樊玉光，梁瑛

油田鉆井污泥焚燒處理技術與標準

樊玉光，梁瑛

西安石油大學機械工程學院(陜西西安710065)

鉆井污泥會污染場地附近的土壤，采用焚燒技術對鉆井污泥進行焚燒減量化處理時，其焚燒產(chǎn)物很可能造成二次污染。為了減少污染，控制焚燒產(chǎn)物排放標準，討論了鉆井污泥焚燒處理技術，提出了焚燒爐的幾個技術要求，為鉆井污泥焚燒爐的設計提供了參考依據(jù)。

鉆井污泥;焚燒;產(chǎn)物控制標準;焚燒爐

鉆井污泥是油田開采過程產(chǎn)生的污染物，它是由粘土、鉆井加重材料、各種化學添加劑以及鉆井過程帶出的油水、鉆屑等組成的穩(wěn)態(tài)多相膠體液固的混合物，具有化學成分復雜、污染物含量高、地域分散等特點。

鉆井污泥的組成、性質(zhì)及危害與鉆井液類型、處理劑的組成有關，既含有細小粘土懸浮顆粒、重金屬離子、油、酚類和硫化物，又含有可溶性有機處理劑。鉆井地點和過程屬于點多分散，難以集中處理。如果不對污泥進行有效處理，直接排放到土壤里，會對周邊的土壤、植被、地表水和地下水造成嚴重污染[1]，會影響到作物生長的營養(yǎng)環(huán)境條件及其品質(zhì)，影響和破壞環(huán)境。因此需要對鉆井污泥進行綜合治理(減量化、無害化處理)，來消除污染，保護環(huán)境。

1 鉆井污泥焚燒處理技術

目前國內(nèi)外常用的污泥處理技術有:生物技術、污泥調(diào)剖技術、溶劑萃取技術、熱化學洗滌技術、熱解處理技術、焚燒處理技術等[2]。本文主要介紹污泥焚燒處理技術。

1.1焚燒處理技術及優(yōu)點

污泥焚燒是一種高溫減量化、無害化處理技術。經(jīng)過初步干燥的污泥進入焚燒爐，被處理的污泥與空氣在焚燒爐內(nèi)進行氧化燃燒反應，有時候添加燃料增加燃燒，焚燒爐內(nèi)污泥中有機質(zhì)和有毒有害物質(zhì)在高溫下氧化、熱解破壞，使污泥變成體積小、毒性小、穩(wěn)定的灰渣。與其它方法相比，焚燒法處理污泥具有占地小、處理快速、處理量大、減量明顯、處理比較徹底等優(yōu)點。

1.2污泥焚燒的影響因素

影響污泥焚燒的主要因素有:焚燒溫度、滯留時間、污泥和空氣間的混合程度。

1)焚燒溫度是指焚燒爐中污泥的溫度，污泥的有害成份在此溫度下氧化、分解、破壞。當焚燒過程的污泥和燃料的放熱速率高于向四周的散熱速率，焚燒過程才能繼續(xù)進行，并使焚燒溫度不斷提高。提高焚燒溫度有利于污泥中有害物質(zhì)的破壞并可抑制黑煙的產(chǎn)生。但焚燒過程過高的焚燒溫度會加大焚燒燃料耗能、會使焚燒煙氣中的氮氧化物的含量增大。因此，在確保焚燒率的情況下應采用適當?shù)姆贌郎囟取?/p>

2)滯留時間是指污泥在焚燒爐中高溫區(qū)域停留時間。污泥中有害成份在高溫焚燒下發(fā)生氧化、分解，最后完成無害化物質(zhì)所需的時間，要小于滯留時間。焚燒滯留時間長，焚燒的效率高，需要的爐膛尺寸大。影響滯留時間的因素有焚燒溫度、顆粒大小等。固體粒度俞細，與空氣接觸面俞大，焚燒溫度高，燃燒速度快，固體在燃燒室停留時間就短。

3)爐膛中的污泥同空氣的混合程度嚴重影響著污泥的燃燒速度和效率。為使污泥完全燃燒氧化，必須加大污泥和空氣的接觸面積，使污泥和空氣充分接觸混合，使鉆井污泥中有害物在高溫下短時間內(nèi)氧化分解。

1.3污泥焚燒設備

焚燒爐是污泥焚燒系統(tǒng)的核心設備。污泥焚燒爐主要有多膛式焚燒爐、旋轉(zhuǎn)窯焚燒爐、流化床焚燒爐等。

1.3.1 多膛式焚燒爐

多膛式焚燒爐由串聯(lián)爐膛和圓柱形鋼殼體組成，爐膛用耐火磚砌成，一般可含有4～14個爐膛。每個耐火磚砌成的爐膛上都有攪拌裝置，可以攪拌耙動污泥，使污泥以螺旋型軌道通過焚燒爐爐膛。

初步脫水的污泥從多膛式焚燒爐頂部注入爐膛，在焚燒的同時以螺旋型向下流動，依次流過串聯(lián)的各個爐膛。多膛式焚燒爐內(nèi)串聯(lián)爐膛的溫度中間高兩頭低，頂部2個爐膛一般起干燥污泥作用，溫度為480～680℃，污泥含水率降至40%以下;串聯(lián)爐膛的中部幾個爐膛為污泥焚燒層，側(cè)壁會加入輔助燃料，其溫度最高，可達760～980℃，鉆井污泥在此與上升的高溫氣體和輔助燃料氧化燃燒;串聯(lián)爐膛的下部幾個爐膛為預熱空氣冷卻層，加熱空氣自身緩慢冷卻，一般溫度為260～350℃，污泥氧化燃燒后的爐渣加熱空氣后，從爐膛底部的排灰口排出。有時候焚燒工藝設計可以從頂部第2個爐膛注入污泥，而將頂部爐膛作為后燃室，以便燃盡污泥干燥過程中揮發(fā)的碳氫化合物。而多膛式焚燒爐熱煙氣流到爐子頂部后一部分回流到爐底維持爐膛溫度，一部分經(jīng)除塵凈化后排空。

1.3.2 旋轉(zhuǎn)窯焚燒爐

旋轉(zhuǎn)窯焚燒爐的燃燒設備由回轉(zhuǎn)窯構(gòu)成，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)壁采用耐火磚砌筑或用管式水冷壁，使得金屬外筒溫度低于允許值?；剞D(zhuǎn)窯由擋輪、托輪支撐，傾斜放置，是緩慢旋轉(zhuǎn)的?；剞D(zhuǎn)窯直徑一般為4～6m，其長度約10～20m。

旋轉(zhuǎn)窯焚燒爐根據(jù)污泥含水量的高低確定污泥處理工藝。污泥處理一般選擇順流式焚燒系統(tǒng)，被焚燒處理的鉆井污泥的運動方向與燃燒煙氣流動方向相同，以每分鐘幾轉(zhuǎn)左右的轉(zhuǎn)速緩慢轉(zhuǎn)動的回轉(zhuǎn)爐，爐膛內(nèi)耐高溫金屬抄板將處理的污泥由爐膛下部帶到爐膛上部，然后自由落下。處理的污泥在筒內(nèi)上升又自由落下的翻滾運動，可使污泥與氧氣充分接觸，在達到著火溫度后燃燒，進行較完全的燃燒，一直到回轉(zhuǎn)爐出口排出灰渣。當污泥含水率過高時，污泥由回轉(zhuǎn)爐一端送入，利用熱煙氣對其進行干燥，也可在回轉(zhuǎn)爐尾部增加一級爐排，來滿足燃盡要求。旋轉(zhuǎn)窯焚燒爐回轉(zhuǎn)爐中排出的煙氣通過設計的垂直的完全燃燒室，回轉(zhuǎn)爐煙氣中的可燃成分在此充分燃燒。完全燃燒室運行溫度一般控制在1 000～1 200℃。

1.3.3 流化床焚燒爐

流化床污泥焚燒爐中的污泥在流化狀態(tài)氧化燃燒。空氣經(jīng)風帽或風管進入焚燒爐，為了使固體處在流化狀態(tài)，采用一定粒度范圍的石英砂作為床料，促使爐內(nèi)的污泥顆粒流化。流化床焚燒爐內(nèi)有大量運動著的高溫惰性物料，石英床料的蓄熱量極大，給料裝置把污泥輸入焚燒爐后，污泥塊狀顆粒立即被沖散并與熾熱的石英砂粒迅速混合，污泥在流化床中迅速干燥、著火和燃燒。流化床污泥焚燒爐的焚燒條件優(yōu)于其它焚燒設備，污泥能夠完全氧化燃燒，取得較好的燃燒效率;高溫下污泥中的灰分會熔化團聚，為了避免這種情況，一般須將焚燒爐的溫度控制在850℃。

2 鉆井污泥焚燒產(chǎn)物控制標準

鉆井污泥已被列入《國家危險廢物名錄》中的廢礦物油類，污泥焚燒過程的控制條件應滿足GB 18484-2001《危險廢物焚燒污染控制標準》的要求。在《國家危險廢物名錄》中列入了鉆井污泥焚燒處理產(chǎn)生的底渣和飛灰，應根據(jù)標準GB 5085.6-2007《危險廢物鑒別標準毒性物質(zhì)含量鑒別》和標準GB 5085.3-2007《危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別》進行危險廢物鑒別。

2.1焚燒爐

焚燒爐的技術性能指標[3]見表1。

焚燒爐出口煙氣中的氧氣含量應為6%～10% (干氣)。

焚燒爐運行過程中要保證焚燒爐爐膛內(nèi)部處于負壓狀態(tài)，避免燃燒產(chǎn)生的有害氣逸出。

2.2危險廢物焚燒爐大氣污染物排放限值

危險廢物焚燒爐大氣污染物排放限值[3]見表2。

2.3焚燒殘余物處理標準

污泥焚燒殘余物處理必須采取有效的防止二次污染的措施。對焚燒爐渣應進行特性鑒別，經(jīng)鑒別后不屬于危險廢物的按一般廢物進行處置，屬于危險廢物，應按照危險廢物進行安全處置。污泥焚燒產(chǎn)生的飛灰、吸附二噁英和其他有害成分的活性炭等殘余物應按照危險廢物進行處置，按照GB 18484-2001《危險廢物焚燒污染控制標準》的要求，送危險廢物填埋場進行安全填埋處置[4]。

焚燒殘余物鑒別標準是:

1)含有多氯二苯并對二噁英和多氯二苯并呋喃的含量≥15ug TEQ/kg是危險廢物[5]。

2)重金屬元素應該根據(jù)標準GB 5085.3-2007《危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別》進行鑒別。

3 結(jié)論

對鉆井污泥進行焚燒，為了達到各種環(huán)保標準的要求，應該注意以下幾個問題:

1)焚燒溫度和滯留時間是影響焚燒的重要因素。污泥焚燒爐溫度不能低于1 100℃，同時煙氣在焚燒室的停留時間不少于2s，否則會使污泥不能完全燃燒，增大飛灰中碳顆粒含量、影響焚燒的銷毀率，導致煙塵、CO等排放超標。焚燒爐的溫度也不適于過高，過高的溫度對焚燒爐本體的材料要求提高，加大了燃料消耗，增加了投資費用;過高的焚燒溫度雖然可抑制二噁英的產(chǎn)生但會使NOX、SO2急聚生成，縮短煙氣在高溫區(qū)的停留時間可有效控制NOX生成。因此，在污泥焚燒過程中，控制好焚燒溫度、煙氣停留時間很重要。

2)焚燒爐出口煙氣中的氧氣含量應為6%～10% (干氣)，這是焚燒時用于滿足燃燒用氧量的最佳值范圍，當煙氣中的含氧量高于10%時，其焚燒時富余氧量過大會帶走焚燒爐部分熱量，影響了焚燒溫度及焚燒效率。當煙氣中的含氧量小于6%時，可能會導致污泥焚燒不徹底，大氣污染物排放不達標。所以，需要控制好空氣過剩系數(shù)。

3)二噁英有很強的毒性。污泥中氯是生成二噁英的主要元素，主要是以金屬化合物形式和有機結(jié)合態(tài)存在的，參與形成二噁英的氯主要是在焚燒過程分解產(chǎn)生的氯氣或者是氯化氫。鉆井污泥焚燒過程應采取保證污泥完全焚燒使煙氣在燃燒室1 100℃以上停留時間大于2s來控制二噁英的生成。同時必須對高溫煙氣采取急冷處理，使煙氣溫度在很短時間1s內(nèi)降到200℃以下，減少煙氣在200～500℃溫區(qū)的滯留時間來控制二噁英的產(chǎn)生。也可在焚燒爐煙氣出口的中和反應器和袋式除塵器之間噴入活性炭或多孔性吸附劑;或在焚燒爐煙氣出口除塵器后設置活性炭或多孔性吸附劑吸收塔(床)來去除二噁英。有效的控制二噁英，可使焚燒灰渣達到安全填埋處理。

4)要根據(jù)污泥的不同特性，控制重金屬污染，建立最優(yōu)的焚燒環(huán)境，來達到降低重金屬含量的目的。

[1]林中，李雪凝.油田廢棄鉆井泥漿處理技術研究進展[J].廣州石化，2010，38(5)：16-17.

[2]秦艷，李紅旭.含油污泥焚燒處理技術在油田的應用[J].石油工業(yè)技術監(jiān)督，2010，26(4)：25-29.

[3]GB 18484-2001危險廢物焚燒污染控制標準[S].

[4]HJ/T 176-2005危險廢物集中焚燒處置工程建設技術規(guī)范[S].

[5]GB 5085.6-2007危險廢物鑒別標準毒性物質(zhì)含量鑒別[S].

Drilling sludge will pollute the soil in drilling site，and the incineration treatment of the sludge will also produce secondary pollution.In order to reduce the pollution of the drilling sludge，some technical requirements to the drilling sludge incinerator are proposed，which can provide the reference for the design of the drilling sludge incinerator.

drilling sludge;burning;incineration residue control standard;incinerator

學敏

2015-01-10

樊玉光(1964-)，男，教授，現(xiàn)主要從事動力工程與工程熱物理學科的教學科研工作。