炼油厂污泥干化焚烧的思考

葛永睿 龚朝兵 李 强 肖立光 李海华

(1.中海油惠州石化有限公司，广东 惠州 516086；2.中海油石化工程有限公司，山东 青岛 266101)

石化企业运行过程中产生的污泥主要包括隔油池底泥、浮选浮渣、剩余活性污泥，通常简称为“三泥”。“三泥”具有污染物成分复杂、恶臭严重、含水率高、脱水难度大、深度处理难度大的特点。目前我国含油污泥的处理主要采用调质-机械脱水技术，脱水后污泥的含水率一般在75%～85%。该技术虽然能够有效地分离油-水-泥，并实现部分资源化利用，但经过机械脱水后的污泥含油率仍然达不到无害化排放要求，需要进行深度处理。

污泥处理与处置的目的是以减量化和无害化为原则，主要有填埋、农用、土地改良和焚烧等方式，由于填埋要占用大量土地、耗费巨额运输费用，且会使填埋场周围的环境恶化，产生渗沥液和臭气，许多地区的民众坚决反对新建填埋场。污泥干化焚烧技术能最大限度的减小污泥体积并杀灭病原菌，因此近些年来，已成为市政污泥处理的主流技术，在欧美、日本等发达国家得到了广泛的应用[1-3]。

1 炼油厂“三泥”干化-焚烧的必要性

大型炼油、化工一体化项目危险废物的产生种类复杂、有毒有害成分及重金属含量高、数量较大，具有固体、半固体、液体和气体等多种形态，处置难度大。目前国内危险废物的处置主要有安全填埋和焚烧两种途径。安全填埋需占用大量土地，对填埋场的管理和监控是一项长期而复杂的任务，容易产生次生污染。大型石化企业建设危险废物焚烧设施能同时满足使废物减量、彻底焚毁废物中的有机污染物质，以及回收利用焚烧产生的废热等目的，且已得到广泛应用。由于国内污泥的含水量较高，热值相对较低，采取污泥直接焚烧方式存在燃料消耗大，运行费用高的问题，一般采用干化-焚烧的方式[4-11]。

中海油惠州石化有限公司(以下简称惠州石化)一期12 Mt/a炼油项目产生危险废物约10 kt/a，主要以污水处理场脱水后油泥、浮渣、剩余污泥为主，产生的危险废物经离心脱水后委托环保公司处理(汽车运输)。二期10 Mt/a炼油项目和1 Mt/a乙烯项目开工投产后，一期、二期产生的危险废物总量预计为28 kt/a，废物主要种类有：废环丁砜、废胺液、废碱液、废润滑油、废活性炭、废离子交换树脂、清罐油泥，以及污水处理场油泥、浮渣、剩余污泥及化学污泥等。

2 干化-焚烧系统配置

污泥干化-焚烧装置主要包括进料系统、干化单元、焚烧单元、余热利用系统、烟气净化系统、在线监测系统等。目前主流的危险废物焚烧工艺采用焚烧炉+二燃室+余热利用+烟气净化的设计。典型的烟气净化工艺大多采用烟气急冷+干法脱酸+活性炭吸附+布袋除尘+湿法脱酸+烟气再热的烟气净化技术。

2.1 系统的一般设置与污染物控制

湿污泥输送一般选用螺杆泵或柱塞泵，污泥料仓至干化机段污泥输送可使用进口螺杆泵，在距离较远的情况下可考虑使用柱塞泵。焚烧炉一燃室温度控制在850 ℃以上，二燃室按照规范要求控制焚烧温度1 100 ℃以上，烟气停留时间不少于2 s，顶部设置紧急排放烟囱。回转窑需要设置火焰监测系统，发现停机熄火时，先进行故障排除，然后重启点火程序。余热锅炉采用水冷膜式壁结构，可减少锅炉检修频率，增加系统稳定性；锅炉设置超温、超压、高低水位和其他相应的安全联锁装置；可设置蒸汽往复泵，在停电情况下利用蒸汽启动运行，为锅炉紧急供水。在急冷塔内，烟气在1 s内从500 ℃降至200 ℃以下，能避免二噁英在低温时再次合成，材质优先选择316L。目前焚烧烟气基本以布袋除尘为主，应用较好的滤料品种是聚四氟乙烯(PTFE)滤料、P84、聚苯硫醚(PPS)等，其中PTFE滤料的性能最佳。袋式除尘器的布袋选用耐酸碱耐高温性能强的PTFE材料，PTFE针刺毡+PTFE覆膜，布袋除尘器设置低压长袋脉冲反吹在线清灰装置。

炼厂污泥的焚烧其氮氧化物的浓度较低，一般采用低氧燃烧及选择性非催化还原系统(SNCR)进行控制，在二燃室烟气出口管道或余热锅炉中间位置设置还原剂喷入点。一般采用干法(半干法)+湿法的脱硫方式，在急冷塔后的烟道上喷入干石灰和活性炭，活性炭可有效吸附二噁英和重金属汞(Hg)等，在布袋除尘器后设置脱酸洗涤塔。烟气排放前可设置烟气再热器来解决烟囱“冒白烟”问题，烟气出口温度大于130 ℃。

二噁英的控制方法主要有源头控制、炉内控制和炉外净化。氯源对二噁英的生成有重要影响，降低重金属和含氯物质的含量，可降低二噁英的生成率。炉内抑制二噁英产生的有效办法是所谓的“3T+E”控制，即炉温(Temperature)、停留时间(Time)、湍流(Turbulence)和过剩空气量(Excess air)。避免二噁英重新合成的主要办法是烟气通过急冷尽快通过250～350 ℃的低温生成区。重金属在烟气中主要以烟尘的形式存在，可以通过袋式除尘器去除。

设置烟气在线监测系统(CEMS)，对烟气流量、温度、压力、湿度、氧浓度、一氧化碳、二氧化碳、烟尘、氯化氢、氟化氢、总烃、二氧化硫和氮氧化物等参数进行实时监测和控制。

2.2 焚烧炉炉型选择

危险废物焚烧的焚烧炉炉型主要有回转窑型焚烧炉、液体喷射焚烧炉、流化床焚烧炉、热解焚烧炉、多层床焚烧炉等。其中流化床焚烧炉在市政污泥焚烧中有广泛的应用，危险废物焚烧炉国内以回转窑焚烧炉较多。

回转窑焚烧炉可处理接纳各种形态的污泥及废物，对废物预处理的要求较低，设备运行稳定程度高，焚烧污泥时固相停留时间长，配套窑尾设置二燃室可以保证废物的燃尽率达到99.99%以上。其缺点是热效率较低，过剩空气因子较大，设备体积庞大，耐火砖维护费用高、对窑头及窑尾的连接密封组件精度要求偏高。因其应用技术成熟、运行可靠、操作简单、适应性广、入炉进料和出渣方便等优点在污泥焚烧处置中被作为焚烧设备的首选。其对进料污泥的含水率要求宽泛，对来料污泥的形态基本不受限制，炼厂污泥焚烧建议选用回转窑焚烧炉。回转窑焚烧炉耐火材料的使用寿命尽量在5年以上。

2.3 干化与焚烧协同

虽然回转窑焚烧单元可以处理含水率为30%～80%的污泥，但污泥热值对其能否达到自持燃烧影响很大。污泥的焚烧按照干度可分为污泥的直接焚烧、半干污泥焚烧、绝干污泥焚烧，焚烧方式的选择主要取决于污泥的泥质、热源的使用和废热的利用要求。如日本进入污泥处置场的污泥热值较高，因此其污泥处置工艺为湿污泥直接焚烧(含水率80%左右)。由于我国污泥的热值较低，污泥半干化+焚烧的方案可以实现污泥焚烧系统废热与干化系统需热的平衡，在3种焚烧形式中最经济。余热锅炉和焚烧炉产生的蒸汽可用于污泥的干化设备、焚烧系统的空气预热器、空气加热器、净化烟气的再热器等换热设备，实现资源综合利用的目的。

目前污泥热干化技术主要有欧洲(如德国、法国等)的间接干化方式与韩国的直接干化方式。按照干化后污泥的含水率分为全干化(含固率>85%)和半干化(含固率<85%)，其中干化后含固率在65%～85%的称为高干度半干化。全干化的污泥挥发分高、热值高，存在自燃自爆的安全风险，在运行上安全要求很高，要求系统处于完全密闭的惰性环境，需要严格控制系统的粉尘浓度、氧含量、温度等影响因素。

国内炼油厂目前使用的干化机主要有桨叶式干化、薄层干化与带式干化，带式干化属于直接干化，由于密闭效果较差，现场臭味较大。

空心桨叶式干化机适合高黏度物料的干化，桨叶采用了特殊的啮合设计，叶片之间具有自清洁功能。其业绩以全干化和高干度半干化为主，国外以工业污泥干化为主。市政污泥特别是剩余活性污泥性状变化较大，与市政污泥相比工业污泥的性状更稳定、均一。目前国内市政污泥干化焚烧工程中桨叶式干化机有较多应用[5-7]，其干化后污泥含水率为30%～40%，入炉污泥的含水率为50%～60%。当干化污泥含水率为30%～40%时，干化机可选择的类型较多，干化效率较高，能量消耗较低；干化系统和焚烧系统的处理能力较为均衡，应对各种工况的能力较强；污泥已越过黏滞区，呈块状固体，输送和储存比较方便，设备选择面广，不易产生粉尘，安全性较好。

炼油厂桨叶式干化机与污泥接触部分采用316L不锈钢。对于桨叶式干化机的腐蚀，根据运行经验，桨叶采用表面带碳化钨涂层，各焊接部位采用全坡口焊接方式，可有效控制桨叶磨损以及磨损后焊接部位泄漏[7]。

干污泥的提升输送需采取不挤压揉捏破坏原有泥团的方式，以减少设备故障率，提高生产能力。根据文献[7]介绍，其先后采取的Z型链条式刮埋提升机与刮板式提升机均存在设备磨损严重、故障率高的问题，后改用振动输送机、Z型活动斗式提升机和振动输送给料机的组合方式有效提升了输送能力。

2.4 烟气排放方式

烟气湿法脱硫后的干净烟气的温度在50 ℃左右，其排放方式分为再热后排放和直接排放，湿法脱硫后一般将末端不加烟气换热器直接排放的烟囱称为湿烟囱。主要有以下几种排放形式：使用烟气换热器对净烟气加热升温排放，不加热通过冷却塔排放，通过脱硫吸收塔塔顶设置的直排烟囱排放，直接通过湿烟囱排放，接入湿式静电除尘器后再排放。采用湿式静电除尘器可有效提高对微小颗粒物的捕集能力，有利于解决烟囱雨与高污染物浓度问题[12-15]。烟气经过湿法脱硫系统(WFGD)洗涤以后，温度会低于酸露点，为提高烟气的扩散能力及减轻烟道和烟囱的腐蚀，许多国家规定了烟囱最低排烟温度，如英国规定不低于80 ℃，日本为90～110 ℃，德国不低于72 ℃。日本为了减轻对环境的污染，采用高烟温排放以强化烟气的扩散。德国从2002年开始采用欧盟的标准，取消了对烟气排放温度的限制，将脱硫后的烟气通过冷却塔排放。美国没有对排烟温度进行限制，自20世纪80年代中期以来，其部分FGD已开始选择湿烟囱运行。采用湿烟囱技术时，为避免腐蚀，需对烟道和烟囱采取防腐措施，由于烟温低，烟气抬升高度降低，污染物最大落地浓度会增加。湿烟囱技术在德国和美国等国家已广泛应用，国内也在推广应用。

净烟气的再热方式主要有：气气加热器(GGH)、利用热二次风加热烟气、直接燃烧再热、管式换热器(水媒式换热器和管式换热器)、蒸汽加热器。采用常规的除尘烟气-脱硫湿烟气加热器(GGH)的烟气再热方式虽然提高了排烟温度，降低了腐蚀发生的可能性，并有利于烟气的扩散，但缺点是投资大、系统复杂、故障率高，运行、维护成本高。

取消GGH后，可考虑采用新型的烟气再热方式如利用热二次风加热烟气、直接燃烧再热、管式换热器(水媒式换热器和管式换热器)、蒸汽加热器或利用烟塔合一技术(冷却塔排烟技术)等。美国部分电厂由于不安装GGH，考虑到烟温过低时对周围环境可能产生不利影响，采用了在烟囱底部安装燃烧洁净燃料的燃烧器，在气象条件不利于扩散时，对脱硫后的烟气进行临时加热，该方法投资和运行费用较低，但国内尚无实施案例。管式换热器存在低温侧腐蚀问题，且国内应用较少。利用热二次风加热烟气以及烟塔合一技术目前发展得最为成熟，烟塔合一技术投资费用高，南方地区冷却塔使用较少。

白烟问题不是一个环境问题，而是一个公众的认识问题，需加强与公众的沟通和宣传。消除白色烟羽可采用直接加热法或先冷凝再加热法[15]，但目前国内部分地区可能倾向于消除白烟，减少视觉污染。因此对于南方炼厂的污泥焚烧，其烟气再热方式建议选用热二次风加热净烟气或蒸汽加热净烟气的方式。

3 结语

大型炼化一体化企业在生产过程中产生的污染物数量大、种类多，成分复杂，处理难度大。适宜采用干化-焚烧方式处理，可以实现减量化、无害化、资源化的目标。鉴于白烟和腐蚀问题，烟气再热建议选用热二次风加热净烟气或蒸汽加热净烟气的方式。