图1 焚烧盐类废弃物的过程中，沉降式冷却器非常可靠

如何提高焚烧炉的使用寿命？排气过热解决方案能够带来怎样的效果？什么样的烟气进化过程是正确的？这些都是企业在处理化工垃圾时所面临的棘手问题。

在化工和医药生产企业中，气态的和液态的化学残留物应优先选择在分散配置的焚烧炉中进行无害化焚烧处理。这些化学残留物通常都是高热值的气体或者含有高浓度有机物的液体。它们中的有毒有害成分会在焚烧过程中释放出来，所以处理这些残留物对焚烧工艺流程和焚烧设备有着特殊的要求。这一过程不仅对焚烧设备中的焚烧室有特殊的要求，而且对焚烧室后的烟尘净化和热能回收利用设备也有特殊的要求。

含卤素的残留物

2000/76/EG号欧盟指令规定：焚烧含有卤素的废料时的最低焚烧温度为1100℃，焚烧时间至少为2h。在焚烧含有卤素的化工垃圾时，除了产生二氧化碳和水之外还会产生无机物，例如：氯化氢和氯气。

焚烧室

焚烧含有卤元素的废气和废液的焚烧室通常采用耐火砖砌成。由于耐火砖材料砌成的焚烧室不能保证无扩散和无渗漏，焚烧时产生的氯化氢会渗入到焚烧室炉衬的耐火砖中，与焚烧炉的炉体相互接触，腐蚀炉体。因此，对焚烧室的内层炉衬和隔热层厚度有一定的要求，两者必须保证能够阻止氯化氢的温度降至氯化氢的露点以下。如果没有焚烧炉的外部隔热层，只有带孔的金属板作为防护层，那么这样有利于监控焚烧炉分层钢板的温度，及时发现炉壁的损伤。

在确定隔热外层的厚度时应考虑，耐火砖材料的隔热层不能抵抗氟化氢。氟化氢与隔热外层耐火砖中的二氧化硅发生化学反应，耐火砖材料会被分解掉。因此，处理含氟化工垃圾的焚烧炉耐火砖外层隔热保护层的使用寿命是有限的。

气态的含卤有害残留物一般经很长的输送管输送到焚烧室中。为能够让这些残留物均匀混合，输送管一般都需要有很大的流量，并且在焚烧室合适位置上配置多个输送管输送。液体的含卤垃圾则要用喷嘴喷射到炉内并进行雾化。这些含卤废液从喷嘴喷射出来的时候，在超声波的作用下液滴雾化成极为微小的雾滴。由于雾化过程是在液体离开喷嘴之后进行的，因此不会磨蚀和磨损喷嘴。

余热利用

烟尘的热能可以用于生产蒸汽或者加热载热油。锅炉工作条件以及使用材料的选择都应根据烟尘中所含的卤素化合物来确定。氯化氢焚烧设备后采用烟管式锅炉通过了考验。如果烟管式锅炉的蒸汽工作压力大约为1.6MPa时，管壁的温度可达到200℃，可以进一步抑制氯化氢的腐蚀。当管壁温度高于300℃时，会造成高温腐蚀。

在焚烧含氟量较高的化工垃圾时，一般会因为烟尘的腐蚀性太高而放弃回收利用其中的余热。

图2 从焚烧后的烟气中回收HCl的工艺流程图

烟尘净化

在焚烧含有卤素化合物的化工垃圾时，应在烟尘排放到环境大气之前进行烟尘净化处理。在这些烟尘中，除了卤素化合物之外还有卤素单质，尤其是在焚烧氯-溴化合物时。很高的焚烧温度能够降低烟尘中卤元素单质的含量。焚烧过程应尽可能在含氧量低的环境中进行，这样可以进一步降低卤素化合物产生，排出更多的水蒸汽。

湿式烟尘净化系统可以进一步减少烟尘中的卤素化合物。最简单的湿式烟尘净化系统由一个冷却塔和一个喷淋塔组成。烟尘在冷却塔中冷却，利用水蒸气吸收饱和，然后输入到喷淋塔中。喷淋液将会吸收烟尘中的卤素化合物。

氯化氢的回收

氯化氢具有很好的水溶性，除了能够在不使用中和剂的情况下只用水净化之外也可以进行浓缩，生成浓缩的水质酸。含氯的废气和废液在最低温度为1100℃的高温下进行焚烧。烟气的热能可以在余热锅炉中用于生产蒸汽。在冷却塔中生成的酸液和烟尘的混合物在冷却器中进一步冷却。酸液与烟尘在热交换器中接触，烟尘所含的大部分氯化氢会被酸液所吸收。冷却后的混合物最终流到沉淀池中，并被分离开来。一部分浓缩的酸液作为产品从沉淀池中抽取出来。

冷却并初步净化后的烟气被送入吸收塔中，并用水进一步吸收烟气中残留的氯化氢。在吸收塔中生成的稀酸被送到冷却塔中。为了尽可能提高酸的浓度，在吸收塔中会进行多次水洗。完成水洗之后，烟气被送入中和塔中，仍然残留的氯化氢和氯单质在碱性喷淋塔中被吸收。最后，经过净化后的烟气可以排放到大气环境中。利用水吸收氯化氢是一个纯物理过程，因此，酸液所能达到的酸浓度取决于温度和烟尘中的氯化氢浓度。氯化氢的浓度主要取决于需净化的化工垃圾中的氯含量，因此可以通过烟尘冷却来影响吸收温度。利用这种方法，在有足够的氯含量和合适的冷却烟尘情况下，可以生产出含30%盐酸的产品酸。

但是，在第一次大幅度降低烟尘的温度时可能会产生盐酸气溶胶。由氯化氢-水构成的混合物在蒸汽压力降低时会变成共沸物。因此，在烟尘的大幅度冷却时会产生局部的过饱和，以及形成一个与之相应的气溶胶。Schaber先生已经对氯化氢吸收过程中气溶胶的生成做了详细的说明和描述。氯化氢气溶胶颗粒的直径为0.5~2μm之间，这些颗粒在物理吸收设备中无法有效分离出来。静电除尘器、文丘里洗涤器和旋转涤气器等都可以作为氯化氢气溶胶分离设备。

含硅的化工垃圾

在生产高纯度硅或者硅化合物时，会产生含硅和氯气含量较高的废气。处理这些废气，企业需要支付很高的费用。在焚烧这样的废气时，硅的化合物被裂解，废气中的硅转变为二氧化硅，同时附带产生盐酸和氯气。所形成的二氧化硅在烟尘中以非常轻的白色微细粉末的形式存在。焚烧时焚烧炉中的温度必须低于1000℃，当温度过高时，二氧化硅熔化，形成琉璃渣状的附着物。为了保证烟尘的顺利排出，焚烧炉应为立式焚烧炉，并从上方添加被焚烧物质。旋流式燃烧器是比较合适的燃烧器。为了保证焚烧过程中不会出现琉璃渣，被焚烧烟尘与空气必须按照一定比例最佳的均匀混合在一起，避免出现局部温度峰值。含有粉尘的高温废气在添加空气和冷水的作用下，温度降到180~200℃。这里放弃了利用锅炉冷却器进行热能回收利用，因为废气中特殊的粉尘负荷使得锅炉冷却器的日常运行异常困难。冷却后的废气经袋式过滤器过滤。袋式过滤器从上向下移动，以便更好地过滤出微细的粉尘（松散容积重约50kg/m3）。为了清除氯化氢和氯单质，袋式过滤器除尘后的烟气会进一步进行湿式洗涤净化。

大多数情况下，含有机盐的液体会对焚烧室的耐火材料炉衬造成严重的腐蚀，影响焚烧炉的使用寿命，同时大大增加了焚烧炉的维护保养工作。当焚烧温度在1000~1200℃之间时，有机盐会部分的以气态、液态或者固态粉末的形式进入到陶瓷耐火砖的微孔中，并向温度较低的方向扩散。在650~750℃的温度范围内，大多数的盐凝结成固体，堵塞了耐火砖的微孔。这些有机盐与耐火砖的化学反应，温度的波动会引起耐火砖体积的变化，在炉衬表面形成应力裂纹，盐分进一步侵入。这一过程不断重复，直到产生较大的裂纹，耐火砖局部脱落。这种现象被称之为碱爆裂，在钠盐和钾盐中表现尤为突出。钙化合物，例如硫酸钙、氯化钙等引起的体积变化较小，因此对炉衬带来的不利影响较小。

焚烧炉炉衬另一个主要的损伤来自共晶物质，这些生成的结痂磨损炉衬。在炉衬表面流淌的盐溶液与耐火砖炉衬材料会产生比盐熔点更低的共晶物质。

焚烧含盐物质的焚烧炉为立式焚烧炉，并需要从上方点火，以便盐熔液向下流淌。大多数情况下，焚烧含盐类的废弃物也都放弃了热能的回收利用，焚烧后的废气直接冷却。在这类焚烧中，一般应用沉降式冷却器，废气直接在焚烧炉下方水中的沉降管冷却。这样能够快速降低烟气的温度，使水蒸气很快达到饱和。烟气中所含的盐分在喷淋过程中被水溶解，在焚烧炉中形成的盐熔液同样也经沉降管冷却并在喷淋过程中被溶解。只有很少量的残留盐分在烟气中以盐气溶胶的形式存在，需要进一步单独清理。清理这些盐气溶胶，可使用文丘里洗涤器或者电子过滤器。