一、概述
随着国内煤制烯烃项目的快速发展，其生产装置产生废水的环保处理和能源的合理利用问题已被业内普遍关注。寻求合理、有效地处理废水方法已成为煤制烯烃产业发展的瓶颈。MTO装置废水成分复杂，具有低热值、强腐蚀和高含盐等特点；而且，MTO装置废水中COD较高，含有微量大分子有机物及钠盐，采用常规生化处理方法，对微生物菌种的要求较高，焚烧法相比常规生化处理方法，具有一次性投资较少、占地面积小、废水处理彻底等优点。典型的MTO装置废水组分如表1所示：
二、浸没式焚烧工艺流程
浸没式焚烧具体工艺流程主要包括废水焚烧、烟气急冷、烟气除尘三个工段，具体分述如下：
2.1 废水焚烧
从MTO装置产生的废水经工艺管道输送至焚烧单元界区后，进入废水储罐中存储，废水储罐设计可存储7天的废水。通过废水进料泵及相关管路送至焚烧炉上的废水喷枪，废水喷枪采用介质雾化型喷嘴，雾化介质为工厂空气。废水喷枪为四根，均布在焚烧炉锥段，废水以雾滴的形式均匀进入炉膛。由于废水中有机物浓度较低，含水量大，热值较低，焚烧处理时需辅助燃料，该装置采用天然气作为辅助燃料。点火升温和烘炉阶段也采用天然气。通过天然气与空气配比，焚烧炉内温度维持在1000~1100℃，该温度通过增减燃料和助燃空气可实现比例调节。废水在焚烧炉内进行高温焚烧，焚烧后产生的烟气组分中除含有可直接排放的：N2、O2、CO2、H2O以外，还有固态和熔融态的Na2CO3。
2.2 烟气急冷
从焚烧炉出来的高温烟气(1100°C)经垂直的急冷罐下降管直接进入急冷罐中，与高温烟气接触后发生剧烈的传热传质过程，烟气中的Na2CO3被急冷液溶解，急冷液中的部分水分被蒸发至烟气中。当两相达到平衡时，平衡温度为92°C左右。急冷液吸收Na2CO3后形成Na2CO3溶液，通过急冷罐上的溢流口溢流至水封罐，从水封罐进一步溢流至盐水缓冲罐，最后通过盐水输送泵输出界区，输出压力为0.25MPa.G，输出量恒定在2500kg/h左右，从而保证输出盐水的浓度在5%左右。急冷罐的补水通过文丘里除尘器的回水来控制。急冷罐设有NaOH溶液入口，目的是在开车时通过加入碱液使急冷液的pH>7，从而起到保护急冷罐的目的。
2.3 烟气除尘
从急冷罐出来的烟气除不凝气以外，还含有大量水汽和微量Na2CO3颗粒。该烟气进入文丘里除尘器进行洗涤除尘，从而使烟气满足国家标准排放。文丘里除尘器的喷淋液初始为工业水，通过文丘里循环泵循环使用。文丘里的补水通过新鲜水补充，喷淋液通过文丘里循环泵打出，补充回急冷罐，输出量恒定在8000kg/h左右，从而保证急冷罐的溢流量。在文丘里除尘器烟气出口设有除沫器，将烟气中夹带的水分进一步分离，之后烟气经过烟囱排入大气。整个烟气流程为正压，系统压力靠助燃风机建立。浸没式焚烧具体工艺流程如图1所示。
三、核心设备特点
3.1 燃烧器
燃烧器是焚烧系统的核心部件，该燃烧器由壳体、配风器组件、燃料气枪组件、点火装置等部分组成。点火装置由高能点火棒和点火用燃料气枪组成，利用二级点火，即先引燃点火装置的燃料气，再点燃主燃气枪。实践证明，该点火方式具有非常髙的安全可靠性。本点火装置配有点火空气、点火燃气及点火棒，可根据需要反复多次点火，亦可作长明灯使用。燃烧器设有观火孔及火焰监测器，用于观测火焰。采用两个火焰监测器，可以有效防止仪表的误报。燃烧器布置在焚烧炉的顶部，其外形如图2所示。
3.2 焚烧炉
焚烧炉是焚烧处理系统的最关键设备，有害物质能否在焚烧炉内实现充分的氧化、分解，取决于焚烧炉的设计水平。几个主要问题分述如下：
a、MTO废水喷枪布置：废水喷枪为四根，均布在焚烧炉锥段上部，废水经介质雾化后以雾滴的形式均匀进入炉膛。废水在焚烧炉内经过高温焚烧后，烟气组分中除可直接排放的N2、O2、CO2、H2O以外，还有熔融态的Na2CO3颗粒。
b、焚烧温度：MTO废水中含有C6及以上大分子，焚烧温度选择1100℃，使c6完全氧化分解。废水喷入后，保证焚烧炉出口温度在950°C以上。
c、在正常废水处理量工况下我们取停留时间为2.2秒，可以保证焚烧炉内废水能充分的氧化分解。
焚烧炉的设计参数如表2所示。
3.3 急冷罐
急冷罐的主要目的是将来自焚烧炉的烟气急速冷却，进而使烟气中熔融盐颗粒溶于水形成无机盐水。来自焚烧炉的烟气温度约950°C，经垂直的急冷罐下降管直接进入急冷罐中，与高温烟气接触后发生剧烈的传热传质过程，烟气中的Na2CO3被急冷液溶解，急冷液中的水分蒸发至烟气中。当两相达到平衡时，平衡温度为92°C左右。急冷液吸收Na2CO3后形成Na2CO3溶液。急冷罐的设计参数如表3所示。
3.4 文丘里除尘器
文丘里除尘器是一种高效湿式洗涤器，在捕集被污染气体中的细小粉尘以及吸收气态污染物方面具有独特的优越性。其工作过程可分为雾化、凝聚和脱水三个环节，前两个环节在文丘里管内进行，后一个环节在脱水器内完成。
四、工业化应用分析
4.1 运行费用根据国内某MTO装置废水焚烧工业化应用的运行情况，评价浸没式焚烧装置单位时间内的平均能耗见表4。
通过表4可以得出，在不考虑装置一次性投资及折旧费用，处理1吨甲基丙烯酸废水的运行费用仅需要931元，该费用远远低于生化处理等其他处理方法
4.2 环保监测
2015年12月对该MTO废水焚烧工业化应用装置的烟气进行了环保监测，环保实测排放值见表5
通过表5，我们可以看出，浸没式焚烧后烟气，通过文丘里除尘后，其排放指标达到了GB18484征求意见稿《危险废物焚烧污染控制标准》的允许排放要求。
五、结语
(1)采用浸没式焚烧技术处理MTO废水，可将废水中有毒有害物质和烃类物质绝大部分分解为无害物质。
(2)将焚烧技术与浸没式急冷系统有效结合，可为企业节约投资、降低运营成本，具有显著的经济效益和社会效益。
(3)该技术的成功应用，标志着我国MTO废水环保处理取得新的突破。（来源：北京航化节能环保技术有限公司）