油田钻井污泥焚烧处理技术与标准

樊玉光，梁瑛

油田钻井污泥焚烧处理技术与标准

樊玉光，梁瑛

西安石油大学机械工程学院(陕西西安710065)

钻井污泥会污染场地附近的土壤，采用焚烧技术对钻井污泥进行焚烧减量化处理时，其焚烧产物很可能造成二次污染。为了减少污染，控制焚烧产物排放标准，讨论了钻井污泥焚烧处理技术，提出了焚烧炉的几个技术要求，为钻井污泥焚烧炉的设计提供了参考依据。

钻井污泥;焚烧;产物控制标准;焚烧炉

钻井污泥是油田开采过程产生的污染物，它是由粘土、钻井加重材料、各种化学添加剂以及钻井过程带出的油水、钻屑等组成的稳态多相胶体液固的混合物，具有化学成分复杂、污染物含量高、地域分散等特点。

钻井污泥的组成、性质及危害与钻井液类型、处理剂的组成有关，既含有细小粘土悬浮颗粒、重金属离子、油、酚类和硫化物，又含有可溶性有机处理剂。钻井地点和过程属于点多分散，难以集中处理。如果不对污泥进行有效处理，直接排放到土壤里，会对周边的土壤、植被、地表水和地下水造成严重污染[1]，会影响到作物生长的营养环境条件及其品质，影响和破坏环境。因此需要对钻井污泥进行综合治理(减量化、无害化处理)，来消除污染，保护环境。

1 钻井污泥焚烧处理技术

目前国内外常用的污泥处理技术有:生物技术、污泥调剖技术、溶剂萃取技术、热化学洗涤技术、热解处理技术、焚烧处理技术等[2]。本文主要介绍污泥焚烧处理技术。

1.1焚烧处理技术及优点

污泥焚烧是一种高温减量化、无害化处理技术。经过初步干燥的污泥进入焚烧炉，被处理的污泥与空气在焚烧炉内进行氧化燃烧反应，有时候添加燃料增加燃烧，焚烧炉内污泥中有机质和有毒有害物质在高温下氧化、热解破坏，使污泥变成体积小、毒性小、稳定的灰渣。与其它方法相比，焚烧法处理污泥具有占地小、处理快速、处理量大、减量明显、处理比较彻底等优点。

1.2污泥焚烧的影响因素

影响污泥焚烧的主要因素有:焚烧温度、滞留时间、污泥和空气间的混合程度。

1)焚烧温度是指焚烧炉中污泥的温度，污泥的有害成份在此温度下氧化、分解、破坏。当焚烧过程的污泥和燃料的放热速率高于向四周的散热速率，焚烧过程才能继续进行，并使焚烧温度不断提高。提高焚烧温度有利于污泥中有害物质的破坏并可抑制黑烟的产生。但焚烧过程过高的焚烧温度会加大焚烧燃料耗能、会使焚烧烟气中的氮氧化物的含量增大。因此，在确保焚烧率的情况下应采用适当的焚烧温度。

2)滞留时间是指污泥在焚烧炉中高温区域停留时间。污泥中有害成份在高温焚烧下发生氧化、分解，最后完成无害化物质所需的时间，要小于滞留时间。焚烧滞留时间长，焚烧的效率高，需要的炉膛尺寸大。影响滞留时间的因素有焚烧温度、颗粒大小等。固体粒度俞细，与空气接触面俞大，焚烧温度高，燃烧速度快，固体在燃烧室停留时间就短。

3)炉膛中的污泥同空气的混合程度严重影响着污泥的燃烧速度和效率。为使污泥完全燃烧氧化，必须加大污泥和空气的接触面积，使污泥和空气充分接触混合，使钻井污泥中有害物在高温下短时间内氧化分解。

1.3污泥焚烧设备

焚烧炉是污泥焚烧系统的核心设备。污泥焚烧炉主要有多膛式焚烧炉、旋转窑焚烧炉、流化床焚烧炉等。

1.3.1 多膛式焚烧炉

多膛式焚烧炉由串联炉膛和圆柱形钢壳体组成，炉膛用耐火砖砌成，一般可含有4～14个炉膛。每个耐火砖砌成的炉膛上都有搅拌装置，可以搅拌耙动污泥，使污泥以螺旋型轨道通过焚烧炉炉膛。

初步脱水的污泥从多膛式焚烧炉顶部注入炉膛，在焚烧的同时以螺旋型向下流动，依次流过串联的各个炉膛。多膛式焚烧炉内串联炉膛的温度中间高两头低，顶部2个炉膛一般起干燥污泥作用，温度为480～680℃，污泥含水率降至40%以下;串联炉膛的中部几个炉膛为污泥焚烧层，侧壁会加入辅助燃料，其温度最高，可达760～980℃，钻井污泥在此与上升的高温气体和辅助燃料氧化燃烧;串联炉膛的下部几个炉膛为预热空气冷却层，加热空气自身缓慢冷却，一般温度为260～350℃，污泥氧化燃烧后的炉渣加热空气后，从炉膛底部的排灰口排出。有时候焚烧工艺设计可以从顶部第2个炉膛注入污泥，而将顶部炉膛作为后燃室，以便燃尽污泥干燥过程中挥发的碳氢化合物。而多膛式焚烧炉热烟气流到炉子顶部后一部分回流到炉底维持炉膛温度，一部分经除尘净化后排空。

1.3.2 旋转窑焚烧炉

旋转窑焚烧炉的燃烧设备由回转窑构成，回转窑内壁采用耐火砖砌筑或用管式水冷壁，使得金属外筒温度低于允许值。回转窑由挡轮、托轮支撑，倾斜放置，是缓慢旋转的。回转窑直径一般为4～6m，其长度约10～20m。

旋转窑焚烧炉根据污泥含水量的高低确定污泥处理工艺。污泥处理一般选择顺流式焚烧系统，被焚烧处理的钻井污泥的运动方向与燃烧烟气流动方向相同，以每分钟几转左右的转速缓慢转动的回转炉，炉膛内耐高温金属抄板将处理的污泥由炉膛下部带到炉膛上部，然后自由落下。处理的污泥在筒内上升又自由落下的翻滚运动，可使污泥与氧气充分接触，在达到着火温度后燃烧，进行较完全的燃烧，一直到回转炉出口排出灰渣。当污泥含水率过高时，污泥由回转炉一端送入，利用热烟气对其进行干燥，也可在回转炉尾部增加一级炉排，来满足燃尽要求。旋转窑焚烧炉回转炉中排出的烟气通过设计的垂直的完全燃烧室，回转炉烟气中的可燃成分在此充分燃烧。完全燃烧室运行温度一般控制在1 000～1 200℃。

1.3.3 流化床焚烧炉

流化床污泥焚烧炉中的污泥在流化状态氧化燃烧。空气经风帽或风管进入焚烧炉，为了使固体处在流化状态，采用一定粒度范围的石英砂作为床料，促使炉内的污泥颗粒流化。流化床焚烧炉内有大量运动着的高温惰性物料，石英床料的蓄热量极大，给料装置把污泥输入焚烧炉后，污泥块状颗粒立即被冲散并与炽热的石英砂粒迅速混合，污泥在流化床中迅速干燥、着火和燃烧。流化床污泥焚烧炉的焚烧条件优于其它焚烧设备，污泥能够完全氧化燃烧，取得较好的燃烧效率;高温下污泥中的灰分会熔化团聚，为了避免这种情况，一般须将焚烧炉的温度控制在850℃。

2 钻井污泥焚烧产物控制标准

钻井污泥已被列入《国家危险废物名录》中的废矿物油类，污泥焚烧过程的控制条件应满足GB 18484-2001《危险废物焚烧污染控制标准》的要求。在《国家危险废物名录》中列入了钻井污泥焚烧处理产生的底渣和飞灰，应根据标准GB 5085.6-2007《危险废物鉴别标准毒性物质含量鉴别》和标准GB 5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》进行危险废物鉴别。

2.1焚烧炉

焚烧炉的技术性能指标[3]见表1。

焚烧炉出口烟气中的氧气含量应为6%～10% (干气)。

焚烧炉运行过程中要保证焚烧炉炉膛内部处于负压状态，避免燃烧产生的有害气逸出。

2.2危险废物焚烧炉大气污染物排放限值

危险废物焚烧炉大气污染物排放限值[3]见表2。

2.3焚烧残余物处理标准

污泥焚烧残余物处理必须采取有效的防止二次污染的措施。对焚烧炉渣应进行特性鉴别，经鉴别后不属于危险废物的按一般废物进行处置，属于危险废物，应按照危险废物进行安全处置。污泥焚烧产生的飞灰、吸附二噁英和其他有害成分的活性炭等残余物应按照危险废物进行处置，按照GB 18484-2001《危险废物焚烧污染控制标准》的要求，送危险废物填埋场进行安全填埋处置[4]。

焚烧残余物鉴别标准是:

1)含有多氯二苯并对二噁英和多氯二苯并呋喃的含量≥15ug TEQ/kg是危险废物[5]。

2)重金属元素应该根据标准GB 5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》进行鉴别。

3 结论

对钻井污泥进行焚烧，为了达到各种环保标准的要求，应该注意以下几个问题:

1)焚烧温度和滞留时间是影响焚烧的重要因素。污泥焚烧炉温度不能低于1 100℃，同时烟气在焚烧室的停留时间不少于2s，否则会使污泥不能完全燃烧，增大飞灰中碳颗粒含量、影响焚烧的销毁率，导致烟尘、CO等排放超标。焚烧炉的温度也不适于过高，过高的温度对焚烧炉本体的材料要求提高，加大了燃料消耗，增加了投资费用;过高的焚烧温度虽然可抑制二噁英的产生但会使NOX、SO2急聚生成，缩短烟气在高温区的停留时间可有效控制NOX生成。因此，在污泥焚烧过程中，控制好焚烧温度、烟气停留时间很重要。

2)焚烧炉出口烟气中的氧气含量应为6%～10% (干气)，这是焚烧时用于满足燃烧用氧量的最佳值范围，当烟气中的含氧量高于10%时，其焚烧时富余氧量过大会带走焚烧炉部分热量，影响了焚烧温度及焚烧效率。当烟气中的含氧量小于6%时，可能会导致污泥焚烧不彻底，大气污染物排放不达标。所以，需要控制好空气过剩系数。

3)二噁英有很强的毒性。污泥中氯是生成二噁英的主要元素，主要是以金属化合物形式和有机结合态存在的，参与形成二噁英的氯主要是在焚烧过程分解产生的氯气或者是氯化氢。钻井污泥焚烧过程应采取保证污泥完全焚烧使烟气在燃烧室1 100℃以上停留时间大于2s来控制二噁英的生成。同时必须对高温烟气采取急冷处理，使烟气温度在很短时间1s内降到200℃以下，减少烟气在200～500℃温区的滞留时间来控制二噁英的产生。也可在焚烧炉烟气出口的中和反应器和袋式除尘器之间喷入活性炭或多孔性吸附剂;或在焚烧炉烟气出口除尘器后设置活性炭或多孔性吸附剂吸收塔(床)来去除二噁英。有效的控制二噁英，可使焚烧灰渣达到安全填埋处理。

4)要根据污泥的不同特性，控制重金属污染，建立最优的焚烧环境，来达到降低重金属含量的目的。

[1]林中，李雪凝.油田废弃钻井泥浆处理技术研究进展[J].广州石化，2010，38(5)：16-17.

[2]秦艳，李红旭.含油污泥焚烧处理技术在油田的应用[J].石油工业技术监督，2010，26(4)：25-29.

[3]GB 18484-2001危险废物焚烧污染控制标准[S].

[4]HJ/T 176-2005危险废物集中焚烧处置工程建设技术规范[S].

[5]GB 5085.6-2007危险废物鉴别标准毒性物质含量鉴别[S].

Drilling sludge will pollute the soil in drilling site，and the incineration treatment of the sludge will also produce secondary pollution.In order to reduce the pollution of the drilling sludge，some technical requirements to the drilling sludge incinerator are proposed，which can provide the reference for the design of the drilling sludge incinerator.

drilling sludge;burning;incineration residue control standard;incinerator

学敏

2015-01-10

樊玉光(1964-)，男，教授，现主要从事动力工程与工程热物理学科的教学科研工作。