含盐废液焚烧处理技术的研究进展

赵 波，满 毅

（江苏中圣园科技股份有限公司，江苏 南京211102）

造纸、制药、化工等行业的发展产生了大量的高浓度含盐废液，其排放量急剧增加，无论是发展中国家还是发达国家都面临着寻找合适的含盐废液处理方法的问题。含盐废液往往毒性较高，如果直接排放将造成严重的环境污染，而常规的处理方法又无法解决污染问题。以热处理为代表的资源化处理技术正逐渐成为该领域研究热点，其中利用高温焚烧彻底分解含盐废液中有机物是一种常见的含盐废液处理方法[1]。

1 含盐废液焚烧工艺

焚烧工艺过程是指焚化废物中有机物使之分解并无害化的过程，焚烧过程由气化、热分解、燃烧等传热、传质过程组成。焚烧法是高温下用空气深度氧化处理有机废水的最有效手段，也是高温深度氧化法处理有机废水最易实现工业化的方法[2]。含盐废液的焚烧是将所有可燃或需要助燃的含盐废液，在800 ℃以上的高温条件下，使含盐废液中的可燃组份与氧气进行剧烈的化学反应，含盐废液中的有机物将被彻底分解为二氧化碳和水，残余的盐分在高温下以熔融状态排出，从而实现高含盐废液的安全处置。处理 ρ（COD）＞100 g/L，热值＞1.05×104kJ/kg 的高浓度废液，一般采用焚烧方法。对于含盐量＞10 g/L的有机废液，一般需要进行脱盐预处理以防止炉内结焦[3]。热值较低的废液可燃物比例低，不足以维持焚烧温度，所以往往先将废液浓缩如用蒸发和蒸馏法或依靠辅助燃料进行焚烧。焚烧是工业废物处理的终极方案，可以处理的废物种类多，并且可同时处理废气、含盐废液等。

2 含盐废液焚烧设备

焚烧法处理含盐废液可以简化处理工艺，同时有效利用废液具有的热量，有明显的经济效益和环保效益。根据主体设备的不同，目前含盐有机废液焚烧处理主要分为流化床焚烧技术、 回转窑焚烧技术和液体喷射焚烧炉技术。

2.1 流化床焚烧技术

流化床废液燃烧系统主要由焚烧炉本体、 废液喷射系统、高温燃烧室、余热锅炉、振动排渣机、尾气处理装置、尾部排尘器和鼓、引风机等组成。焚烧炉本体由流化床密相焚烧区和稀相区构成，有机废液由废液喷射系统分别喷入流化床密相焚烧区和稀相焚烧区[4]。

流化床焚烧炉多为圆柱形反应器，主要包括炉体、耐火材料、布风板、点火装置等部分。焚烧炉下部设计呈圆锥状，底部设有气体分配板，其主要结构如图 1 所示[5]。

图1 流化床焚烧炉结构示意图

流化床焚烧炉的燃烧室分为下部密相区和上部稀相区两部分，密相区床层中有大量的惰性床料，其热容量很大，能够满足有机废液的蒸发、热解、燃烧所需大量热量的要求[6]。一次风通过密相区底部的布风板送入床内，使床层处于良好流化状态，同时为废液和辅助燃料的充分燃烧提供足够的空气。床层温度均匀稳定，有利于有机物的分解和燃烧。二次风置于流化床稀相区的下部，在稀相区形成旋涡气流，使扰动强烈，混合充分，保证了废液在稀相区充分燃尽。但在处理高含盐有机废液时，由于炉膛的运行温度高于部分无机盐的熔点，且烟气流速快，容易造成炉膛及部分烟道结焦挂壁现象，影响焚烧炉的稳定运行[7]。

2.2 回转窑焚烧技术

目前，市场上应用较多的焚烧技术为回转窑+二燃室，其结构如图2 所示。回转窑焚烧法是目前较成熟的危险废物处置技术之一，回转窑因其适用性强、工艺相对简单、操作性强等特点而得到广泛应用。

图2 回转窑焚烧炉结构示意图

回转窑焚烧炉最重要的两个部件是回转窑和二燃室。回转窑是一个有一定斜度的圆筒状物，内部铺设保温材料和耐火砖，借助窑体的转动来促进物料在窑内混合并逐渐向窑尾移动。最常见的回转窑是顺流式、 有耐火衬层的固态排渣炉，转速1/4～4 r/min，倾角为 2°～4°，填充率为 5%～15%，二燃室中烟气停留时间 1～3 s，温度在 1 000～1 400 ℃。

二燃室与回转窑窑尾密封连接，通常为立式结构，部分高热值的废液和废气通常经喷嘴雾化后喷入二燃室燃烧，也可以喷入回转窑内助燃；而低热值废液从回转窑的给料端喷入，以增加废液在高温段的停留时间，促进废液蒸发与分解，燃烧后的灰渣从窑尾落入出渣系统，窑头和窑尾可喷入辅助燃料来保证窑内燃烧高温，未完全燃尽的可燃气体随焚烧系统负压进入二燃室内完全燃尽。含盐废液在固态排渣炉中焚烧会引起严重的结渣，因此常采用液态排渣炉，运行温度大于1 000 ℃。回转窑焚烧废液最大的优点是可同时处理固废和废液，且几乎适用于所有可焚烧处置的废液[8-9]。

2.3 液体喷射焚烧炉技术

液体喷射焚烧炉用于处理可以用泵输送的液体废弃物，液体喷射焚烧炉分为卧式和立式两种。处理含盐废液和低熔点灰分多的废液时多采用立式液体喷射焚烧炉[10]。立式液体喷射焚烧炉的燃烧室为内置耐火材料的立式圆筒，可以根据需要调整圆筒的高径比，以承受一定程度的熔融结焦，其结构如图3所示。液体喷射焚烧炉结构简单，有一个或多个燃烧器，液体废弃物通过喷嘴雾化为细小液滴，在高温火焰区域内以悬浮态燃烧，对废液热值和雾化质量要求较高。良好的雾化是达到含盐废液处理的关键，成分复杂的低熔点盐可能堵塞喷嘴，降低喷嘴的雾化效果，影响焚烧炉的正常运行。

图3 液体喷射焚烧炉结构示意图

盐类熔点较低，在燃烧高温烟气中呈现熔融状态，如直接随烟气进入后续烟道及设备，较易形成在烟道及后续设备的结垢。通常的做法是将烟气温度降低到盐类熔点以下的安全温度，如采用燃烧烟气通过诱导管进入冷却罐将烟气瞬间冷却的液中焚烧技术；采取烟气循环的方式，将部分后端温度较低的烟气回流至焚烧炉底部，将从焚烧炉排出烟气的温度降低的烟气回流技术； 增设凝渣管区及辐射冷却室技术等。

3 含盐废液焚烧处理技术存在问题及展望

3.1 各焚烧设备存在问题

流化床焚烧炉的主要缺点是当废液中碱金属和卤素含量高时，焚烧过程中生成的碱金属盐容易和床料结合成低熔点的共融体，如果熔化盐在床内积累，最终将导致床料结焦，流化失效[11]。

回转窑在处理高含盐废液时，形成的低熔点盐类物质容易在高温情况下熔融结焦，出现回转窑结圈和熔渣挂壁的现象，造成耐火材料腐蚀、焚烧效率下降； 当低热值废液喷入量较多时，为维持窑内温度，需加入辅助燃料，并通入大量空气，烟气中氮氧化物含量较高。

液体喷射焚烧炉对废液热值和雾化质量要求高，焚烧低热值废液时用油或天然气助燃，运行成本增大；烟气中NOx含量也较高，需要采用合适的控制措施。在处理高含盐废液可能堵塞喷嘴，影响焚烧炉的正常运行。

相对于流化床焚烧炉，回转窑及立式液体喷射焚烧炉更适合于处理高含盐有机废液，但仍存在炉体及烟道结焦结渣问题。

3.2 焚烧过程中有害物质的释放及处理

废液除了含有碳、氢、氧外，还含有氮、硫、卤素等元素，经过焚烧处理后，会产生大量酸性气体，如SO2、HCl、NOx和二恶英。

SO2的排放浓度取决于含盐废液中的硫含量，使用流化床进行焚烧处理时，可以利用800～900 ℃这一适合石灰石脱硫的低温燃烧区域来进行炉内脱硫，能有效减少SO2的排放，在焚烧炉出口对SO2的脱除，可以使用干法烟气技术、湿法烟气技术及半干法烟气技术等。

含盐废液焚烧过程中HCl 的排放浓度一般认为与温度有关，HCl 排放的控制措施与SO2的脱除类似，在焚烧炉出口洗涤塔中喷入碱水进行中和，可除去烟气中的大部分酸洗气体。

NOx的生成速率和生产量与燃烧温度、 过量空气系数等参数有关，通过采用低氧燃烧、分段焚烧和烟气脱硝技术可有效降低NOx的生成和排放。

抑制二恶英的生成可采用提高焚烧温度 （一般高于800 ℃），增加烟气停留时间，尾气设备中配置有急冷塔，使高温烟气迅速降低至200 ℃以下，防止二恶英再次生产，烟道喷活性炭吸附等方式减少二恶英的生成和排放。

3.3 结渣及炉体腐蚀

由于含盐废液焚烧过程中炉膛的运行温度高于部分无机盐的熔点，废液在焚烧过程中与床料反应生成熔点较低的物质，这些低熔点物质是造成焚烧炉的腐蚀、结渣的主要原因。减轻结渣的方法一种是向其中添加合适的添加剂，将碱金属盐类包裹起来，形成高熔点物质； 另一种方法是适当降低焚烧温度至无机盐的熔点以下； 第三种是通过预处理将碱金属盐分离回收。

4 结论

焚烧处理是处理含盐废液的一种行之有效的方法，焚烧技术可以充分利用高含盐有机废液中的热值，可实现含盐废液的减量化、无害化和资源化。三种典型的焚烧炉各有优缺点，在系统的设计和选型时应综合考虑含盐废液的特点。

（1）流化床焚烧技术燃烧稳定，炉内温度场均匀，采用二次风增加炉内的扰动，焚烧效率高，床层热容量大，能提供废液蒸发、热解和燃烧所需的热量。主要缺点是当焚烧含有碱金属盐和碱土金属盐的废液时，容易形成低熔点的共融体，导致流化失效。

（2）回转窑焚烧废液最大的优点是进料弹性大，可同时处理固废和废液，且几乎适用于所有可焚烧处置的废液，工艺相对简单、操作性强。主要缺点是结构复杂、投资大，处理高含盐废液时，形成的低熔点盐类物质容易造成回转窑结圈，影响焚烧效率，处理低热值废液时氮氧化物生成量高。

（3）液体喷射焚烧炉优点是可以处理各种不同成分的废液，维护及投资费用低。主要缺点是无法处理难以雾化的废液，在处理高含盐废液可能堵塞喷嘴，影响焚烧炉的正常运行。