新型悬浮流化床焚烧处置油泥砂技术

Alexandria2020

新型悬浮流化床焚烧处置油泥砂技术

一
含油污泥介绍及主要处理方式：

含油污泥是石油勘探开发、运输、炼制及含油污水处理过程中所产生的含油固体废弃物，其中主要是石油勘探及其生产过程中产生的油泥、油砂，按来源可分为：（1）在油田开发特别是油井采油生产和井下作业施工过程中，部分原油放喷或被油管、抽油杆、泵及其他井下工具携带至井场，这些原油渗入地面土壤，形成油泥称为落地油泥；（2）各种储油罐在自然沉降中也会产生一些油泥称为罐底泥。具有产生量大、重质油组分高、综合利用方式少、处理难度大等特点。

(一)油泥砂主要组成：
胜利油田经过40年的开发，已进入高含水、高采出率及高含砂的时期，随原油开采及生产过程中造成的油泥砂排放量逐步增加，据统计，胜利油田2013年的油泥砂产量高达17万吨，这些油泥砂物性较为单一，是石油与土壤、地下泥沙的混合物，并无其它污染物混入，这些油泥砂中含有石油中特有的烷烃、环烷烃、芳香烃、胶质、沥青质及石蜡等物质，若直接和自然环境接触, 就会对土壤、水体和植被造成污染, 同时也意味着石油资源的浪费。
（二）油泥砂主要处理方式：
油泥砂处理最终的目的是以减量化、资源化、无害化为原则。目前，对油泥砂的处理方式主要有固化焚烧法、分离法、生物降解法、回注法、掩埋法等，这些方式或多或少都存在着处理成本高、二次污染、操作复杂、不具备大规模工业化生产条件等弊端。
为实现快速、高效、低成本、规模化处理油泥砂，结合油泥砂的特性及当地的实际情况，采用焚烧方式对油泥砂进行大规模、工业化处理。焚烧工艺被世界各国公认是污泥处理中的最佳实用技术之一，具有速度快、减量化程度高、能源再利用等突出特点。
二
胜利油田含油污泥特性：

（一）油泥砂来源单一，物理化学成分性质稳定。
油泥砂原料特性是焚烧后衍生物的基础，该焚烧项目只处理胜利油田油泥砂，与其它危废来源复杂的焚烧项目有本质的区别。油泥砂来源为落地油泥或油井采出液形成的罐底油泥。油泥砂的主要物质有泥砂、水及原油，原油为可燃物质，泥砂成分由油矿层岩石物质或地表土壤所决定。各油田油矿层岩石物质或地表土壤的确定性、相对稳定性决定了当地油泥砂成分的稳定性。
（二）油泥砂重金属成分低于农用土壤标准
大庆、胜利、辽河等油田的油泥砂成分分析表明，其重金属含量低于国家《农用污泥中污染物控制标准》的要求，符合《土壤环境质量标准》三级值，其中胜利油田的油泥砂重金属含量全部符合《土壤环境质量标准》二级值，多项指标达到了一级值。
三
处理工艺介绍及技术特点：

作为胜利油田油泥砂综合利用和无害化处理的重点企业，东营华新环保技术有限公司以油泥砂为主要燃料，并伴用少量水煤浆，通过悬浮流化焚烧法对其进行安全、彻底的无害化处置，并通过焚烧生产蒸汽产品供胜利发电厂用于发电辅助系统。实现了对油泥砂的无害化处置与综合利用的同步进行。
公司现有一期工程装备20T/H悬浮流化床锅炉一台及相关配套设施一宗。设计年处置、利用油泥砂能力5万吨，生产蒸汽13万吨。目前，公司正在全力开展油泥砂焚烧处置、利用二期扩建工程建设。扩建工作完成后，将形成年处置、利用油泥砂能力10万吨，生产蒸汽26万吨的规模。目前为止，公司仍为国内唯一一家利用流化床焚烧对油泥砂进行无害化处置和资源化利用的企业。在技术的先进性，危险废弃物处置的安全性、彻底性等方面均处于国内乃至国际先进水平。
(一)油泥砂悬浮流化床焚烧处置工艺介绍：
1、油泥砂焚烧处置工艺流程：
油泥砂由具有危险废物运输资质的运输车辆拉运至处置场所，卸入储砂池，储砂池内油泥砂经抓斗机投入筛选装置进行筛选，将无法直接入炉的大块杂质进行筛除，筛选后的油泥砂经抓斗机、输送带送至上料仓，上料仓底部连接油泥砂输送泵，上料仓内油泥砂经给料机进入油泥砂输送泵，由输送泵输送至油泥砂焚烧锅炉焚烧。炉内油泥砂经焚烧后，燃烧后的飞灰经除尘器落入除尘器灰斗内。

油泥砂焚烧处置工艺流程图
2、油泥砂循环流化-悬浮焚烧系统的技术特点：
2.1 系统简单、处理能力强
油泥砂循环流化-悬浮焚烧系统简单、可靠，无需传统焚烧处理方式中的固化、脱水、造粒等环节，油泥砂来料无论干、湿、粘、稀，只需对油泥砂进行简单的过滤处理，将直径大于12cm的块状异物去除，便可进入油泥砂焚烧锅炉内焚烧处理。
本系统处理油泥砂能力强主要体现在三方面：
（1）对油泥砂复杂的物性适应能力强。
油泥砂中直径小于12cm以下的块状异物，均能顺利的通过本系统中的输送泵及炉前粒化给料装置进入焚烧炉内，直接进行无害化焚烧处理。
（2）可适应油泥砂热值的大幅度波动。
鉴于油泥砂热值不稳定、部分含水量较大等因素，油泥砂焚烧锅炉采用胜利发电厂与上海交大联合开发的使用了水煤浆流化－悬浮燃烧技术的循环流化床锅炉作为油泥砂专用焚烧锅炉，以水煤浆作为拌烧燃料[2]。此种燃烧方式以水煤浆燃烧起到稳定锅炉燃烧的目的，在锅炉稳定燃烧的基础上，投入油泥砂进行无害化焚烧处理。水煤浆燃料系统简单、可靠，燃料投入量可做到精细化供给且反应迅速，水煤浆的投入量从40%负荷提升至100%负荷仅需20秒左右，该特性可保证在焚烧油泥砂的热值大幅度波动时锅炉的燃烧稳定性，维持油泥砂焚烧锅炉的连续、稳定运行。
（3）油泥砂焚烧处理量大。
油泥砂通过本焚烧系统，每小时可处理油泥砂7吨，单台锅炉年处理油泥砂可达5万吨，实现了危险废弃物的规模化环保处理，规模效应显著。
2.2 油泥砂无污染，连续定量输送入炉
针对油泥砂复杂的物料特性，在设计之初考虑过皮带输送及管道输送泵等两种方式，但皮带输送存在二次污染及设备运行不稳定、油泥砂定量输送调节难度大等问题，最终选用拥有高浓度粘稠物料管道输送能力输送泵作为油泥砂的输送系统。经过与设备制造厂家共同研究，对浓料泵进行了一系列的改造，解决了油泥砂的中间贮存、高压泵送、不间断给料及管道高压密封、减阻吸振等技术难题，改造后的浓料柱塞泵实现了对油泥砂输送的无污染、连续性及输送量可调节的能力。
2.3 油泥砂床上粒化给料入炉技术
大部分油泥砂常温下呈粘稠的半固态，油泥砂直接入炉燃烧是本系统的核心问题。通过技术攻关，创新性的研究出了油泥砂床上粒化给料入炉装置，解决了油泥砂进入炉后集中落入流化料层引起的局部流化恶化的燃烧不稳定难题，提高了锅炉运行的稳定性。
由油泥砂输送泵输出的油泥砂经设在炉膛前部的专用粒化给料装置被播洒在整个床面。粒化后的油泥砂团直径在0～30mm左右，靠重力落入炙热床体内，油泥砂团在下降的过程中与高温烟气接触并加热、干燥，整个粒化、加热及干燥过程增加了油泥砂团的易燃烧性能，有利于油泥砂在流化床内与床料的混合与燃烧。
2.4 油泥砂内污染物处理彻底
油泥砂是石油与砂土的混合物，可认为是石油中混入了大量的砂土，进入炉膛后燃烧与石油燃烧基本相同，仅是含水、含灰量大比例增加。通过在固定床反应器系统的实验研究，油泥砂中的有机物质在380℃-530℃时，大部分已经热解析出，在530℃-750℃时[5]，完全燃尽。对原油（产地四川）热解实验得到的热解温度在350℃-600℃，当实验600 ℃时原有完全热解成甲烷、氢气和残炭[6]。通过对比上述两个实验，分析油泥砂的热解性能与原油一致，热解温度基本相同。
油泥砂焚烧采用的异密度循环流化床锅炉燃烧技术是一种在炉内使高速运动的烟气与其所携带的湍流扰动极强的固体颗粒密切接触，并具有大量颗粒返混的流态化燃烧反应过程；同时，在炉外将绝大部分高温的固体颗粒捕集，并将它们送回炉内再次参与燃烧过程，反复循环地组织燃烧，在850～950℃远高于实验燃尽温度（750℃）的高温燃烧下，可确保油泥砂中主要的矿物油全部燃烧，经检测矿物油焚毁去除率达到99.99%。
四
油泥砂循环流化-悬浮焚烧技术的环保及节能效果：


（一）炉内焚烧污染物控制：
S02与Nox是危险废弃物焚烧处理必须检测的重要污染物指标。
含油污泥焚烧烟气中的 SO2浓度较低，分析认为这主要归因于在油污泥中含有碳酸钙。碳酸钙在高温下分解出CaO，碳酸钙的存在可以固化燃烧过程中产生的 SO2，从而降低油污泥燃烧 SO2的排放浓度，因此可以认为油污泥在流化床内燃烧具有自脱硫能力。此外，项目采用双碱法烟气脱硫工艺，采用纯碱吸收SO2、石灰还原再生，再生后吸收液循环使用，脱硫效率在80%~90%之间，能够将锅炉烟气中的SO2降低到200mg/m3。
实际燃烧过程中NOx排放浓度较低，烟气中NOx排放水平在120～160mg/N m3之间变化，远低于低于《危险废物焚烧污染控制标准》（GB 18484-2001）中要求的500 mg/m3的标准。这主要归因于下面的几个原因：一是由于流化床的低温燃烧（850℃～950℃）减少了热力型NOx的形成；另一方面，元素分析表明，油污泥中N元素含量较低，使燃料型NOx生成量较少；另外，油污泥中燃烧过程中形成了大量的CO和H2，在Ca0做催化剂的情况下CO和H2能与NOx发生还原反应生成N2从而减少NOx的生成。
二噁英是危险废弃物及垃圾焚烧过程中必须检测的项目。有研究表明二噁英要在300℃左右开始生成，700℃时开始由生成转向分解，当800℃左右在炉膛中停留时间达到2s时，二噁英的分解率达到99%以上[4]。油泥砂流化焚烧锅炉中的运行温度控制在850℃～950℃的范围内，烟气在炉膛内停留时间在3～4秒钟，可以使生成的二噁英充分分解。
油泥砂焚烧锅炉的炉膛出口处设置有炉内组合式高温旋涡分离器，被热烟气带出的惰性物料及较大的油污泥颗粒团被分离器分离、捕捉并返回炉膛，分离器内气流的混合、扰动剧烈，有助于可燃气体与氧气的进一步混合和燃尽，在减少气体不完全燃烧损失的同时，也延长了烟气在炉膛内的停留时间，有利于二噁英的完全分解。
通过分析油泥砂及拌烧燃料-水煤浆，其物性单一，分别属于常规燃料——石油、煤炭和自然土壤，氯含量相对较低，远低于垃圾的氯含量，由于氯是二噁英生成的必备物质，再通过流化床锅炉的高温充分燃烧，由此可以推测，油泥砂燃烧中二噁英产生的概率较小。为验证上述推测的正确性，在胜利油田油泥砂焚烧过程中，委托有资质的检测单位对锅炉尾部烟气中的二噁英含量进行了检测，检测锅炉尾部烟气中的二噁英含量为0.014 TEQng/m3，远低于《危险废物焚烧污染控制标准》（GB 18484-2001）中要求的0.5TEQng/m3的标准。
（二）烟气中粉尘控制：
油泥砂焚烧处理系统中，设计了两级除尘器，一级为惯性除尘器，二级除尘器采用除尘效率较高的布袋除尘器。第一级的惯性除尘器可通过烟气旋转的离心力及与除尘器侧壁的撞击去除颗粒较大的飞灰，飞灰去除率为40%～60%。第二级的布袋除尘器中，含尘烟气通过过滤材料时，尘粒被过滤下来，此级除尘器对较为细小的飞灰过滤效果较好，系统整体除尘效率达到99.95%以上。烟尘的实测排放浓度为34mg/m3,低于《危险废物焚烧污染控制标准》（GB 18484-2001）中要求的65mg/m3的标准。
（三）焚烧残渣处理：
我们对采用循环流化—悬浮焚烧产生的焚烧残渣，结合行业相关专家意见，逐步进行了相关试验鉴别，综合利用标准符合《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》和《中华人民共和国循环经济促进法》资源化利用的要求，飞灰及灰渣满足制作水泥、气化砖等建材的原料的各项技术指标，可作为建材企业原材料用于铺路、造砖及水泥制造等。   （四）焚烧余热利用：
油泥砂通过焚烧产生的余热用来加热胜利发电厂的软化水来水，再将加热后的高品质蒸汽送回电厂，余热利用流程简洁、清晰，余热利用率达到90%。
此油泥砂焚烧装置每年可为电厂输送高品质蒸汽13万吨。
五
油泥砂悬浮流化床焚烧处置工艺应用现状

在国际上，对于油泥砂处理后的衍生物，各地因地质和地理条件上的差异标准各有不同，一般情况下用于填埋处理的，含油量控制在≤2%；用于铺路的，控制在≤5%。这种综合利用，已经成为国际上普遍的作法。
自2007年上半年投入工业化运行以来，在胜利油田管理局、胜利发电厂及地方环保部门的关心领导下，油泥砂处置工作均有了长足的发展。据统计，截止到2013年底，共接收、处置胜利油田所辖胜利、东辛、现河、孤岛、孤东等采油厂及石油开发中心、石化总厂等单位产出的油泥砂近30万吨。为油田各单位减少相关排污费支出共计近3亿元。自项目建成以来，多家石化单位、科研院所及外国友人来到胜利油田参观油泥砂焚烧处置系统，了解油泥砂的流化床焚烧锅炉运行情况。
该技术为保障和促进相关单位生产经营的正常、安全开展，为保护和不断改善油区环境做出了一定的贡献，在今后工作中继续保持技术领先优势的同时，努力成为国内规模最大、管理水平较高的危险废物焚烧处置、利用企业。

内容来源： 危废技术网