基本介紹
- 中文名：液體焚燒爐
- 外文名：fluid incinerator；liquid incinerator
- 基本釋義：能焚燒液體的焚燒爐
- 分類：噴射型、迴轉窯型、流化床型
- 領域：能源利用、環保治理
- 學科：物理、化學
液體噴射焚燒爐,臥式液體噴射焚燒爐,立式液體噴射焚燒爐,迴轉窯焚燒爐,流化床焚燒爐,國外套用情況,國內套用情況,
廢液焚燒爐一般由廢液貯存和輸送系統、輔助燃料系統、供風系統、廢液燃燒器、燃燒室、能量回收利用系統、煙氣處理系統和監測控制系統等幾部份組成。根據爐本體的特徵，常用廢液焚燒爐爐型有液體噴射焚燒爐、迴轉窯焚燒爐和流化床焚燒爐等。
液體噴射焚燒爐
液體噴射焚燒爐用於處理可以用泵輸送的液體廢棄物。結構簡單，通常為內襯耐火材料的圓筒(水平或垂直放置)，配有一個或多個燃燒器。廢液通過噴嘴霧化為細小液滴，在高溫火焰區域內以懸浮態燃燒。可以採用旋流或直流燃燒器，以便廢液霧滴與助燃空氣良好混合，增加停留時間，使廢液在高溫區內充分燃燒。一般燃燒室停留時間為0.3～2.0s，最高溫度可達1650℃。
通常將低熱值的廢液與液體燃料摻混，使混合液的熱值大於18600kJ/kg，然後用泵通過噴嘴或特殊設計的霧化器送入焚燒室焚燒。含有懸浮顆粒的廢液，需要過濾去除，以免堵塞噴嘴或霧化器的孔眼。摻混也用來控制進入焚燒爐液體中氯的含量，一般控制含氯廢液中氯的質量分數<30% ，以利達到最佳燃燒狀態和限制煙氣中有害氣體氯的含量。
良好的霧化是達到有害物質高破壞(燃燒)率的關鍵。可以用低壓空氣、蒸汽或機械霧化。一般高粘度廢液應採用蒸汽霧化噴嘴，低粘度廢液可採用機械霧化或空氣霧化噴嘴。廢液粘度通常在220mPa·s以下為宜。為了降低粘度，往往需加熱廢液，但溫度一般不超過200～260℃，否則，用泵輸送困難。典型液體噴射焚燒爐的容量大約為3×10kJ/h，然而，實際套用的可達7.4×10～10.5×10kJ/h。
臥式液體噴射焚燒爐
在臥式液體噴射焚燒爐膛，輔助燃料和霧化蒸汽或空氣由燃燒器進入爐膛，火焰溫度為1430～1650℃，廢液經蒸汽霧化後與空氣由噴嘴噴入火焰區燃燒。燃燒室停留時間為0.3～2.0s，焚燒爐出口溫度為815～1200℃，燃燒室出口空氣過剩係數為1.2～2.5，排出的煙氣進入急冷室或餘熱鍋爐回收熱量。臥式液體噴射焚燒爐一般用於處理含灰量很少的有機廢液。
東北某廠1982年採用矽磚砌成直徑600mm ，長4300mm 的圓形爐膛臥式液體噴射焚燒爐,以氯黴素的副產物鄰硝基乙苯為燃料，處理V C的古龍酸母液，實現了以廢治廢，節約能源的目的。年處理COD 在400t以上，煙氣經水洗後達到國家排放標準。
立式液體噴射焚燒爐
立式液體噴射焚燒爐適用於焚燒含較多無機鹽和低熔點灰分的有機廢液。其爐體由碳鋼外殼與耐火磚、保溫磚砌成，有的爐子還有一層外夾套以預熱空氣。爐子頂部有重油噴火嘴，重油與霧化蒸汽在噴嘴內預混合噴出。燃燒用的空氣先經爐壁夾層預熱後，在噴嘴附近通過渦流器進入爐內，爐內火焰較短，燃燒室的熱強度很高，廢液噴嘴在爐子的上部，廢液用中壓蒸汽霧化，噴入爐內。對大多數廢液的最佳燃燒溫度為870～980℃。在很短時間內有機物燃燒分解。在焚燒過程中，某些鹽、鹼的高溫熔融物與水接觸會發生爆炸。為了防止爆炸的發生，採用了噴水冷卻的措施。在焚燒爐爐底設有冷卻罐。由冷卻罐出來的煙氣經文丘里洗滌器洗滌後排入大氣。
迴轉窯焚燒爐
迴轉窯焚燒爐是用於處理固態、液態和氣態可燃性廢物的通用爐型，對組分複雜的廢物，如瀝青渣、有機蒸餾殘渣、漆渣、焦油渣、廢溶劑、廢橡膠、鹵代芳烴、高聚物，特別是含PCB的廢物等都很適用。美國大多數危險廢物處置廠採用這種爐型。該爐型操作穩定、焚燒安全，但管理複雜、維修費用高。一般耐火襯裡每2a更換1次。
迴轉窯焚燒爐通常稍微傾斜放置，並配以後置燃燒器，如圖所示。一般長徑比2～10，轉速1～5r/m in，安裝傾角1～3°，操作溫度上限為1650℃。迴轉窯的轉動將廢物與燃氣混合，經過預燃和揮發將廢液轉化為氣態和殘灰，轉化後氣體通過後置燃燒器的高溫區(1100～1370℃)進行完全燃燒。氣體在後置燃燒器中平均停留時間為1.0～3.0s，空氣過剩係數為1.2～2.0。
迴轉窯焚燒爐
迴轉窯焚燒爐平均熱容量約為63×10 6 kJ/h。爐中焚燒溫度(650～1260℃)的高低取決於兩方面，一方面取決於廢液的性質，對含鹵代有機物的廢液，焚燒溫度應在850℃以上，對含氰化物的廢液，焚燒溫度應高於900℃；另一方面取決於採用哪種除渣方式(濕式還是乾式)。焚燒溫度由輔助燃料燃燒器控制。
在迴轉窯爐膛內不能有效地去除焚燒產生的有害氣體，如二口 惡英、呋喃和PCB等。為了保證煙氣中有害物質的完全燃燒，通常設有燃燼室，當煙氣在燃燼室中停留時間大於2s、溫度高於1100℃時，上述物質均能很好地消除。燃燼室出來的煙氣到餘熱鍋爐回收熱量，用以產生蒸汽或發電。
流化床焚燒爐
流化床焚燒爐內襯耐火材料，下面由布風板構成燃燒室。燃燒室分為兩個區域，即上部的稀相區(懸浮段)和下部的密相區。
流化床焚燒爐的工作原理：流化床密相區床層中有大量的惰性床料(如煤灰或砂子等)，其熱容量很大，能夠滿足有機廢液的蒸發、熱解、燃燒所需大量熱量的要求。由布風裝置送到密相區的空氣使床層處於良好流化狀態。床層內傳熱工況十分優越，床內溫度均勻穩定，維持在800～900℃，有利於有機物的分解和燃燼。焚燒後產生的煙氣夾帶著少量固體顆粒及未燃燼的有機物進入流化床稀相區，由二次風送入的高速空氣流在爐膛中心形成一旋轉切圓，使擾動強烈，混合充分，未燃燼成分在此可繼續進行燃燒。
流化床焚燒爐可以兩種方式操作，即鼓泡床和循環床，這取決於空氣在床內空截面的速度。隨著空氣速度提高，床層開始流化，並具有流體特性。進一步提高空氣速度，床層膨脹，過剩的空氣以氣泡的形式通過床層，這種氣泡將床料徹底混合，迅速建立煙氣和顆粒的熱平衡，以這種方式運行的焚燒爐為鼓泡流化床焚燒爐。空氣速度更高時，顆粒被煙氣帶走，在旋風筒內分離後，回送至爐內進一步燃燒，實現物料的循環，以這種方式運行的稱為循環床焚燒爐。鼓泡流化床內空截面煙氣速度為1.0～3.0m /s，循環流化床內空截面煙氣速度一般為5.0～6.0m /s。
與常規焚燒爐相比，流化床焚燒爐具有以下優點：焚燒效率高、對各類廢液適應性強、環保性能好、重金屬排放量低、結構緊湊、占地面積小、事故率低、維修工作量小等。流化床焚燒爐的缺點是，當焚燒含有鹼金屬鹽類的廢液時，在床層內容易形成低熔點的共晶體(熔點在635～815℃之間)，如果熔化鹽在床內積累，則將導致流化失敗。解決這個問題的辦法是，向床內添加合適的添加劑，它們能夠將鹼金屬鹽類包裹起來，形成象耐火材料一樣的熔點在1065～1290℃之間的高熔點物質，從而解決了低熔點鹽類的結焦問題。
國外套用情況
從20世紀60年代開始，美國化工及相關行業開始嘗試焚燒工業廢棄物。陶氏化學公司、杜邦公司等興建了一批迴轉窯焚燒爐，約翰鋅業公司和熱能研究與工程公司等相繼建成液體噴射爐。美國1985年統計數據表明，液體噴射爐被廣泛用於危險廢棄物處理，占焚燒爐總量的50%左右。這是因為美國的工業有害廢棄物的90%左右是液體或漿體，而且管理政策傾向於由企業在廠內自行處理廢棄物。廢液的成份比較相對穩定，適合採用液體噴射爐處理，成本也比較低。
相反，在德國等歐洲許多國家，廢液一般都用迴轉窯焚燒爐處理。這是因為多數歐洲國家都施行政府集中管理廢棄物的政策，企業產生的廢棄物被送到指定的廢棄物處理廠進行集中處置。焚燒廠接納的廢棄物來自不同企業，三廢俱全，所以焚燒系統一般由迴轉窯、二燃室、餘熱鍋爐和除酸除塵設備組成，多數採用液態排渣方式，運行溫度在1200℃左右，以熔融無機鹽和鐵桶等容易引起迴轉窯結渣或堵塞的廢棄物。
總的說來，商業化運行的焚燒爐處理的廢棄物比較複雜，爐型大部份是迴轉窯；而企業自備的焚燒爐處理的廢棄物成份相對簡單一些，處理廢液的爐型以液體噴射爐為主。
國內套用情況
國內也有不少科研究院所和企業致力於廢液焚燒技術的基礎研究和產業化套用，主要集中在石化、製藥、食品和農藥等行業。
這些焚燒爐的爐型主要是噴射爐和流化床兩類，容量較小，大多用油或煤助燃。許多焚燒爐都配有餘熱鍋爐，焚燒高鹽廢液時，受熱面積灰結渣嚴重，影響焚燒爐正常運行。噴射爐多用油助燃，廢液處理成本基本上在150～200元/t；流化床焚燒爐和爐排爐多用煤作輔助燃料，廢液處理成本約50元/t。 流化床焚燒爐的運行成本比較低，但初期投資比噴射爐大。如果採用廢油等作為輔助燃料則運行成本會大大下降，達到以廢治廢的目的。
焚燒爐容量過小，則爐內煙氣停留時間和湍流混合強度等運行參數都普遍低於大型焚燒爐，生成有害不完全燃燒產物的可能性增大。國內中小型企業很多，從政策的層面上看，大型企業可自行投建焚燒爐，小型企業的危險廢液處置更適合通過行業協會、政府或企業建立集中處置廢液的商業化焚燒爐，即廢液量在一定規模以上，才建設自備焚燒爐，廢液量少的企業則委託商業化運行的焚燒廠處置。
