利用污泥干化十焚烧炉技术处理化工废物

摘 要：以独山子石化公司乙烯厂化工“三废”的处理为例，分析讨论了焚烧技术在处理工业废物中的应用。研究结果表明，选择回转窑焚烧炉对化工“三废”进行焚烧处理是合理的，可较好地实现工业废物的减量化，无害化的目标以及发放的处理资源化的目标。

关键词：化工废物；污泥干化；焚烧炉

中国石油独山子石化分公司是一个目前拥有：炼油部分1000万吨/年（主要加工进口哈萨克斯坦的含硫原油）、化工部分乙烯能力达到120万吨/年，如此大型的炼化企业，所产生的工业 废物（废渣、废液、废气）数量巨大、种类繁多，如果没有配套的废物处理装置，那么对环境的危害是不可估量的。

1、化工废物来源

危险废物主要是指具有毒害性、易燃性、腐蚀性、反应性、浸出毒性和传染疾病性等特性之一，且由于其数量、浓度、物理化学性质或易传播性，引起死亡率增加，无法治愈的疾病发病率增高或者对人体健康或环境造成危害的固体、半固体、液体废物等。

根据项目环评和总体设计，本装置主要负责全厂区各装置生产操作过程中产生的无法回收利用的固体和液体废物处理。按照现阶段整个工程各装置最新提供的“废渣/液排放及其处理表”数据，这些固体和液体废物主要包括：废焦炭、焦油、废离子交换树脂等固体480 吨/年，废油、废环丁砜、废矿物油、芳烃类溶剂及丁苯橡胶塔釜液/丁二烯精制塔釜液等液体2500吨/年，新老污水场脱水后的活性污泥7500吨/年和 新老污水场脱水后的含油污泥6500吨/年。其组成和所属国家危险废物编号详见表3.1-1：

表3.1―1工业废物源项总表

2、化工废物进行焚烧的必要性

固体废物是各种污染物的最终形态，其中的化学有害成分会通过环境介质--大气、水体和土壤参与生态系统的物质循环，具有潜在的、长期的危害性。解决污染的基本对策首先要从源头控制，实施清洁生产，减少固体废物的排放；其后经合理的综合利用，实现“资源化”；无法再生利用和无法直接填埋的废物应焚烧处理，焚烧是最有效的无害化和减量化的处理手段，填埋也是废物的最终归宿。

2.1危险废物目前主要有安全填埋和焚烧两种处理处置途径；

2.2根据《危险废物填埋污染控制标准》，液体废物、含水率高于85%的废物、本身具有反应性、腐蚀性和易燃性的废物、浸出液中有害成分的浓度超标废物、酸碱废物等不得直接进行填埋。因此，本项目至少有2500t/a液体危废必须进行焚烧处理；

2.3安全填埋是一种将危险废物放置/贮存在土地中，将其危害性在一定时期内限制在一定空间范围内的处置方法，而对危险废物内可能造成环境污染、生态危害的有毒有害物质并未给予减量和破坏。在特定条件下这些有毒有害成分还有可能重新进入环境造成污染。因此，安全填埋场在运行过程中和封场之后都具有潜在的环境风险，对其管理和监控是长期而复杂的。另外，安全填埋需占用大量土地；

2.4如果不设计焚烧装置，而用直接填埋场替代，则花费的费用将是焚烧装置的5倍，甚至更多；

2.5石化企业危险废物的产生种类复杂、有毒有害成分及重金属含量高、数量较大，具有固体/半固体和液体/气体多种形态，根据目前国内外工程实践和经验，大型石化企业内的危险废物焚烧设施的建设能同时实现使废物减量、彻底焚毁废物中的有机污染物质，以及回收利用焚烧产生的废热等三个目的。而且，由石化工艺炼制原油、并加入添加剂和催化剂等所带入的重金属成分，在高温焚烧过程中可部分固化在残渣内，很大程度上降低了石化危险废物的潜在环境危害；

2.6对于超大型炼油、化工一体化项目，焚烧处理方案的无害化、减量化优势更突出，环境风险也可降至最低。

3、污泥干化工艺的必要性

直接焚烧是目前国内外最普遍使用的危险废物处理方式之一，完全能满足本工程的要求。但根据调查研究发现，在我国石油化工行业已建的焚烧设施当中，由于危险废物中混有大量的污水场脱水污泥，几乎所有直接焚烧工艺都存在一个共性问题，即“燃料消耗大，运行费用高”。

而实际上，石油化工污水场产生的污泥干物质均有较高的热值，只是由于大量水分的存在（一般脱水污泥含水率为75~85%），使得焚烧过程燃料消耗过大。直接焚烧的结果是消耗了大量高品质燃料，产生了难以合理利用的蒸气。对于本工程而言，由于工业废物中污水场脱水污泥占待焚烧废物的82.6%，脱水污泥含水率高达85~89%，若采用直接焚烧工艺，燃料油消耗约为200-250kg/h，按燃料3500元/吨、年操作7500小时计算，仅燃料费用每年约需580-730万元。产生的余热也没有太高的利用价值。而将干化和焚烧相结合将能有效的降低燃料消耗，焚烧产生的蒸汽也能在干化过程加以利用。鉴于此，本设计选择了“污泥干化工艺。

4、工艺选择及关键技术特点

4.1干化是利用热能将污泥和高含水物质中水分快速蒸发的一种工艺。石油化工污水场产生的污泥干物质均有较高的热值，只是由于大量水分的存在（一般脱水污泥含水率为75~85%），使得焚烧过程燃料消耗过大。直接焚烧的结果是消耗了大量高品质燃料，产生了难以合理利用的蒸气。对于本工程而言，由于工业废物中污水场脱水污泥占待焚烧废物的82.6%，脱水污泥含水率高达85~89%，若采用直接焚烧工艺，燃料油消耗约为200-250kg/h，按燃料3500元/吨、年操作7500小时计算，仅燃料费用每年约需580-730万元。产生的余热也没有太高的利用价值。而将干化和焚烧相结合将能有效的降低燃料消耗，焚烧产生的蒸汽也能在干化过程加以利用。鉴于此，选择了“污泥干化+焚烧” 法作为工艺方案。

4.2从污染源项分析可知，本工程的工业废物有固体、半固体、液体、气体等多种形态，热值高低悬殊，具有典型的石油化工特点。对于此类混烧废物，尤其是危险废物，目前国内外普遍采用回转窑式焚烧炉进行焚烧。回转窑式焚烧炉是混烧各类废物用得最广泛而且结实耐用的一种焚烧炉，具有以下特点：①适应性较强，能处理多种固体、半固体、液体危险废物，可单独亦可混合投料；②可连续亦可阶段操作，进料和脱灰可连续进行；③技术成熟，自控水平较高、窑内无移动的机械组件，易于操作维护，故障率低；④焚烧系统靠引风机形成微负压，可防止污染物泄漏。⑤回转窑的旋转促进湍流状态的形成。缺点是：热效率相对较低。鉴于此选用回转窑式焚烧炉。

5、焚烧处理系统

焚烧单元主要分为五部分：焚烧进料系统、焚烧系统、热能利用系统、烟气净化系统、在线监测系统等。

5.1焚烧进料系统：回转窑的进料口包括固体进料口、含油污泥进料口、液体进料口和一个燃烧器。固体废料和干燥后的活性污泥通过柱塞给料器由固体进料口进入；含油污泥由柱塞泥饼泵直接输送至含油污泥进料口；液体进料口为一单独的靠近燃烧器的喷嘴，用于注入热值较低的废液或注入废水以控制转窑内的温度；燃烧器为多燃料燃烧器，可适应天然气、燃料气、高热值废液的注入。

5.2焚烧系统包括一燃烧室、二燃室、旋风集尘器；一次燃烧室设计采用回转窑，各种废物从回转窑的高端进入，窑身缓慢旋转，废物在回转窑中受热干燥、破碎、氧化分解、燃烧，废物焚烧过程中产生的气体进入二燃室继续燃烧。二燃室：在一燃室内没有燃烧完全的气态有机物随夹带着炉灰的烟气进入二次燃烧室继续进行更深度的混合燃烧。旋风集尘器：从二燃室出来的烟气在旋风集尘器中进行气固分离，将大的固体颗粒脱除后，再送到废热锅炉。旋风集尘器脱除的固体颗粒通过固体排料管排放到湿式输灰机。

5.3热能利用系统：经旋风除尘后的高温烟气进入废热锅炉以利用余热；经由废热锅炉将1100C的高温烟气降温至600C，产生压力1.3MPa，温度250-300℃的过热蒸汽，所产蒸汽一部分用于活性污泥干化，一部分外送出装置。

5.4烟气净化系统：从废热锅炉出来的烟气进入急冷塔，塔中设有喷水装置对烟气进行水喷淋降温，冷却到200ºC左右的烟气进入袋式除尘器，除去酸性气体和重金属的烟气进入引风机，从烟囱排入大气。

5.5在线监测系：连续排放监测系统将监测和记录烟气的下列组分：烟尘、一氧化碳 (CO)、总烃 (THC)、氮氧化物 (NOx)、SO2、HCl等。

6、焚烧处理所要达到的目标

焚烧是一种热氧化过程，高温条件下废物中的有害有机物质与空气中氧气反应，分解为无害物质，焚烧后产生的烟气净化后高空达标排放，飞灰和残渣则按危险废物进行填埋处置。为避免二次污染，焚烧主要技术要求如下：

焚烧温度：1100℃

烟气停留时间：2秒

燃烧效率：99.9%

焚毁去除率：99.99%

热灼减率：

焚烧炉运行过程中保证系统处于负压状态，避免有害气体逸出；

焚烧炉出口烟气中的氧气含量6%~10%（干气）

7、经济效益

随着国际能源价格上涨，国内已建的工业废物焚烧处理装置，由于大量消耗能源，使得工业废物直接焚烧成本越来越高。

污水场污泥中含有丰富的有机质，实际上是错位的能源，本工程采用干化+焚烧工艺，最大程度的减少了对高品质能源的消耗，节省了运行成本，为石油石化行业污泥及其它废渣液综合处置方式探索了一条新的思路。

经测算，本装置处理每吨废物的生产成本为1852.65元，若以3500元/吨（危险废物处理平均收费标准）为焚烧的市场价格计算，独山子工业废物处理装置如按市场化运作，每年可盈利2801.6万元，具有显著的经济效益。

8、结论

综上所述，为努力建设环境保护模范企业，本装置的实施将把独山子石油化工工业固液废污染物对周边环境的影响降至最低，具有显著的环境效益和极大的社会效益，如按市场化运营收费，还将产生良好的经济效益，因此本装置的建设是可行和有深远意义的。

参考文献：

[1]宋余辉．工业污水回用工艺技术方案选择[J]．新疆石油化工,2007,1,2:43-47.

[2]孙健．工业净化水库改扩建工程设计与施工总结[J]．新疆石油化工，2007，1，4：26-30.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。