废气焚烧及余热回收系统设计探讨

马建宽

摘 要：工业生产中产生的废气种类繁多，严重污染大气，威胁着人类的健康和生存;本文结合三江化工38万吨/年EO/EG装置焚烧炉运行情况，探讨废气焚烧、余热回收等设计要点及有利于环境保护的工业处理途径。

关键词：废气焚烧;余热锅炉;烟气净化

焚烧炉是废气安全处置的重要手段之一，目前国内外应用较多的废气焚烧炉主要有蓄热式（RTO），直燃式（TO）两种;2014年建成的三江化工38万吨/年EO/EG装置采用的是直燃式焚烧炉;直燃式焚烧炉具有操作简便，建设、运行成本低等优点，被广泛应用于废气焚烧项目。

一、废气焚烧系统工艺流程简介

三江化工38万吨/年EO/EG装置排放的废气中含有甲烷、乙烯、醛类及其它有毒有机成分。多组管道将装置排放的废气输送到焚烧炉内燃烧，通过调节空气量使炉膛温度维持在1100℃，使废气中的有毒及有机成分完全破坏分解;反应后的高温烟气首先经过余热锅炉回收热量，接着与喷氨格栅的氨气混合，进入选择性催化还原（SCR）反应器中，烟气中的氮氧化物与还原剂NH3发生反应，生成氮气和水。烟气经过余热回收和SCR脱硝后，再经蒸汽过热器，省煤器进一步回收热量，使烟气温度降低到150℃以下，净化烟气经烟囱排向大气;同时副产1.3MPa过热蒸汽，并入全厂蒸汽管网。

二、废气焚烧机理

（一）焚烧温度

废气焚烧处理指的是含有可燃性有机组分的废气在高温下燃烧分解为无害烟气的过程;为了彻底破坏废气中的有毒、有机成分，焚烧过程一定要保证在高温下焚烧足够长的时间。提高焚烧温度有利于废气中有害成分的分解，但是过高的温度也会增加燃料消耗和环保费用，同时也会增加烟气中NOx的含量，造成二次污染。大多数有机废气的焚烧温度范围可以控制在800-1100℃左右。

（二）停留时间

在焚烧温度下，停留时间影响着焚烧的完全程度，决定了炉膛容积大小。工业生产中废气停留时间都比较短，一般取1-2秒。

（三）空气需要量

废气焚烧的空气需要量，由理论空气量和过剩空气量组成。理论空气量由燃烧方程计算得到，过剩空气量由经验得到，一般取20-30%的过剩空气。

（四）焚烧三要素

根据三江化工38万吨/年EO/EG装置产生的废气组成，其中含有的重组分分子量大，分解困难，要保证每股组分均能完全分解，因此确定焚烧炉炉膛温度：1100℃，炉膛烟气停留时间：≥2.0S;烟气干基含氧量≥6%。当满足以上焚烧三要素时，焚烧炉才能高效运转。

（五）焚烧炉性能参数

三江化工38万吨/年EO/EG装置焚烧炉性能参数如下：

三、余热锅炉的设计

（一）余热锅炉

由于废气热值较高，焚烧炉出来的烟气含有大量热量，为了节约能量，提高系统经济性，该焚烧装置配置余热锅炉来回收焚烧后烟气热量。余热锅炉主要包括给水系统、蒸汽系统、取样系统、加药系统和疏水排污系统。余热锅炉在设计工况下排烟温度≯150℃。

（二）余热锅炉主要性能参数

三江化工38万吨/年EO/EG装置余热锅炉性能参数如下：

四、烟气净化处理

（一）焚烧废气产生的二次污染及净化措施

为了从源头上治理空气污染，国家对于烟气的排放制定了一系列法律法规，规定了焚烧炉的布置要求，焚烧性能指标、焚烧炉大气污染物排放允许上限以及环境监测等要求。

化工废气排放种类繁多、组成复杂，主要来源有：不凝气、呼吸阀排放、反应尾气、安全阀排放气、吹扫及零时排放气等。化工废气焚烧过程中也会产生顆粒物粉尘、酸性气体及有机物二次污染。废气中含氯化合物燃烧时产生HCL气体;废气中含氮化合物以及空气中的氮气在高温燃烧时产生NOx;废气中含硫化合物燃烧时产生SOx。

对于烟气中产生的酸性气体，利用碱性介质为吸收剂，采用湿法、干法、半干法进行中和吸收;对于烟气中产生的NOx，利用氨水介质为还原剂，将NOx还原成氮气和水。

（二）SCR脱硝技术

影响NOx生成的主要因素有焚烧温度和烟气含氧量，试验显示炉膛温度高于1300℃，烟气中的NOx会明显增多，且随温度的升高有增加趋势;烟气含氧量高于5%时NOx也会增多，同样含氧量越大生成的NOx越多。

三江化工38万吨/年EO/EG装置焚烧炉采用燃料（废气）分级、分割火焰技术，降低焚烧温度，减少高温区，控制NOx。为了保证NOx在任何不确定的工况下均可达标，本焚烧炉采用低NOx燃烧技术的同时，设置SCR中温脱硝。SCR系统的脱硝剂采用20%的氨水，现场设置一台喷氨稀释风机，稀释风机抽取150℃的烟气，氨水喷入烟气后，氨水被气化，气化后的氨气与烟气混合后送入催化剂之前的烟道内进行脱硝，最终将NOx化物还原成氮气和水。

五、结语

本文结合三江化工建设的38万吨/年EO/EG装置焚烧系统，论述了焚烧炉、余热锅炉、尾气净化等各部分设计要点。该废气焚烧系统经过8年的长周期运行，验证了这套废气焚烧系统工艺流程运行可靠，焚烧去除率高，能够满足工业生产需求，烟气排放指标满足相关排放标准。

企业在项目筹划阶段，当条件具备时，应将废气焚烧炉与余热锅炉进行综合设计，这样不仅有利于环境保护，而且也有利于降低企业成本。

参考文献：

【1】张绍坤，有机废液和废气联合焚烧处理技术的研究与应用【J】，工业炉，2012，34（4）;34-36.

【2】罗秀朋，周皓，董志明.废气废液焚烧装置的设计与工业应用【J】.化工机械，2015.42（4）;580-582.