葛永睿 龔朝兵 李 強(qiáng) 肖立光 李海華

(1.中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086；2.中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101)

石化企業(yè)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的污泥主要包括隔油池底泥、浮選浮渣、剩余活性污泥，通常簡(jiǎn)稱為“三泥”?！叭唷本哂形廴疚锍煞謴?fù)雜、惡臭嚴(yán)重、含水率高、脫水難度大、深度處理難度大的特點(diǎn)。目前我國(guó)含油污泥的處理主要采用調(diào)質(zhì)-機(jī)械脫水技術(shù)，脫水后污泥的含水率一般在75%～85%。該技術(shù)雖然能夠有效地分離油-水-泥，并實(shí)現(xiàn)部分資源化利用，但經(jīng)過(guò)機(jī)械脫水后的污泥含油率仍然達(dá)不到無(wú)害化排放要求，需要進(jìn)行深度處理。

污泥處理與處置的目的是以減量化和無(wú)害化為原則，主要有填埋、農(nóng)用、土地改良和焚燒等方式，由于填埋要占用大量土地、耗費(fèi)巨額運(yùn)輸費(fèi)用，且會(huì)使填埋場(chǎng)周圍的環(huán)境惡化，產(chǎn)生滲瀝液和臭氣，許多地區(qū)的民眾堅(jiān)決反對(duì)新建填埋場(chǎng)。污泥干化焚燒技術(shù)能最大限度的減小污泥體積并殺滅病原菌，因此近些年來(lái)，已成為市政污泥處理的主流技術(shù)，在歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家得到了廣泛的應(yīng)用[1-3]。

1 煉油廠“三泥”干化-焚燒的必要性

大型煉油、化工一體化項(xiàng)目危險(xiǎn)廢物的產(chǎn)生種類復(fù)雜、有毒有害成分及重金屬含量高、數(shù)量較大，具有固體、半固體、液體和氣體等多種形態(tài)，處置難度大。目前國(guó)內(nèi)危險(xiǎn)廢物的處置主要有安全填埋和焚燒兩種途徑。安全填埋需占用大量土地，對(duì)填埋場(chǎng)的管理和監(jiān)控是一項(xiàng)長(zhǎng)期而復(fù)雜的任務(wù)，容易產(chǎn)生次生污染。大型石化企業(yè)建設(shè)危險(xiǎn)廢物焚燒設(shè)施能同時(shí)滿足使廢物減量、徹底焚毀廢物中的有機(jī)污染物質(zhì)，以及回收利用焚燒產(chǎn)生的廢熱等目的，且已得到廣泛應(yīng)用。由于國(guó)內(nèi)污泥的含水量較高，熱值相對(duì)較低，采取污泥直接焚燒方式存在燃料消耗大，運(yùn)行費(fèi)用高的問(wèn)題，一般采用干化-焚燒的方式[4-11]。

中海油惠州石化有限公司(以下簡(jiǎn)稱惠州石化)一期12 Mt/a煉油項(xiàng)目產(chǎn)生危險(xiǎn)廢物約10 kt/a，主要以污水處理場(chǎng)脫水后油泥、浮渣、剩余污泥為主，產(chǎn)生的危險(xiǎn)廢物經(jīng)離心脫水后委托環(huán)保公司處理(汽車運(yùn)輸)。二期10 Mt/a煉油項(xiàng)目和1 Mt/a乙烯項(xiàng)目開(kāi)工投產(chǎn)后，一期、二期產(chǎn)生的危險(xiǎn)廢物總量預(yù)計(jì)為28 kt/a，廢物主要種類有：廢環(huán)丁砜、廢胺液、廢堿液、廢潤(rùn)滑油、廢活性炭、廢離子交換樹脂、清罐油泥，以及污水處理場(chǎng)油泥、浮渣、剩余污泥及化學(xué)污泥等。

2 干化-焚燒系統(tǒng)配置

污泥干化-焚燒裝置主要包括進(jìn)料系統(tǒng)、干化單元、焚燒單元、余熱利用系統(tǒng)、煙氣凈化系統(tǒng)、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。目前主流的危險(xiǎn)廢物焚燒工藝采用焚燒爐+二燃室+余熱利用+煙氣凈化的設(shè)計(jì)。典型的煙氣凈化工藝大多采用煙氣急冷+干法脫酸+活性炭吸附+布袋除塵+濕法脫酸+煙氣再熱的煙氣凈化技術(shù)。

2.1 系統(tǒng)的一般設(shè)置與污染物控制

濕污泥輸送一般選用螺桿泵或柱塞泵，污泥料倉(cāng)至干化機(jī)段污泥輸送可使用進(jìn)口螺桿泵，在距離較遠(yuǎn)的情況下可考慮使用柱塞泵。焚燒爐一燃室溫度控制在850 ℃以上，二燃室按照規(guī)范要求控制焚燒溫度1 100 ℃以上，煙氣停留時(shí)間不少于2 s，頂部設(shè)置緊急排放煙囪?；剞D(zhuǎn)窯需要設(shè)置火焰監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)停機(jī)熄火時(shí)，先進(jìn)行故障排除，然后重啟點(diǎn)火程序。余熱鍋爐采用水冷膜式壁結(jié)構(gòu)，可減少鍋爐檢修頻率，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性；鍋爐設(shè)置超溫、超壓、高低水位和其他相應(yīng)的安全聯(lián)鎖裝置；可設(shè)置蒸汽往復(fù)泵，在停電情況下利用蒸汽啟動(dòng)運(yùn)行，為鍋爐緊急供水。在急冷塔內(nèi)，煙氣在1 s內(nèi)從500 ℃降至200 ℃以下，能避免二噁英在低溫時(shí)再次合成，材質(zhì)優(yōu)先選擇316L。目前焚燒煙氣基本以布袋除塵為主，應(yīng)用較好的濾料品種是聚四氟乙烯(PTFE)濾料、P84、聚苯硫醚(PPS)等，其中PTFE濾料的性能最佳。袋式除塵器的布袋選用耐酸堿耐高溫性能強(qiáng)的PTFE材料，PTFE針刺氈+PTFE覆膜，布袋除塵器設(shè)置低壓長(zhǎng)袋脈沖反吹在線清灰裝置。

煉廠污泥的焚燒其氮氧化物的濃度較低，一般采用低氧燃燒及選擇性非催化還原系統(tǒng)(SNCR)進(jìn)行控制，在二燃室煙氣出口管道或余熱鍋爐中間位置設(shè)置還原劑噴入點(diǎn)。一般采用干法(半干法)+濕法的脫硫方式，在急冷塔后的煙道上噴入干石灰和活性炭，活性炭可有效吸附二噁英和重金屬汞(Hg)等，在布袋除塵器后設(shè)置脫酸洗滌塔。煙氣排放前可設(shè)置煙氣再熱器來(lái)解決煙囪“冒白煙”問(wèn)題，煙氣出口溫度大于130 ℃。

二噁英的控制方法主要有源頭控制、爐內(nèi)控制和爐外凈化。氯源對(duì)二噁英的生成有重要影響，降低重金屬和含氯物質(zhì)的含量，可降低二噁英的生成率。爐內(nèi)抑制二噁英產(chǎn)生的有效辦法是所謂的“3T+E”控制，即爐溫(Temperature)、停留時(shí)間(Time)、湍流(Turbulence)和過(guò)剩空氣量(Excess air)。避免二噁英重新合成的主要辦法是煙氣通過(guò)急冷盡快通過(guò)250～350 ℃的低溫生成區(qū)。重金屬在煙氣中主要以煙塵的形式存在，可以通過(guò)袋式除塵器去除。

設(shè)置煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(CEMS)，對(duì)煙氣流量、溫度、壓力、濕度、氧濃度、一氧化碳、二氧化碳、煙塵、氯化氫、氟化氫、總烴、二氧化硫和氮氧化物等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制。

2.2 焚燒爐爐型選擇

危險(xiǎn)廢物焚燒的焚燒爐爐型主要有回轉(zhuǎn)窯型焚燒爐、液體噴射焚燒爐、流化床焚燒爐、熱解焚燒爐、多層床焚燒爐等。其中流化床焚燒爐在市政污泥焚燒中有廣泛的應(yīng)用，危險(xiǎn)廢物焚燒爐國(guó)內(nèi)以回轉(zhuǎn)窯焚燒爐較多。

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐可處理接納各種形態(tài)的污泥及廢物，對(duì)廢物預(yù)處理的要求較低，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定程度高，焚燒污泥時(shí)固相停留時(shí)間長(zhǎng)，配套窯尾設(shè)置二燃室可以保證廢物的燃盡率達(dá)到99.99%以上。其缺點(diǎn)是熱效率較低，過(guò)?？諝庖蜃虞^大，設(shè)備體積龐大，耐火磚維護(hù)費(fèi)用高、對(duì)窯頭及窯尾的連接密封組件精度要求偏高。因其應(yīng)用技術(shù)成熟、運(yùn)行可靠、操作簡(jiǎn)單、適應(yīng)性廣、入爐進(jìn)料和出渣方便等優(yōu)點(diǎn)在污泥焚燒處置中被作為焚燒設(shè)備的首選。其對(duì)進(jìn)料污泥的含水率要求寬泛，對(duì)來(lái)料污泥的形態(tài)基本不受限制，煉廠污泥焚燒建議選用回轉(zhuǎn)窯焚燒爐?；剞D(zhuǎn)窯焚燒爐耐火材料的使用壽命盡量在5年以上。

2.3 干化與焚燒協(xié)同

雖然回轉(zhuǎn)窯焚燒單元可以處理含水率為30%～80%的污泥，但污泥熱值對(duì)其能否達(dá)到自持燃燒影響很大。污泥的焚燒按照干度可分為污泥的直接焚燒、半干污泥焚燒、絕干污泥焚燒，焚燒方式的選擇主要取決于污泥的泥質(zhì)、熱源的使用和廢熱的利用要求。如日本進(jìn)入污泥處置場(chǎng)的污泥熱值較高，因此其污泥處置工藝為濕污泥直接焚燒(含水率80%左右)。由于我國(guó)污泥的熱值較低，污泥半干化+焚燒的方案可以實(shí)現(xiàn)污泥焚燒系統(tǒng)廢熱與干化系統(tǒng)需熱的平衡，在3種焚燒形式中最經(jīng)濟(jì)。余熱鍋爐和焚燒爐產(chǎn)生的蒸汽可用于污泥的干化設(shè)備、焚燒系統(tǒng)的空氣預(yù)熱器、空氣加熱器、凈化煙氣的再熱器等換熱設(shè)備，實(shí)現(xiàn)資源綜合利用的目的。

目前污泥熱干化技術(shù)主要有歐洲(如德國(guó)、法國(guó)等)的間接干化方式與韓國(guó)的直接干化方式。按照干化后污泥的含水率分為全干化(含固率>85%)和半干化(含固率<85%)，其中干化后含固率在65%～85%的稱為高干度半干化。全干化的污泥揮發(fā)分高、熱值高，存在自燃自爆的安全風(fēng)險(xiǎn)，在運(yùn)行上安全要求很高，要求系統(tǒng)處于完全密閉的惰性環(huán)境，需要嚴(yán)格控制系統(tǒng)的粉塵濃度、氧含量、溫度等影響因素。

國(guó)內(nèi)煉油廠目前使用的干化機(jī)主要有槳葉式干化、薄層干化與帶式干化，帶式干化屬于直接干化，由于密閉效果較差，現(xiàn)場(chǎng)臭味較大。

空心槳葉式干化機(jī)適合高黏度物料的干化，槳葉采用了特殊的嚙合設(shè)計(jì)，葉片之間具有自清潔功能。其業(yè)績(jī)以全干化和高干度半干化為主，國(guó)外以工業(yè)污泥干化為主。市政污泥特別是剩余活性污泥性狀變化較大，與市政污泥相比工業(yè)污泥的性狀更穩(wěn)定、均一。目前國(guó)內(nèi)市政污泥干化焚燒工程中槳葉式干化機(jī)有較多應(yīng)用[5-7]，其干化后污泥含水率為30%～40%，入爐污泥的含水率為50%～60%。當(dāng)干化污泥含水率為30%～40%時(shí)，干化機(jī)可選擇的類型較多，干化效率較高，能量消耗較低；干化系統(tǒng)和焚燒系統(tǒng)的處理能力較為均衡，應(yīng)對(duì)各種工況的能力較強(qiáng)；污泥已越過(guò)黏滯區(qū)，呈塊狀固體，輸送和儲(chǔ)存比較方便，設(shè)備選擇面廣，不易產(chǎn)生粉塵，安全性較好。

煉油廠槳葉式干化機(jī)與污泥接觸部分采用316L不銹鋼。對(duì)于槳葉式干化機(jī)的腐蝕，根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，槳葉采用表面帶碳化鎢涂層，各焊接部位采用全坡口焊接方式，可有效控制槳葉磨損以及磨損后焊接部位泄漏[7]。

干污泥的提升輸送需采取不擠壓揉捏破壞原有泥團(tuán)的方式，以減少設(shè)備故障率，提高生產(chǎn)能力。根據(jù)文獻(xiàn)[7]介紹，其先后采取的Z型鏈條式刮埋提升機(jī)與刮板式提升機(jī)均存在設(shè)備磨損嚴(yán)重、故障率高的問(wèn)題，后改用振動(dòng)輸送機(jī)、Z型活動(dòng)斗式提升機(jī)和振動(dòng)輸送給料機(jī)的組合方式有效提升了輸送能力。

2.4 煙氣排放方式

煙氣濕法脫硫后的干凈煙氣的溫度在50 ℃左右，其排放方式分為再熱后排放和直接排放，濕法脫硫后一般將末端不加煙氣換熱器直接排放的煙囪稱為濕煙囪。主要有以下幾種排放形式：使用煙氣換熱器對(duì)凈煙氣加熱升溫排放，不加熱通過(guò)冷卻塔排放，通過(guò)脫硫吸收塔塔頂設(shè)置的直排煙囪排放，直接通過(guò)濕煙囪排放，接入濕式靜電除塵器后再排放。采用濕式靜電除塵器可有效提高對(duì)微小顆粒物的捕集能力，有利于解決煙囪雨與高污染物濃度問(wèn)題[12-15]。煙氣經(jīng)過(guò)濕法脫硫系統(tǒng)(WFGD)洗滌以后，溫度會(huì)低于酸露點(diǎn)，為提高煙氣的擴(kuò)散能力及減輕煙道和煙囪的腐蝕，許多國(guó)家規(guī)定了煙囪最低排煙溫度，如英國(guó)規(guī)定不低于80 ℃，日本為90～110 ℃，德國(guó)不低于72 ℃。日本為了減輕對(duì)環(huán)境的污染，采用高煙溫排放以強(qiáng)化煙氣的擴(kuò)散。德國(guó)從2002年開(kāi)始采用歐盟的標(biāo)準(zhǔn)，取消了對(duì)煙氣排放溫度的限制，將脫硫后的煙氣通過(guò)冷卻塔排放。美國(guó)沒(méi)有對(duì)排煙溫度進(jìn)行限制，自20世紀(jì)80年代中期以來(lái)，其部分FGD已開(kāi)始選擇濕煙囪運(yùn)行。采用濕煙囪技術(shù)時(shí)，為避免腐蝕，需對(duì)煙道和煙囪采取防腐措施，由于煙溫低，煙氣抬升高度降低，污染物最大落地濃度會(huì)增加。濕煙囪技術(shù)在德國(guó)和美國(guó)等國(guó)家已廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)也在推廣應(yīng)用。

凈煙氣的再熱方式主要有：氣氣加熱器(GGH)、利用熱二次風(fēng)加熱煙氣、直接燃燒再熱、管式換熱器(水媒式換熱器和管式換熱器)、蒸汽加熱器。采用常規(guī)的除塵煙氣-脫硫濕煙氣加熱器(GGH)的煙氣再熱方式雖然提高了排煙溫度，降低了腐蝕發(fā)生的可能性，并有利于煙氣的擴(kuò)散，但缺點(diǎn)是投資大、系統(tǒng)復(fù)雜、故障率高，運(yùn)行、維護(hù)成本高。

取消GGH后，可考慮采用新型的煙氣再熱方式如利用熱二次風(fēng)加熱煙氣、直接燃燒再熱、管式換熱器(水媒式換熱器和管式換熱器)、蒸汽加熱器或利用煙塔合一技術(shù)(冷卻塔排煙技術(shù))等。美國(guó)部分電廠由于不安裝GGH，考慮到煙溫過(guò)低時(shí)對(duì)周圍環(huán)境可能產(chǎn)生不利影響，采用了在煙囪底部安裝燃燒潔凈燃料的燃燒器，在氣象條件不利于擴(kuò)散時(shí)，對(duì)脫硫后的煙氣進(jìn)行臨時(shí)加熱，該方法投資和運(yùn)行費(fèi)用較低，但國(guó)內(nèi)尚無(wú)實(shí)施案例。管式換熱器存在低溫側(cè)腐蝕問(wèn)題，且國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少。利用熱二次風(fēng)加熱煙氣以及煙塔合一技術(shù)目前發(fā)展得最為成熟，煙塔合一技術(shù)投資費(fèi)用高，南方地區(qū)冷卻塔使用較少。

白煙問(wèn)題不是一個(gè)環(huán)境問(wèn)題，而是一個(gè)公眾的認(rèn)識(shí)問(wèn)題，需加強(qiáng)與公眾的溝通和宣傳。消除白色煙羽可采用直接加熱法或先冷凝再加熱法[15]，但目前國(guó)內(nèi)部分地區(qū)可能傾向于消除白煙，減少視覺(jué)污染。因此對(duì)于南方煉廠的污泥焚燒，其煙氣再熱方式建議選用熱二次風(fēng)加熱凈煙氣或蒸汽加熱凈煙氣的方式。

3 結(jié)語(yǔ)

大型煉化一體化企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的污染物數(shù)量大、種類多，成分復(fù)雜，處理難度大。適宜采用干化-焚燒方式處理，可以實(shí)現(xiàn)減量化、無(wú)害化、資源化的目標(biāo)。鑒于白煙和腐蝕問(wèn)題，煙氣再熱建議選用熱二次風(fēng)加熱凈煙氣或蒸汽加熱凈煙氣的方式。