国内外学者开展了许多关于废液预处理、废液焚烧炉的热力学计算方法、烟气中NOx与HCl等污染物的排放与控制、含盐废液焚烧过程中结渣问题的控制方法等相关的工作,结果表明,废液焚烧炉在运行中仍然存在以下几个关键问题亟待解决。
有机废液由于其来源不同,成分也有很大差异,有机废液在进入焚烧炉前,通常要进行一定的预处理,以达到适合焚烧的要求。这些预处理主要包括:去除废液中的悬浮物、中和废液、蒸发浓缩低浓度废液。这主要是由于废液通常采用雾化焚烧,当废液中含有悬浮物时,会造成喷嘴的堵塞,降低喷嘴的雾化效果,影响焚烧炉的正常运行,故废液焚烧前,应过滤去除废液中的悬浮物;
工业废液的酸碱性常常不一样,酸性有机废液喷入炉内,会对炉体造成腐蚀,而碱性有机废液喷入炉后,会造成炉膛的结焦结渣。因此入炉前,有机废液要进行中和处理;对于水分含量高的有机废液,直接送入炉膛焚烧会降低废液的焚烧效率、增加辅助燃料的供给量、提高焚烧炉的运行成本,焚烧前应蒸发浓缩低浓度有机废液。因此,废液预处理是影响焚烧炉寿命及运行成本的关键因素。
温度是废液焚烧最重要的参数之一。在最佳的焚烧温度下,废液焚烧比较完全,焚烧炉运行比较稳定,二次污染物的排放能够满足国家排放标准。总的来说,焚烧温度选择的标准为:
1)在该温度下,焚烧对于有害物质的去除程度最高。从理论上说,焚烧温度越高,对于有害物质的去除越彻底。但并不是温度越高越好,提高焚烧温度将导致烟气粉尘中的重金属含量大大增加。研究表明,采用流化床焚烧炉处理高浓度有机废液时,控制焚烧温度在800℃~900℃时较理想,该温度下废液的破坏率达99.9%以上且热力型氮生成量少。
2)在该焚烧温度下,焚烧产生的二次污染物,如NOx、SO2、HCl以及二英排放量应越小越好。对于酸性氧化物,如SOx、NOx以及二英,焚烧温度越高越好;对于HCl,焚烧温度越低越好。考虑到添加石灰石能够比较容易地除去HCl,而其它有害物特别是二英难以处理,因此要保证二英需控制焚烧温度在800℃左右。可见,选择800℃~900℃的焚烧温度比较合理。
有害物质的排放是检验废液焚烧特性的另一重要指标。为了尽量减少燃烧生成的污染物,焚烧炉的空气过量系数一般都取的相对较大,但空气过量系数过大时,焚烧过程中会形成比较多的热力氮,使焚烧炉排放的NOx比其他锅炉要高很多。因此,在废液焚烧过程中应控制好空气过量系数。
焚烧炉的结焦结渣是普遍存在的现象。在炉膛火焰中心处,其温度较高,燃料中的灰分大多呈熔化状态,而炉管壁附近的烟温则较低,若烟气中的灰粒在接触壁面时呈熔化状态或粘性状态,则会粘附在炉管壁上形成结焦结渣。在高的床温下,富集在床层区域的盐类在床层会形成大量的焦块,导致床层的流化失败,燃烧品质下降,也会严重影响余热的回收。导致结焦的主要因素有:
1)废液中可能含有较多的低熔点无机盐,这些无机盐在焚烧过程中形成共晶;
2)床层形成的团状物质,在焚烧过程中,由于供氧不充分,可能处于还原或半还原气氛中,使得无机物灰渣的熔点降低,从而在底部灰层中形成结焦结渣。目前抑制结焦结渣的方法主要是使用添加剂,如石灰石、高岭土和Fe2O3粉末等,通过添加剂与低熔点盐形成高熔点物质来降低结焦结渣;还可通过蒸发结晶预处理,降低废液中的无机盐含量,从而减少结焦结渣。