一、概述
在化工、能源、材料、钢铁等行业，在生产过程中会产生大量的废液和废气。随着环保要求不断趋严，废液和废气必须达标排放。对于含有可燃物质的废液和废气，采用焚烧法处理是一个很好的选择。一方面在高温下，大多数废液和废气会发生化学反应或热分解，生成无害、无臭的化合物；另一方面，燃烧所产生的热量可回收利用，降低废液和废气处理成本。
杭州浙大天元科技有限公司依托浙江大学、中国计量大学的技术优势，长期从事燃烧、污染物控制和余热回收领域的技术研发和工程应用。在废液、废气焚烧领域目前已承担和完成了6个工程项目。
二、废液和废气焚烧技术
对于废液、废气焚烧，需要根据废液、废气的成分和化学性质，设计不同的焚烧技术方案。浙大天元公司在废液、废气焚烧方面，具备下列优势：
1. 建立了废液、废气数据库。该数据库包括近百种废液和废气数据，包括废液和废气物性数据、化学反应热、污染物生成、腐蚀性数据等。根据所要处理的废液或废气的性质，设计最佳的焚烧方案。
2. 编制了废液、废气焚烧计算软件，可对不同成分废液和废气进行各种计算，包括空气量计算、烟气量计算、余热锅炉换热计算、污染物生成计算。
3. 研制了超声雾化喷枪和废液预热、输送系统。解决了高粘度废液雾化、焚烧问题。
4. 研制了低热值废气燃烧器。该燃烧器燃烧低热值燃料时，燃烧稳定性好，燃烧效果高，NOx排放量少。
5. 对于一些有特殊要求的设计，采用FLUEN对燃烧器和炉膛的配合进行模拟计算，使燃烧器和炉膛的配合最优。
三、废液燃烧器和废气燃烧器
燃烧器是废液或废气燃烧的关键设备。我公司所研发的燃烧器具有如下优点。
1. 废液燃烧器
废液燃烧器由安装在中心管内的超声波雾化喷嘴、带旋流器的内空气通道和外空气通道组成。在中心管内安装点火燃料管（气体或轻油）、高能点火器、火焰检测器、看火孔。在燃烧器出口有一扩口段（烧嘴砖或耐火材料）。
废液、废气混烧燃烧器示意图
对于废液，要解决的技术问题是粘度大，容易堵塞雾化喷孔，雾化质量不高，燃烧不完全，容易冒黑烟。
为了解决高粘度废液的雾化问题，研发了超声雾化喷嘴。超声雾化喷嘴雾化原理见下图。超声雾化具有下列优点：
（1）超声雾化喷嘴性能优于其他雾化方式，雾化粒径小，雾化粒度分布均匀。
（2）超声雾化喷孔尺寸大，不容易堵塞。
（3）超声雾化燃烧温度均匀性好，NOx生成量小。
2. 废气燃烧器
（1）采用多通道双旋流结构，主燃料布置在中心位置，从中心向外分别布置高速旋转空气通道，低热值废气通道，最外侧旋转为旋转的空气通道。空气经过旋流器后产生强力旋转，加强主燃料、低热值废气和空气混合。旋转气流在燃烧出口产生强力回流区，该回流区对于稳定煤气燃烧具有很强的作用。
（2）中心管的作用有2点：其一是在管内布置点火管（高热值点火燃料）和高能点火器，自动点燃主燃料。其二是中心管有利于增大烟气回流区尺寸，增加回流量。
（3）在燃烧器出口为带扩口的烧嘴砖或耐火材料筑砌。一方面利用烧嘴砖或耐火材料的蓄热能力提高废气火焰温度，使之稳定燃烧。另一方面扩口可引导气流扩散，合理组织炉内空气动力场。
（4）采用双旋流燃烧器强化了主燃料、低热值废气和空气混合，使火焰温度分布更加均匀，可减低NOx排放量。
（5）燃烧器与具有大蓄热能力的炉膛相结合，可以在保证低热值废气燃尽率99.9%以上时，热风炉尺寸比较小。
（6）采用紫外线火检和炉膛温度监控炉膛着火情况，确保燃烧器和炉膛安全运行。
（7）对于一些有特殊要求的设计，采用FLUEN对燃烧器和炉膛的配合进行模拟计算，使燃烧器和炉膛的配合最优。
工程应用证明，多通道双调风系列燃烧器燃烧稳定，对废气的燃烧完全，可节省主燃料的消耗，经济效益高。
图2 多通道双旋流燃烧器火焰照片
四、工程应用案例
1. 某新材料公司生产环氧树脂，在生产过程中产生大量废液和废气。采用焚烧方法解决废液和废气排放问题。 表1为生产过程中产生的废气类型和数量。从表1可以看到，废气来源多，成分复杂。
表1 废气量及成分
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序号 |
名称 |
来源 |
流量 |
有机成分 |
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1 |
干燥尾气 |
GLY装置 |
1200kg/h |
甘油及聚合甘油、丙烯醛、环氧树脂、甲苯等 |
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2 |
真空尾气 |
GLY装置 |
300 kg/h |
甘油、甲醇、脂肪酸、色素等 |
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2 |
真空尾气 |
ECH装置 |
300 kg/h |
ECH、丙烯醛及其他微量有机物 |
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3 |
氯化尾气 |
ECH装置 |
300 kg/h |
N2、 HCl、 CO、VOCs、氯苯等 |
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4 |
真空尾气 |
环氧树脂 |
500kg/h |
甲苯、ECH、VOCs等 |
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5 |
水池尾气 |
生化装置 |
2000Nm³/h |
空气、臭气 |
表2 废液量及成分
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序号 |
名称 |
来源 |
流量 |
成分 |
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1 |
氯化废液 |
ECH装置 |
500kg/h |
甘油、聚甘油、DCH、MCH、有机酸、0.5%HCl等 |
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2 |
精制废液 |
ECH装置 |
300 kg/h |
40-60% ECH、30-50% DCH、 10-20%TCP等 |
对废液和废气量进行成分和热值分析。由于废液热值高、量大，以废液作为主火炬，稳定焚烧炉燃烧。废气热量低，有些废气基本没有发热值，将废气从燃烧器的周边送入绝热炉膛燃烧。绝热炉膛温度保持在1000℃左右，在此温度下，废气中的有机物和臭气彻底消除，可以达标排放。在绝热炉膛的后部，布置余热锅炉，产生蒸汽用于生产。
所烧废液粘度很高，在常温下无法达到良好的雾化效果。为此需对废液进行进行预热。并采用超声雾化喷嘴。超声雾化喷嘴具有雾化效果好，喷枪喷孔直径大，不容易堵塞等显著优点。
燃烧器采用可调双旋流结构，利用双旋流产生的强大回流区，稳定废液燃烧。并实现空气分级，降低NOx排放。
由于废气中含有腐蚀性介质，在管道设计时，采用耐腐蚀材料。在燃烧器设计时，充分考虑部件的可更换性。在某些喷口腐蚀失效时，可方便更换。
在化工生产过程中，由于废气来源复杂，不允许将废液混合后，送入炉内燃烧。每一炉废气应设置单独管道，并按规范要求配置阀组。
在余热锅炉后，设置急冷塔，洗涤去除NOx、SO2、二噁英等有害物质。
该焚烧炉燃烧稳定、运行平稳，余热锅炉可产生1.5/2t/h蒸汽，烟气达标排放。该技术目前正推广应用到其他类似某项目上。
2. 废焦油焚烧
某厂在生物质气化过程中，产生了大量废焦油。这些焦油粘性很大，且含有一定量的灰分，见图。焦油在常温下呈固体状态，只有加热到足够高的温度时，其粘度才勉强满足雾化要求。对于这种废焦油，采用常规的雾化喷枪，根本无法雾化。采用超声雾化喷枪，并采用燃料和空气双预热的技术措施，经过了大量的试验，解决了废焦油的燃烧问题。
图 为常温下的废焦油。图 为燃烧试验时炉膛火焰照片。炉内燃烧稳定，炉温可维持在1000℃左右。NOx排放基本可达标。
该技术已进行推广，目前已签订4台焚烧炉和余热锅炉合同。
图 粘度很高的废油
