丙烯腈污水焚烧炉烟道气结垢原因探析

1、丙烯腈污水焚烧炉烟道气结垢原因探析潘咸峰 万志强 路明义(齐鲁石化公司研究院, 淄博, 255400摘要 介绍了丙烯腈污水焚烧炉在进行烟气余热回收时, 烟气易在换热器中结垢而造成阻塞的原因, 指出焚烧炉的烟气余热回收时事先需解决烟气结垢的问题, 分析了国内同类装置的污水和烟气垢样, 找出了换热器结垢的原因并提出了解决结垢的对策。关键词 丙烯腈 污水 焚烧 结垢原因1 前 言齐鲁石化公司丙烯腈厂在生产丙烯腈过程中的急冷塔出水是一种深棕色的污水, 污水中成分复杂, 可生化性比较差, 不能生化处理, 该厂采用焚烧法处理这股污水。焚烧时焚烧炉以渣油作燃料, 污水喷入炉膛与渣油一起燃烧, 其烟气原设计为

2、直接排放。现拟将烟气的余热回收, 回收时烟气要经过两次热交换, 一次为高温预热器, 一次为低温预热器。经调查此工艺与国内某生产丙烯腈的F 厂污水焚烧炉运行工艺类同。烟气在高温预热器中一般不产生结垢, 而是在低温预热器中产生结垢。烟气在热交换器中走壳程, 垢沉积在列管的外壁, 使得烟气余热回收系统每隔不到3个月就要停车清洗一次, 每次停车需要2周的时间, 给生产造成很大影响和损失, 影响了工厂的经济效益。齐鲁石化公司丙烯腈厂为了避免同样的结垢现象发生, 经齐鲁石化公司研究院对两厂生产污水和垢样进行分析, 找出了结垢原因并提出了解决方案。2 分析方法(1 污水采用气相色谱法分析;(2 垢样采用X

3、射线衍射法和红外光谱法分析。3 丙烯腈生产污水与烟气结垢垢样分析结果丙烯腈生产污水焚烧烟气余热回收的流程简图如图1所示。 图1 丙烯腈生产污水焚烧炉烟气余热回收流程据在F 厂现场观察, 高温预热器列管壁上吹扫下来的垢物主要是灰分, 呈浅灰色, 状态为细粒及粉末状。而低温预热器列管壁上粘附的垢物呈黑灰色, 外观为干硬块及颗粒状, 且大量粘附于列管壁上, 造成换热器严重堵塞。因此结垢主要是收稿日期:1999 03 20; 修回日期:1999 07 25。作者简介:潘咸峰, 男, 于1985年7月毕业于青岛建筑工程学院环境保护工程系, 一直从事污水处理的科研工作。在低温预热器内发生的。齐鲁石化公司丙

4、烯腈厂有两股难处理污水, 一是急冷塔出水, 水量4. 5t/h; 二是硫铵回收塔出水。我们所采的丙烯腈厂污水水样是两股的混合水, 与F 厂的丙烯腈生产污水一样均呈暗红色, 有异味, 无沉淀物。经采用无机、有机、无机与有机絮凝剂复配的方法处理该污水, 均不形成沉淀, 因此可以确定污水中没有不溶物。我们对齐鲁石化公司丙烯腈厂和F 厂的生产污水采用气相色谱法及化学法进行分析, 分析数据对比如表1所示。表1 两股污水组成分析结果的对比化合物名称污水组分质量分数, %丙烯腈厂F 厂丙烯腈0. 050. 06乙腈0. 150. 01SO 2-0. 04吡啶0. 040. 04吡嗪0. 01-乙酸0. 15

5、0. 05乙烯基吡嗪0. 02-丙烯酸0. 190. 05乙酰胺0. 040. 01 N S C N0. 030. 02甲酰胺0. 020. 03NH0. 050. 04N 丁二腈0. 090. 06其它有机物0. 230. 14SO 4-22. 766. 44NH 4+1. 782. 57水<94. 39<90. 44注:水中其它无机盐没有分析。F 厂烟道气低温预热器结垢物垢样采用X 射线衍射法和红外光谱法进行分析, 其物相分析结果分别见表2和表3。从表1分析结果看, 齐鲁石化公司丙烯腈厂和F 厂的丙烯腈生产污水挥发性组分明显相似, 这是由于两家生产装置的工艺基本相同。对比表1和

6、表3可以看出, 污水中的挥发性组分(如丙烯腈、乙腈、吡啶、乙酸、丁二酸等 并没有出现在烟道气的结垢物中, 说明水中有机物基本上都被燃烧掉了。从表2数据可以看出, 结垢物中含有元素碳, 而这部分碳并没有出现在结垢物物相中, 说明这部分碳是单质碳(或者称为碳灰 , 据分析主要是渣油不完全燃烧造成的, 因为污水中有机物含量只有0. 41%。从表3的分析结果表明, 结垢物中主要成分是硫酸铵盐类化合物。与之对应的F 厂的污水中含有8. 86%的硫铵。而水中的硫铵和其它无机组分之所以能转入结垢物中, 是因为当污水喷入高温燃烧(800e 的炉膛时, 水被汽化的同时无机盐被高温烟气夹带着冲出炉膛, 在随后的预

7、热器中烟气被冷却, 烟气中的盐以复合无机盐的形式在热交换器的管壁上沉积, 由于其具有吸水性, 吸收烟气中的水分, 在生产过程中呈粘稠状粘附在管壁上, 造成热交换器的阻塞。当其从热交换器上被清理下来, 垢中的水分挥发后就变成了干硬块。表2 F 厂烟道气结垢物元素分析结果单位:%C O N Na S Fe M o Si Al Ca Fe Mo 11. 3457. 559. 772. 8815. 42. 670. 390. 400. 530. 433. 340. 54注:表中两个Mo 、Fe 是属于不同化合价。表3 F 厂烟道气结垢物物相分析结果(Na #NH 4 SO 4#2H 2OCaSO 4(

8、NH 4 3Fe(SO 4 3(NH 4 2Fe(SO 4 2#6H 2O主少主少另外, 我们还对齐鲁石化公司内其它以重渣油为燃料的两厂的锅炉进行了调查, 其烟气余热回收系统都存在轻微的阻塞现象。其中一个厂的锅炉系统采取的措施是每隔24h 不停车吹扫一次换热器, 将其灰分吹出。每次大检修再拆开清洗1次烟气换热器。另一个厂的锅炉(下转第213页表7 管式法LDPE 生产技术经济比较专利技术三菱油化(日 Imhausen (德国 DSM (荷兰 B ASF (德 Exxon (美 工艺特点二点进料三段反应三点进料三段反应一点进料四段反应四点进料四段反应三点进料三段反应反应进气点数23143引发剂进

9、料点数33443反应条件 最高压力/MPa 280340275300300 最高温度/e 340340310310340单程转化率, %222723302231301830产品性能 性能光学性机械性光学性、机械性机械性光学性 熔融指数/g#(10min -10. 15240. 25210. 3150. 2250. 220 密度/g#cm -30. 91800. 92650. 91800. 92650. 9200. 9260. 9170. 9290. 9220. 932引发剂种类空气及有机过氧化合物纯氧有机过氧化合物纯氧有机过氧化合物分子量调节剂丙烯、丙醛丙烯丙烯、丙烷丙烯丙烯生产能力/kt #

10、a -180100100100130运转时间/h #a -17000700800080008000乙烯单耗/t#(t PE -11. 0301. 0201. 0111. 0181. 015电耗/kW #(t PE -112301000998800850氮耗/m 3#(tPE -111616203. 2纯水耗/t#(t PE -11. 41. 10. 80. 6蒸汽耗/kg #(t PE -1200230203100500参考文献1 徐蓓蕾. 中国农用塑料概况及发展前景. 中国塑料,1998, 12(2 ; 142 European Plastics News. 1998, 25(2 :39(上

11、接第204页 系统采取的措施是每半年打开清洗1次烟气换热器。而且据厂方介绍, 清洗下来的主要是灰分。由此可见, F 厂锅炉烟气余热回收换热器结垢是焚烧污水引起的, 且主要是由于污水中硫铵引起的。4 烟气余热回收换热器结垢对策(1 硫铵塔的污水不进焚烧炉。从以上分析可以看出, 烟道气结垢主要是由污水中含有硫铵引起的。因此如果能避免硫铵进入焚烧炉, 烟道气结垢的情况就会明显减轻。据了解, 丙烯腈生产污水分几股, 其中有一股含有硫铵。如果此股污水不进焚烧炉, 换热器结垢的趋势就会大为减弱效益。另外, 该股含硫铵废水量不大, 要进行焚烧的主要是丙烯腈污水。因此, 建议将硫铵塔的污水外排, 另作处理, 不进入焚烧炉。(2 焚烧系统应增加清扫设备。由以上分析可知, 即使含硫铵的污水不进焚烧系统, 渣油燃烧也产生灰分, 对热交换器会造成阻塞。因此, 设计清扫设备可