式壁內向火側敷設耐火材料,既可以保證焚燒爐膛內的燃燒溫度,又可以使膜式壁與爐墻形成相互保護作用:耐火材料可保護膜式壁管的表面腐蝕及煙氣沖刷造成的磨損,大大的延長了使用壽命;膜式壁管又可有效的降低耐火材料的表面溫度,使耐火材料不會因為溫度過高而開裂脫落。

焚燒爐膛采用頂噴廢液,側燒廢氣及天然氣的方式,即在焚燒爐膛頂部布置廢液噴槍,廢液通過霧化噴槍噴入焚燒爐膛內進行焚燒。在焚燒爐膛上部側面墻布置有廢氣燃燒器及天然氣燃燒器。同時,以四角切圓的方式布置燃燒器,可增加煙氣動力場的擾動,使廢液、廢氣充分的與空氣混合,并保證焚燒爐膛內均勻的空氣、煙氣動力場,增加廢氣、廢液在焚燒爐膛的燃燒停留時間,使廢液、廢氣在焚燒爐膛內充分燃燒分解。

焚燒產生的高溫煙氣經焚燒爐膛膜式壁初步換熱后,降至1100℃進入冷卻室進行進一步換熱降溫;冷卻室共有三級,分別布置有多組屏式受熱面,節約空間的前提下,極大的增加了換熱面積,可有效降低煙氣溫度,并充分回收煙氣中的熱量。

焚燒爐工藝上采用二次燃燒控制,結構上爐體內部采用二次混合設計,使得有害物質在爐膛內能夠完全燃燒裂解。焚燒爐與下游的余熱回收器直接連接,既燃燒后的熱煙氣通過焚燒爐內花墻后直接進入余熱回收器的管箱,與來自界區的鍋爐水經鍋爐給水泵加壓后進行熱量交換,出余熱回收器的煙氣被冷卻至下游脫硝反應所需要的溫度 240~350℃。鍋爐水經鍋爐水預熱器預熱至 140~180℃后, 送入中壓汽包,經余熱回收器回收熱量后產生 4.0Mpa(G)飽和中壓蒸汽,最后送出界區,并入全廠相應壓力的蒸汽管網。

SCR 脫硝反應系統: 混合均勻后的含有還原劑氨氣的煙氣通過 SCR 組合式反應器,反應器內裝填三床層催化劑(兩個備用床層),此催化劑具有催化轉化 NOx 的功能, NOX 被 NH3 催化還原成N2 和 H2O;脫硝后的煙氣進入鍋爐水預熱器回收熱量,溫度降至 142℃,然后進入下游的水洗塔后經引風機,排向業主現有煙囪。

煙氣洗滌降溫系統:從鍋爐水預熱器出來的煙氣進入水洗塔。一股循環洗滌液通過安裝在水洗塔中上部的噴頭噴入塔內,噴入的洗滌液霧化成小液滴形成泡沫層,有助于煙氣急冷增濕,同時煙氣中的粉塵與液滴結合,達到除塵的目的。煙氣與循環洗滌液在水洗塔內逆流接觸,煙氣中的逃逸的氨等被洗滌液充分吸收,潔凈的煙氣從水洗塔頂部被送入排氣筒排入大氣。


四、焚燒設備特點

廢液焚燒裝置既是工藝生產裝置的一部分,又是裝置節能減排的重要系統設備,因此,廢液焚燒爐是否能長周期、高效、安全、可靠運行,直接影響裝置經濟效益。焚燒爐的主要設計原則為:有效分解、破壞各種工況下廢液中的有機、有毒物質,達到排放標準。裝置排放的廢液中含有多種有機成分,“有效分解、破壞各種工況下廢液中的有機、有毒物質,達到排放標準”是本焚燒裝置的主要目的。本焚燒爐裝置將按“3T”設計原則,合理設計廢液焚燒系統,組織良好的燃燒動力場,通過高溫焚燒和熱力氧化,徹底破壞廢液中的有毒、有機成分;通過分級燃燒,降低NOx 排放。由于廢液中含有較多的N元素,因此焚燒后的煙氣會存在燃料型NOx,因此焚燒后的煙氣NOx 排放有超標風險,本焚燒爐采用分級燃燒工藝、二次混合結構設計來最大程度減少NOx的生成。

  

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(1)焚燒爐結構特點

焚燒爐由燃燒器和焚燒爐本體組成,臥式結構,與煙氣急冷段、余熱鍋爐呈“L”形布置。焚燒爐內部采用二次混合結構設計,增強了廢氣(液)在爐膛內的混合效果,并延長了停留時間,使得廢物在爐膛內焚燒裂解完全。焚燒爐的功能是焚燒熱解處理裝置排放的廢液廢氣,以生成無害的CO2、N2、H2O、O2 煙氣組份,使排放的煙氣達到排放指標。焚燒爐的爐膛溫度控制采用噴水冷卻的方式控制,防止爐膛迅速升溫,燒壞內部結構。焚燒爐爐體由外殼板和耐火澆注料組成。

(2)焚燒爐襯里材料

a) 設備襯里采用三層結構,耐磨耐腐層、隔熱層、和保溫層。耐磨耐腐層襯里使用工況惡劣,必須具備耐堿腐蝕和顆粒沖刷,隔熱層也必須具備耐高溫和耐腐蝕又隔熱、且線變化小的要求,保溫層必須起良好的保溫作用。

b) 設計按燃燒正常工作溫度為≥1100℃,最高使用溫度為1690℃,殼體外壁設計溫度按小于80℃設計。

c) 爐體耐火材料整體結構部分采用:耐火磚全部采用榫槽拼裝結構砌筑。

(3)控制系統

焚燒爐裝置工藝控制系統的核心對象是焚燒爐,工藝控制系統的內容主要包括:

a) 焚燒爐的點火自動程序控制;

b) 焚燒爐裝置工藝參數的自動調節;

c) 焚燒爐裝置的聯鎖保護;

d) 焚燒爐裝置工藝參數的檢測和報警。