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CN104359113B - 一种废气、废液焚烧系统及方法 - Google Patents

一种废气、废液焚烧系统及方法 Download PDF

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CN104359113B CN201410611056.0A CN201410611056A CN104359113B CN 104359113 B CN104359113 B CN 104359113B CN 201410611056 A CN201410611056 A CN 201410611056A CN 104359113 B CN104359113 B CN 104359113B
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Abstract

本发明公开了一种废气、废液焚烧系统，该系统包括：依次连接的制氧设备、局部增氧燃烧混合室、一次焚烧室、二次催化焚烧室、空气换热器、余热利用与烟气净化装置；有害的废气或雾化的废液、压缩空气与纯氧在所述混合室内按设定比例混合后通入一次焚烧室内进行焚烧处理。本发明专利在废气、废液一次焚烧炉内局部提高氧气的含量，加快燃烧速度与促进燃烧完全、减少燃烧后的烟气排气量、增加热量利用率；一次焚烧后的烟气进入二次催化焚烧室与催化剂反应，将一次焚烧后产生的氨、氰化氢等有毒气体分解成N2、H2、CO2，解决烟气排放环境污染，有利于节能减排。

Description

一种废气、废液焚烧系统及方法
技术领域
本发明涉及到一种废气、废液环保焚烧的节能处理设备，特别涉及到一种废气、废液焚烧系统及方法。
背景技术
我国是高速发展的新兴国家，资源消耗、污染物排放占全球的比重越来越大。发展资源节约型、环境友好性经济将成为今后国民经济发展的主要方向，低碳经济成为我国今后经济发展的主流模式。
我国在工业生产过程中，产生了大量废水、废气、废渣，其中大部分是化学解毒法和生物降解方式来处理，多数治理方法实质是一种浓缩技术，浓缩后的固体、半固体、污泥或者液体，其毒性有增无减。传统的填埋、地表池塘、废弃堆放方法作为最终处置,导致水体严重污染等事故屡有发生。因此焚烧处理方法，具有许多不可替代的优点。焚烧废液时，首先将废液雾化，然后与空气混合后通入焚烧室内高温焚烧。焚烧后产生的烟气通过沉降处理后通入余热锅炉进行热量回收，最后经热量回收后的烟气经净化处理后排入大气。
目前我国相关的焚烧设备数量在急速增长，焚烧处理的节能管理、污染物排放管理、安全管理问题也日益突出，做好废气、废液焚烧设备的节能减排，具有十分重要的意义。
发明内容
目前节能减排的研究重点多在于通过增加能量交换的次数达到尽可能高的能量回收，即使得最后排出的气体温度越低越好；以及减少废气排放的研究也多着眼于消除或减少有毒有害气体。而本专利的发明人通过大量实验和深度思考后认为：在废气废液焚烧处理过程中，非有害气体，如空气中的氮气，在焚烧过程基本上不参与助燃，并且在空气中所占比例又很高，所以在排出时会带走大量的热量，由此，通过适当降低空气中的氮气、二氧化碳等非助燃气体的比例，从而大大降低最后的烟气排出量，进而降低废液焚烧处理时的能量消耗，或提高热能的回收效率。
为解决上述问题，本发明一种废气、废液焚烧系统包括：依次连接的制氧设备、局部增氧燃烧混合室、一次焚烧室、二次催化焚烧室、空气换热器、余热利用与烟气净化装置；有害的废气或雾化的废液、压缩空气与纯氧在所述混合室内按设定比例混合后通入一次焚烧室内进行焚烧处理。
进一步，所述废气、废液焚烧系统包括废液雾化装置，雾化装置与空气压缩装置连接。
进一步，所述空气换热器的空气进口与补氧风机连接，换热器的空气出口通过管路与一次焚烧室和二次催化焚烧室连接。
进一步，所述余热利用与烟气净化装置包括依次连接的余热锅炉、碱液洗涤装置、雾水分离器、引风机和排气筒。
进一步，所述一次焚烧室和/或二次催化焚烧室设置有螺旋干法出渣系统，所述螺旋干法出渣系统包括水冷夹套式出渣池和螺旋式除渣机，其中，水冷夹套式出渣池包括接渣器和水套，接渣器安装在水套内，水套内的冷却水包围接渣器的外壁；接渣器内贯穿设置有螺旋式除渣机，焚烧炉产生的碱渣盐渣排入接渣器内经过水套冷却后，由螺旋式除渣机输送排出。
一种废气、废液焚烧的方法，具体包括如下步骤：
1）将废气或雾化的废液、压缩空气以及氧气在混合室内混合，其中，氧气与空气的比例为1:10-1:25；
2）将步骤1）产生的混合气体输入一次焚烧室内进行一次焚烧处理；温度:750-850℃,烟气在一次室内滞留时间1.5-2秒；
3）将步骤2）产生的烟气输入二次催化焚烧室内进行二次催化焚烧处理；其中焚烧温度为1100-1150℃滞留时间2-4秒；
4）将步骤3）产生的烟气进行空气换热处理，换热后的烟气温度为800-850℃；
5）将换热处理后的烟气通入余热锅炉进行余热回收，然后经净化处理后排出。
在辅助燃料加入量不变的状态下，在压缩空气中添加1/25~1/10的氧气，使得空气中的氧含量达到25-28%，焚烧室的温度能够提高100-200℃左右，另外加入废液废气焚烧炉内的空气量也相应减少20~47.6%，富氧焚烧后提高了废气废液焚烧炉内传热效率，同时，由于参与焚烧的空气量减少，空气中的氮气的输入量也相应减少20~47.6%，焚烧后排出烟气中的氮气与之同比例降低，进而由烟气排放而浪费掉的热量也与之相应降低。
另外因进入一次焚烧室的空气量减少，火焰中CO2与H2O的体积比浓度升高。火焰的黑度也相应增大。当辅助燃烧空气中的氧含量为25%时，CO2的体积百分浓度提高到17%左右，水蒸汽的体积百分浓度相应提高17%，由于CO2与H2O的浓度均增加，火焰的黑度相应增大，说明废气或废液中的C得到充分燃烧。一氧化碳、一氧化氮和其他酸性气体等有毒气体也相应反比例降低，避免了废液焚烧处理时对大气造成新的污染。
而当空气中氧气的浓度为21%时，火焰的黑度计算0.210，当空气中氧气的浓度为25%时，火焰的黑度计算为0.224，增加的程度约6.7%，火焰对焚烧的废液、废气的辐射传热量提高的程度经过计算为20%,提高焚烧炉所需要的氧浓度，可使焚烧炉内的有机物更加容易着火燃烧，炉温上升，更加容易燃尽、充分。烟尘在富氧中转化成热能。
进一步，所述步骤1）中，废液通过高压雾化后与压缩空气混合通入混合室，压缩空气的设计压力为0.2-0.3MPa；每升雾化废液使用压缩空气的比例为0.5-1Nm3/L；废气通过废气喷咀与空气或氧气混合后通入混合室 ，废气喷咀的压力设计为1KPa。
进一步，所述步骤4）中的空气换热处理所用的气体为空气，该空气经换热处理之后分别输入一次焚烧室和二次催化焚烧室；输入两个焚烧室时空气流量是根据二次焚烧室的在线氧含量控制仪与补氧风机做变频连锁控制，使得二次焚烧室的氧气含量控制在6-10%。
进一步，所述二次催化焚烧所用的催化剂为946 氨分解催化剂。
残留的有害烟气进入二次高温焚烧室，燃烧温度可达1100℃以上，烟气在二次催化焚烧的停留时间2秒以上，确保进入焚烧系统的废气废液充分彻底的燃烧完全。经二燃室充分燃烧的高温烟气送入烟气余热回收与烟气治理装置。
进一步，步骤6）所述净化处理包括碱液洗涤、雾水分离。
进一步，所述废液的热值为：100-10000Kcal/kg，废液COD浓度为50000-2000000mg/l 。
进一步，所述废气或雾化废液的处理速度为50-10000kg/h，优选地为50-5000kg/h。
本发明专利在废气、废液一次焚烧炉内局部提高氧气的含量，加快燃烧速度与促进燃烧完全、减少燃烧后的烟气排气量、增加热量利用率；一次焚烧后的烟气进入二次催化焚烧室与催化剂反应，将一次焚烧后产生的氨、氰化氢等有毒气体分解成N2、H2、CO2，解决烟气排放环境污染，有利于节能减排。
附图说明
图1-1为本发明的一次焚烧部分的结构示意图；
图1-2为本发明二次催化焚烧部分的结构示意图；
图1-3为余热利用与烟气净化装置的结构示意图；
图2为本发明的设备连接关系及工艺方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。
实施例1
如图1-2所示，本实施例中一种废气、废液焚烧系统包括：依次连接的制氧设备、局部增氧燃烧混合室、一次焚烧室、二次催化焚烧室、空气换热器、余热利用与烟气净化装置；有害的废气或雾化的废液、压缩空气与纯氧在所述混合室内按设定比例混合后通入一次焚烧室内进行焚烧处理。余热利用与烟气净化装置包括依次连接的余热锅炉、碱液洗涤装置、雾水分离器、引风机和排气筒。
废气、废液焚烧系统包括废液雾化装置，雾化装置与空气压缩装置连接。
空气换热器的空气进口与补氧风机连接，换热器的空气出口分别通过管路及流量控制阀与一次焚烧室和二次催化焚烧室连接。二次催化焚烧室内设置有氧含量控制仪。废气、废液焚烧系统包括智能控制器，控制器与含氧量控制仪、流量控制阀及补氧风机连接。控制器控制补氧风机的开关以及分别输入两个焚烧室的空气流量使得二次催化焚烧室的氧气含量控制在6-10%。
经过大量实验得以证明，将二次催化焚烧室中氧气含量控制在6-10%可以实现最优的边际效益。并且在不提升氧气含量的前提下，将生产成本控制在合理的范围内，同时通过在二次催化焚烧室内设置催化剂层，使得为充分燃烧的有害气体彻底分解成为无害分子，两者结合实现了经济和效益的两个最优。
本实施例的废气、废液焚烧系统的废气或雾化废液的处理速度为50-10000kg/h，最优处理速度是5000kg/h左右。
另外，一次焚烧室和/或二次催化焚烧室采用干法出渣，换热后的盐渣采用螺旋干法出渣系统出料。螺旋干法出渣系统包括水冷夹套式出渣池和螺旋式除渣机，其中，水冷夹套式出渣池包括接渣器和水套，接渣器安装在水套内，水套内的冷却水包围接渣器的外壁；接渣器内贯穿设置有螺旋式除渣机，焚烧炉产生的碱渣盐渣排入接渣器内经过水套冷却后，由螺旋式除渣机输送排出。
实施例2
一种废气、废液焚烧的方法，具体包括如下步骤：
1）将废气或雾化的废液、压缩空气以及氧气在混合室内混合，其中，氧气空气的比例为1:25；其中，废液通过高压雾化后与压缩空气混合后通入混合室，压缩空气的设计压力为0.2-0.3MPa；每升雾化废液使用压缩空气的比例为0.5-1Nm3/L；如果需要焚烧处理的是废气，则废气通过废气喷咀与氧气混合后通入混合室 ，废气喷咀的压力设计为1KPa。
2）将步骤1）产生的混合气体输入一次焚烧室内进行一次焚烧处理；温度:750-850℃,烟气在一次室内滞留时间2秒；
3）将步骤2）产生的烟气输入二次催化焚烧室内进行二次催化焚烧处理；其中焚烧温度为1100℃滞留时间3秒左右；
4）将步骤3）产生的烟气进行空气换热处理，换热后的烟气温度为800-850℃；空气换热处理所用的气体为空气，该空气换热之后分别输入一次焚烧室和二次催化焚烧室；输入两个焚烧室时空气流量是根据二次焚烧室的在线氧含量控制仪与补氧风机做变频连锁控制，使得二催化焚烧室内的氧气含量控制在8%。
5）将换热处理后的烟气通入余热锅炉进行余热回收，然后经碱液洗涤、雾水分离等净化处理后排出。
本实施例中的废液的热值为100-10000Kcal/kg，废液COD浓度为50000-2000000mg/l 。
另外，二次催化焚烧所用的催化剂为946 氨分解催化剂；具体参数如下表。
序号 项目名称 单位 参数
1 颜色 灰黑色
2 形状 窝蜂状、拉西环状、柱状
3 尺寸 mm ∮18×20
4 镍含量 % 6
5 堆密度 g/ml 1.2-1.5
6 比表面积 m2/g 1-5
7 抗压强度 N 1100
8 耐温度 ℃ ≥1350
废气废液一次焚烧后产生的含有氨、氰化氢等废气进入二次催化燃烧室，本发明的催化剂热稳定性更好、强度更高、抗中毒和抗结焦性能更优，该催化剂在1000-1200℃环境下运行，将废气中的氨、氰化氢有害气体分解成：N2、H2、CO2，反应式如下：
NH3 → 0.5 N2 + 1.5H2
2HCN + 2H2O + O2→ N2 + 5H2 + 2CO2
残留的有害烟气进入二次高温焚烧室，燃烧温度可达1100℃以上，烟气在二次催化焚烧室的停留时间在2秒以上，确保进入焚烧系统的废气废液充分彻底的燃烧完全。经大量实验证明，具有上述参数的946 氨分解催化剂催化效果更好，有害气体分解更加彻底。并且，催化剂设置在二次催化焚烧室内燃烧器和烟气出口之间，排出的烟气全部经过该催化剂层催化分解之后才得以排出，有效防止了有害气体的泄露。
经二催化焚烧室充分燃烧的高温烟气送入烟气余热回收与烟气治理装置。
步骤1）中是每公斤废气或废液所需空气根据废气或废液的热值来核算所需的空气量。 如需要处理高浓度废液500kg/h,废液COD浓度为200000mg/l，根据公式计算废液热值为720Kcal/kg，根据废液的热值计算理论空气量为2.7Nm3/kg，辅助燃料采用天然气辅助燃烧。辅助空气量（21%的氧含量），过剩空气系数为1.1 ，天然气的热值为：8400-8600Kcal/m3，每立方天然气焚烧所需要的空气量为：9.52 m3/m3，产生的烟气量10.5 m3/m3 ，每公斤废液焚烧所需蒸发的辅助热量约：1000Kcal/kg，焚烧500Kg/h的废液所需要的天然气量约：500Kg/h ×1000Kcal/kg÷8600Kcal/m3=59.52m3；焚烧500Kg/h的废液辅助天然气焚烧所需要空气量为：9.52 m3/m3×59.52m3×1.1=623.3m3/h；焚烧500Kg/h的废液辅助天然气焚烧产生烟气量为：10.5 m3/m3×59.52m3=624.96 m3/h；500Kg/h废液焚烧所需要的空气量：V=500Kg/h×2.7 Nm3/kg×1.1=1485Nm3/h；
500Kg/h废液焚烧所需要空气中的氧量21% (空气量：623.3Nm3/h+1485Nm3/h=2108.3 Nm3/h)，此时的纯氧含量：442.74Nm3/h；当焚烧500Kg/h废液时空气中的氧含量的浓度提高到25%（纯氧量：527Nm3/h）时候，所需要补充空气量 1770.96Nm3/h 。
当焚烧500Kg/h废液时氧含量的浓度提高到25%则减少了空气量约16%，进入焚烧室的N2的量相应下降了16-20%，使废液焚烧室的总的烟气体积下降，在辅助燃料加入量不变的状态下，当空气中的氧含量达到25%，经过核算，焚烧室的温度提高100℃左右，加入废液废气焚烧炉内的空气量减少，提高氧含量后提高了废气废液焚烧炉内总的热效率。
在辅助燃料加入量不变的状态下，在压缩空气中添加1/25~1/10的氧气，使得空气中的氧含量达到25-28%，焚烧室的温度能够提高100-200℃左右，另外加入废液废气焚烧炉内的空气量也相应减少20~47.6%，富氧焚烧后提高了废气废液焚烧炉内传热效率，同时，由于参与焚烧的空气量减少，空气中的氮气的输入量也相应减少20~47.6%，焚烧后排出烟气中的氮气与之同比例降低，进而由烟气排放而浪费掉的热量也与之相应降低。
发明人经大量实验及总结后发现，氧气和压缩空气的配比在1/25~1/10之间边际成本最低，边际收益最大，当氧气配比超过28%时，系统的安全性能会大幅降低，而生产成本也会随之大幅上升。
以上结合附图仅描述了本申请的几个优选实施例，但本申请不限于此，凡是本领域普通技术人员在不脱离本申请的精神下，做出的任何改进和/或变形，均属于本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种废气、废液焚烧的方法，其特征在于，其具体包括如下步骤：
1）将废气或雾化的废液、压缩空气以及氧气在混合室内混合，其中，氧气与空气的比例为1:10-1:25；
2）将步骤1）产生的混合气体输入一次焚烧室内进行一次焚烧处理；温度:750-850℃,烟气在一次室内滞留时间1.5-2秒；
3）将步骤2）产生的烟气输入二次催化焚烧室内进行二次催化焚烧处理；其中焚烧温度为1100-1150℃滞留时间2-4秒；
4）将步骤3）产生的烟气进行空气换热处理，换热后的烟气温度为800-850℃；
5）将换热处理后的烟气通入余热锅炉进行余热回收，然后经净化处理后排出。
2.如权利要求1所述废气、废液焚烧的方法，其特征在于，所述步骤1）中，废液通过高压雾化后与压缩空气混合通入混合室，压缩空气的设计压力为0.2-0.3MPa；每升雾化废液使用压缩空气的比例为0.5-1Nm3/L；废气通过废气喷咀与空气或氧气混合后通入混合室 ，废气喷咀的压力设计为1KPa。
3.如权利要求1所述废气、废液焚烧的方法，其特征在于，所述步骤4）中的空气换热处理所用的气体为空气，该空气经换热处理之后分别输入一次焚烧室和二次催化焚烧室；输入两个焚烧室时空气流量是根据二次焚烧室的在线氧含量控制仪与补氧风机做变频连锁控制，使得二次焚烧室的氧气含量控制在6-10%。
4.如权利要求1所述废气、废液焚烧的方法，其特征在于，所述二次催化焚烧所用的催化剂为946 氨分解催化剂。
5.如权利要求1所述废气、废液焚烧的方法，其特征在于，所述步骤5）所述净化处理包括碱液洗涤、雾水分离。
6.一种废气、废液焚烧系统，其特征在于，其包括：依次连接的制氧设备、局部增氧燃烧混合室、一次焚烧室、二次催化焚烧室、空气换热器、余热利用与烟气净化装置；有害的废气或雾化的废液、压缩空气与纯氧在所述混合室内按设定比例混合后通入一次焚烧室内进行焚烧处理；
所述废气、废液焚烧系统包括废液雾化装置，雾化装置与空气压缩装置连接。
7.如权利要求6所述焚烧系统，其特征在于，所述空气换热器的空气进口与补氧风机连接，换热器的空气出口通过管路与所述一次焚烧室和二次催化焚烧室连接。
8.如权利要求6所述焚烧系统，其特征在于，所述余热利用与烟气净化装置包括依次连接的余热锅炉、碱液洗涤装置、雾水分离器、引风机和排气筒。
9.如权利要求6所述焚烧系统，其特征在于，所述一次焚烧室和/或二次催化焚烧室设置有螺旋干法出渣系统，所述螺旋干法出渣系统包括水冷夹套式出渣池和螺旋式除渣机，其中，水冷夹套式出渣池包括接渣器和水套，接渣器安装在水套内，水套内的冷却水包围接渣器的外壁；接渣器内贯穿设置有螺旋式除渣机，焚烧炉产生的碱渣盐渣排入接渣器内经过水套冷却后，由螺旋式除渣机输送排出。
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