液體焚燒爐

流化床焚燒爐內(nèi)襯耐火材料，下面由布風(fēng)板構(gòu)成燃燒室。燃燒室分為兩個(gè)區(qū)域，即上部的稀相區(qū)(懸浮段)和下部的密相區(qū)。

流化床焚燒爐的工作原理：流化床密相區(qū)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(jī)廢液的蒸發(fā)、熱解、燃燒所需大量熱量的要求。由布風(fēng)裝置送到密相區(qū)的空氣使床層處于良好流化狀態(tài)。床層內(nèi)傳熱工況十分優(yōu)越，床內(nèi)溫度均勻穩(wěn)定，維持在800～900℃，有利于有機(jī)物的分解和燃燼。焚燒后產(chǎn)生的煙氣夾帶著少量固體顆粒及未燃燼的有機(jī)物進(jìn)入流化床稀相區(qū)，由二次風(fēng)送入的高速空氣流在爐膛中心形成一旋轉(zhuǎn)切圓，使擾動(dòng)強(qiáng)烈，混合充分，未燃燼成分在此可繼續(xù)進(jìn)行燃燒。

流化床焚燒爐可以兩種方式操作，即鼓泡床和循環(huán)床，這取決于空氣在床內(nèi)空截面的速度。隨著空氣速度提高，床層開(kāi)始流化，并具有流體特性。進(jìn)一步提高空氣速度，床層膨脹，過(guò)剩的空氣以氣泡的形式通過(guò)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(yùn)行的焚燒爐為鼓泡流化床焚燒爐?？諝馑俣雀邥r(shí)，顆粒被煙氣帶走，在旋風(fēng)筒內(nèi)分離后，回送至爐內(nèi)進(jìn)一步燃燒，實(shí)現(xiàn)物料的循環(huán)，以這種方式運(yùn)行的稱為循環(huán)床焚燒爐。鼓泡流化床內(nèi)空截面煙氣速度為1.0～3.0m /s，循環(huán)流化床內(nèi)空截面煙氣速度一般為5.0～6.0m /s。

與常規(guī)焚燒爐相比，流化床焚燒爐具有以下優(yōu)點(diǎn)：焚燒效率高、對(duì)各類(lèi)廢液適應(yīng)性強(qiáng)、環(huán)保性能好、重金屬排放量低、結(jié)構(gòu)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(diǎn)是，當(dāng)焚燒含有堿金屬鹽類(lèi)的廢液時(shí)，在床層內(nèi)容易形成低熔點(diǎn)的共晶體(熔點(diǎn)在635～815℃之間)，如果熔化鹽在床內(nèi)積累，則將導(dǎo)致流化失敗。解決這個(gè)問(wèn)題的辦法是，向床內(nèi)添加合適的添加劑，它們能夠?qū)A金屬鹽類(lèi)包裹起來(lái)，形成象耐火材料一樣的熔點(diǎn)在1065～1290℃之間的高熔點(diǎn)物質(zhì)，從而解決了低熔點(diǎn)鹽類(lèi)的結(jié)焦問(wèn)題。

從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，美國(guó)化工及相關(guān)行業(yè)開(kāi)始嘗試焚燒工業(yè)廢棄物。陶氏化學(xué)公司、杜邦公司等興建了一批回轉(zhuǎn)窯焚燒爐，約翰鋅業(yè)公司和熱能研究與工程公司等相繼建成液體噴射爐。美國(guó)1985年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，液體噴射爐被廣泛用于危險(xiǎn)廢棄物處理，占焚燒爐總量的50%左右。這是因?yàn)槊绹?guó)的工業(yè)有害廢棄物的90%左右是液體或漿體，而且管理政策傾向于由企業(yè)在廠內(nèi)自行處理廢棄物。廢液的成份比較相對(duì)穩(wěn)定，適合采用液體噴射爐處理，成本也比較低。

相反，在德國(guó)等歐洲許多國(guó)家，廢液一般都用回轉(zhuǎn)窯焚燒爐處理。這是因?yàn)槎鄶?shù)歐洲國(guó)家都施行政府集中管理廢棄物的政策，企業(yè)產(chǎn)生的廢棄物被送到指定的廢棄物處理廠進(jìn)行集中處置。焚燒廠接納的廢棄物來(lái)自不同企業(yè)，三廢俱全，所以焚燒系統(tǒng)一般由回轉(zhuǎn)窯、二燃室、余熱鍋爐和除酸除塵設(shè)備組成，多數(shù)采用液態(tài)排渣方式，運(yùn)行溫度在1200℃左右，以熔融無(wú)機(jī)鹽和鐵桶等容易引起回轉(zhuǎn)窯結(jié)渣或堵塞的廢棄物。

總的說(shuō)來(lái)，商業(yè)化運(yùn)行的焚燒爐處理的廢棄物比較復(fù)雜，爐型大部份是回轉(zhuǎn)窯；而企業(yè)自備的焚燒爐處理的廢棄物成份相對(duì)簡(jiǎn)單一些，處理廢液的爐型以液體噴射爐為主。

液體噴射焚燒爐用于處理可以用泵輸送的液體廢棄物。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通常為內(nèi)襯耐火材料的圓筒(水平或垂直放置)，配有一個(gè)或多個(gè)燃燒器。廢液通過(guò)噴嘴霧化為細(xì)小液滴，在高溫火焰區(qū)域內(nèi)以懸浮態(tài)燃燒。可以采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(shí)間，使廢液在高溫區(qū)內(nèi)充分燃燒。一般燃燒室停留時(shí)間為0.3～2.0s，最高溫度可達(dá)1650℃。

通常將低熱值的廢液與液體燃料摻混，使混合液的熱值大于18600kJ/kg，然后用泵通過(guò)噴嘴或特殊設(shè)計(jì)的霧化器送入焚燒室焚燒。含有懸浮顆粒的廢液，需要過(guò)濾去除，以免堵塞噴嘴或霧化器的孔眼。摻混也用來(lái)控制進(jìn)入焚燒爐液體中氯的含量，一般控制含氯廢液中氯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)<30% ，以利達(dá)到最佳燃燒狀態(tài)和限制煙氣中有害氣體氯的含量。

良好的霧化是達(dá)到有害物質(zhì)高破壞(燃燒)率的關(guān)鍵?？梢杂玫蛪嚎諝?、蒸汽或機(jī)械霧化。一般高粘度廢液應(yīng)采用蒸汽霧化噴嘴，低粘度廢液可采用機(jī)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(guò)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3×10⁷kJ/h，然而，實(shí)際應(yīng)用的可達(dá)7.4×10⁷～10.5×10⁷kJ/h。

液體焚燒爐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(jìn)入爐膛，火焰溫度為1430～1650℃，廢液經(jīng)蒸汽霧化后與空氣由噴嘴噴入火焰區(qū)燃燒。燃燒室停留時(shí)間為0.3～2.0s，焚燒爐出口溫度為815～1200℃，燃燒室出口空氣過(guò)剩系數(shù)為1.2～2.5，排出的煙氣進(jìn)入急冷室或余熱鍋爐回收熱量。臥式液體噴射焚燒爐一般用于處理含灰量很少的有機(jī)廢液。

東北某廠1982年采用硅磚砌成直徑600mm ，長(zhǎng)4300mm 的圓形爐膛臥式液體噴射焚燒爐,以氯霉素的副產(chǎn)物鄰硝基乙苯為燃料，處理V C的古龍酸母液，實(shí)現(xiàn)了以廢治廢，節(jié)約能源的目的。年處理COD 在400t以上，煙氣經(jīng)水洗后達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。

液體焚燒爐立式液體噴射焚燒爐

立式液體噴射焚燒爐適用于焚燒含較多無(wú)機(jī)鹽和低熔點(diǎn)灰分的有機(jī)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(yù)熱空氣。爐子頂部有重油噴火嘴，重油與霧化蒸汽在噴嘴內(nèi)預(yù)混合噴出。燃燒用的空氣先經(jīng)爐壁夾層預(yù)熱后，在噴嘴附近通過(guò)渦流器進(jìn)入爐內(nèi)，爐內(nèi)火焰較短，燃燒室的熱強(qiáng)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(nèi)。對(duì)大多數(shù)廢液的最佳燃燒溫度為870～980℃。在很短時(shí)間內(nèi)有機(jī)物燃燒分解。在焚燒過(guò)程中，某些鹽、堿的高溫熔融物與水接觸會(huì)發(fā)生爆炸。為了防止爆炸的發(fā)生，采用了噴水冷卻的措施。在焚燒爐爐底設(shè)有冷卻罐。由冷卻罐出來(lái)的煙氣經(jīng)文丘里洗滌器洗滌后排入大氣。

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐是用于處理固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)可燃性廢物的通用爐型，對(duì)組分復(fù)雜的廢物，如瀝青渣、有機(jī)蒸餾殘?jiān)?、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(guó)大多數(shù)危險(xiǎn)廢物處置廠采用這種爐型。該爐型操作穩(wěn)定、焚燒安全，但管理復(fù)雜、維修費(fèi)用高。一般耐火襯里每2a更換1次。

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐通常稍微傾斜放置，并配以后置燃燒器，如圖所示。一般長(zhǎng)徑比2～10，轉(zhuǎn)速1～5r/m in，安裝傾角1～3°，操作溫度上限為1650℃?；剞D(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)動(dòng)將廢物與燃?xì)饣旌希?jīng)過(guò)預(yù)燃和揮發(fā)將廢液轉(zhuǎn)化為氣態(tài)和殘灰，轉(zhuǎn)化后氣體通過(guò)后置燃燒器的高溫區(qū)(1100～1370℃)進(jìn)行完全燃燒。氣體在后置燃燒器中平均停留時(shí)間為1.0～3.0s，空氣過(guò)剩系數(shù)為1.2～2.0。

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐平均熱容量約為63×10 6 kJ/h。爐中焚燒溫度(650～1260℃)的高低取決于兩方面，一方面取決于廢液的性質(zhì)，對(duì)含鹵代有機(jī)物的廢液，焚燒溫度應(yīng)在850℃以上，對(duì)含氰化物的廢液，焚燒溫度應(yīng)高于900℃；另一方面取決于采用哪種除渣方式(濕式還是干式)。焚燒溫度由輔助燃料燃燒器控制。

在回轉(zhuǎn)窯爐膛內(nèi)不能有效地去除焚燒產(chǎn)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(zhì)的完全燃燒，通常設(shè)有燃燼室，當(dāng)煙氣在燃燼室中停留時(shí)間大于2s、溫度高于1100℃時(shí)，上述物質(zhì)均能很好地消除。燃燼室出來(lái)的煙氣到余熱鍋爐回收熱量，用以產(chǎn)生蒸汽或發(fā)電。

國(guó)內(nèi)也有不少科研究院所和企業(yè)致力于廢液焚燒技術(shù)的基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，主要集中在石化、制藥、食品和農(nóng)藥等行業(yè)。

這些焚燒爐的爐型主要是噴射爐和流化床兩類(lèi)，容量較小，大多用油或煤助燃。許多焚燒爐都配有余熱鍋爐，焚燒高鹽廢液時(shí)，受熱面積灰結(jié)渣嚴(yán)重，影響焚燒爐正常運(yùn)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(yùn)行成本比較低，但初期投資比噴射爐大。如果采用廢油等作為輔助燃料則運(yùn)行成本會(huì)大大下降，達(dá)到以廢治廢的目的。

焚燒爐容量過(guò)小，則爐內(nèi)煙氣停留時(shí)間和湍流混合強(qiáng)度等運(yùn)行參數(shù)都普遍低于大型焚燒爐，生成有害不完全燃燒產(chǎn)物的可能性增大。國(guó)內(nèi)中小型企業(yè)很多，從政策的層面上看，大型企業(yè)可自行投建焚燒爐，小型企業(yè)的危險(xiǎn)廢液處置更適合通過(guò)行業(yè)協(xié)會(huì)、政府或企業(yè)建立集中處置廢液的商業(yè)化焚燒爐，即廢液量在一定規(guī)模以上，才建設(shè)自備焚燒爐，廢液量少的企業(yè)則委托商業(yè)化運(yùn)行的焚燒廠處置。

液體噴射焚燒爐用于處理可以用泵輸送的液體廢棄物，主要分為臥式和立式。

液體噴射焚燒結(jié)構(gòu)

其結(jié)構(gòu)通常為內(nèi)襯耐火材料的圓筒（水平或垂直放置），配有一個(gè)或多個(gè)燃燒器。

液體噴射焚燒焚燒原理

廢液通過(guò)噴嘴霧化為細(xì)小液滴，在高溫火焰區(qū)域內(nèi)以懸浮態(tài)燃燒。可以采用旋流或直流燃燒器，以便廢液霧滴與助燃空氣良好混合，延長(zhǎng)停留時(shí)間，使廢液在高溫區(qū)內(nèi)充分燃燒。廢液霧滴在燃燒室停留時(shí)間一般為0.3～2.0s，最高溫度可達(dá)1650℃。良好的霧化是達(dá)到有害物質(zhì)高破壞（燃燒）率的關(guān)鍵。常用的霧化技術(shù)有低壓空氣、蒸氣和機(jī)械霧化。一般高黏度廢液應(yīng)采用蒸氣霧化噴嘴，低黏度廢液可采用機(jī)械霧化或空氣霧化噴嘴。

目前常用的噴嘴有轉(zhuǎn)杯式機(jī)械霧化噴嘴、加壓機(jī)械物化片式噴嘴、旋流式廢液噴嘴、碟形旋流式廢液噴嘴、蒸氣霧化噴嘴、空氣霧化噴嘴及組合噴嘴等。

液體噴射焚燒特點(diǎn)

液體噴射型焚燒爐的特點(diǎn)是技術(shù)成熟，對(duì)廢液預(yù)處理要求低，采取措施后，二次公害可有效控制，單位床面積效率不高。目前國(guó)外采用較多，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有形成規(guī)?；瘧?yīng)用，這種爐體主要用于焚燒液體。

圖a是采用霧化燃燒對(duì)危險(xiǎn)廢物進(jìn)行焚燒處理的臥式二次焚燒爐。在霧化過(guò)程中可以預(yù)混部分燃料（如重油）進(jìn)行焚燒處理。圖b是立式液體廢物二次焚燒式焚燒爐，液體危險(xiǎn)廢物在下部經(jīng)過(guò)霧化和預(yù)混燃料后與空氣混合進(jìn)行焚燒，然后再進(jìn)入二次焚燒室進(jìn)行二次焚燒。在二次焚燒過(guò)程中，一般需加入輔助燃料進(jìn)行焚燒。圖c是液體不可燃危險(xiǎn)廢物的立式焚燒爐，在下部將不可燃液體進(jìn)行霧化以后進(jìn)入燃燒室與燃料燃燒火焰混合，不可燃液體的霧化器氣流可以布置成為流動(dòng)助燃型分布，推動(dòng)燃燒流動(dòng)過(guò)程的旋流的進(jìn)行。圖d為不可燃液體廢物自身霧化或乳化燃燒，然后進(jìn)行強(qiáng)化焚燒處理的立式焚燒爐。

催化焚燒爐除在燃燒室內(nèi)裝有催化劑之外，其他均與對(duì)流換熱焚燒爐相同。對(duì)流換熱式焚燒爐系國(guó)內(nèi)的行業(yè)稱謂，國(guó)外稱同流換熱式焚燒爐，其廢熱回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)使得其在操作下限(LEL)范圍內(nèi)使用較經(jīng)濟(jì)。設(shè)計(jì)較蓄熱式焚燒爐簡(jiǎn)單，裝置較小和輕便，可裝在滑輪上制成輕便移動(dòng)式。該焚燒爐熱回收系統(tǒng)的典型設(shè)計(jì)是將管式或板式換熱器安裝在燃燒室的廢氣排氣一端，當(dāng)廢氣中含顆粒物較少時(shí)，通常采用板式換熱器，其熱回收效率可達(dá)70%；而管式換熱器的熱回收效率通常只有40%～50%。熱回收效率為實(shí)際回收熱能與可回收最大熱能之比，熱回收效率=(T_{預(yù)熱溫度}-T_{進(jìn)口溫度})/(T_燃燒溫度-T_{進(jìn)口溫度}) 。

催化焚燒爐特別適于處理VOCS濃度較高，廢氣中VOCS（含有揮發(fā)性有機(jī)化合物）濃度波動(dòng)不大的廢氣。當(dāng)廢氣中VOCS濃度不高，VOCS濃度波動(dòng)大時(shí)，只能靠投加輔助燃料維持燃燒過(guò)程。而投加輔助燃料使焚燒爐內(nèi)高溫區(qū)溫度會(huì)達(dá)到或超過(guò)1537.8℃，導(dǎo)致NO_x生成量增加。由于換熱器和火焰直接接觸，在換熱區(qū)可能會(huì)有VOCS自燃現(xiàn)象發(fā)生，故換熱器多采用金屬材質(zhì)。如果焚燒爐在低于760℃以下運(yùn)行，要求VOCS在爐內(nèi)有較好的湍動(dòng)設(shè)計(jì)和有較長(zhǎng)的停留時(shí)間。當(dāng)廢氣中含有氯化物時(shí)，會(huì)存在Cl₂生成HCl導(dǎo)致腐蝕發(fā)生，設(shè)計(jì)時(shí)務(wù)必選用耐腐蝕材料，雖投資費(fèi)用增加，但很有必要 。