一种有机物气化热解催化蓄热燃烧方法及装置 |
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| 申请号 | CN201610621778.3 | 申请日 | 2016-07-29 | 公开(公告)号 | CN106196085A | 公开(公告)日 | 2016-12-07 |
| 申请人 | 大连理工大学; | 发明人 | 李爱民; 王欣; 张雷; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种有机物 气化 热解 催化蓄热燃烧方法及装置，属于环保技术领域。有机物 燃料 经进料口进入穿孔式气化热解段，产生的气化热解气进入催化蓄热燃烧段；催化蓄热燃烧段内设置交叉蓄热载体，交叉蓄热载体表面布有催化剂，使气化热解气与空气混合，同时在较短时间内进行低 氧 超绝热燃烧，并在自由反应段实现完全燃烧；燃烧产生的高温烟气进入换热段，换热段分多区，保证充分换热；换热后烟气进入陶瓷 净化 段净化；气化热解过程中产生的灰渣经垂直螺旋除灰供 风 一体化装置送入密封干式 排渣 段。本装置可作为热 水 锅炉 、 蒸汽 锅炉、 热风炉 等各式反应器，具有有机物适用范围广、燃烧反应时间短、换热完全、整 机体 积小、尾气无需脱酸除氮氧化物等优点。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种有机物气化热解催化蓄热燃烧装置，其特征在于，该有机物气化热解催化蓄热燃烧装置主体包括双封闭进料口、穿孔式气化热解段、催化蓄热燃烧段、自由反应段、换热段、陶瓷净化段、垂直螺旋除灰供风一体化装置和密封干式排渣段； |
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| 说明书全文 | 一种有机物气化热解催化蓄热燃烧方法及装置技术领域背景技术[0002] 有机物直接燃烧会产生大量的SOx及NOx，带来的结果是尾气处理费用极高，如何实现装置内污染物的吸收是解决此问题的关键。 [0003] 有机物气化是其内蕴含能源大规模利用中最有前景的方法之一，然而，绝大多数有机物气化过程中会产生大量焦油，并在向后续工艺输送过程中，燃气中夹带的焦油会冷凝成液体，凝结下来的焦油与夹带的飞灰粘附在一起，容易堵塞输气管道、阀门以及气体输送设备，影响系统的正常稳定运行，同时焦油的存在还降低了有机物的气化效率，严重阻碍了它的大规模应用。如何开发出低焦油或无焦油的有机物气化反应器也是目前急需解决的问题。 发明内容[0004] 本发明为一种有机物气化热解催化蓄热燃烧方法及装置，通过调整气化热解反应器的整体结构、并将添加剂与低氧催化蓄热燃烧相结合，实现了有机物气化燃烧污染物SOx，NOx的近零排放，同时实现了焦油于装置内的冷凝吸附，节能减排，运行安全稳定。采用组合式整机，结构紧凑，使其体积达到最小。 [0005] 本发明的技术方案： [0006] 一种有机物气化热解催化蓄热燃烧装置，该有机物气化热解催化蓄热燃烧装置主体包括双封闭进料口、穿孔式气化热解段、催化蓄热燃烧段、自由反应段、换热段、陶瓷净化段、垂直螺旋除灰供风一体化装置和密封干式排渣段； [0007] 双封闭进料口包括第一封闭区和第二封闭区，其下端为穿孔式气化热解段，有机物燃料通过控制第一封闭区和第二封闭区上的闸门进入穿孔式气化热解段；穿孔式气化热解段的底部设有垂直螺旋除灰供风一体化装置，有机物燃料处于垂直螺旋除灰供风一体化装置的上端，反应过程中第一封闭区和第二封闭区中至少有一个是密闭状态；垂直螺旋除灰供风一体化装置包括螺旋片和螺旋杆，螺旋片和螺旋杆均开孔，螺旋片开孔孔径5-30mm，螺旋杆垂直方向开孔孔径≥50mm，水平方向开孔孔径5-30mm，螺旋片的开孔与螺旋杆的水平开孔用管道连接；垂直螺旋除灰供风一体化装置通过管道与外部的气化风机相连，气化风机在开始工作时开启，将气化介质空气或氧气通过管道、螺旋片和螺旋杆输入穿孔式气化热解段，气化介质与有机物燃料进行气化热解反应； [0008] 垂直螺旋除灰供风一体化装置的下端依次设有清灰刮板和密封干式排渣段，穿孔式气化热解段内气化热解后的草木灰经垂直螺旋除灰供风一体化装置旋转运至密封干式排渣段顶部；密封干式排渣段顶部设有卸灰孔，卸灰孔的孔径为10-50mm；清灰刮板将落入密封干式排渣段顶部的草木灰刮送至密封干式排渣段内，清灰刮板的上端设有隔离片，隔离片用于阻挡密封干式排渣段的草木灰回扬进入穿孔式气化热解段； [0009] 催化蓄热燃烧段、自由反应段和换热段在空间上相通，呈折形依次排布于穿孔式气化热解段的右端；催化蓄热燃烧段通过管道与穿孔式气化热解段出气口相连，气化热解气进入催化蓄热燃烧段内；催化蓄热燃烧段内壁上均匀设有燃气喷嘴和空气喷嘴，电动点火装置布置于燃气喷嘴与空气喷嘴前端，燃气喷嘴与空气喷嘴呈套管形式；催化蓄热燃烧段内设置网状交叉蓄热载体，网格的水平宽度为20-60mm，网格的垂直宽度为40-100mm，交叉蓄热载体由惰性、耐高温材料制成；载体表面布有催化剂；气化热解气作为燃气在催化蓄热燃烧段内进行低氧超绝热燃烧，在催化剂作用下燃烧反应速率为非催化燃烧反应速率的一倍以上；燃烧时由鼓风机将空气或氧气输送到催化蓄热燃烧段中，为气化热解气的燃烧供氧；在催化蓄热燃烧段内燃烧不完全的气化热解气进入自由反应段继续反应，气化热解气燃烧完全后变成高温烟气进入换热段； [0010] 换热段分多区，区与区之间采用隔板半隔开，换热段内部设置管束，管束呈对流布置，管束上增设翅片；管束的一端经过除氧给水泵与除氧器相连，除氧器设置在有机物气化热解催化蓄热燃烧装置的顶部和侧面，设置在侧面的环绕厚度为20mm-200mm，设置在顶部的环绕厚度为50mm-300mm；除氧器经锅炉给水泵与锅炉净水器相连，来自锅炉净水器的软化水经锅炉给水泵运输到除氧器中，经除氧器除氧后变成软化除氧水，软化除氧水经除氧给水泵输送至管束中与高温烟气进行换热；管束的另一端与汽水分离器相连，经过换热的软化除氧水转变为过热蒸汽/饱和蒸汽，经过汽水分离器分离出饱和水后送入分汽缸；换热段的出气口经管道与陶瓷净化段相连，换热后的烟气进入陶瓷净化段进行净化，净化后的烟气由烟囱排出。 [0011] 一种有机物气化热解催化蓄热燃烧方法，步骤如下： [0012] 将成型后的有机物燃料作为原料经双封闭进料口送入穿孔式气化热解段，落在垂直螺旋除灰供风一体化装置上，进料完成后，有机物燃料与气化风机输入的空气或氧气在穿孔式气化热解段中进行气化热解，初始气化热解温度保持在400-700℃，气化热解过程中产生气化热解气和草木灰；草木灰经垂直螺旋除灰供风一体化装置进入密封干式排渣段顶部，开启清灰刮板，清灰刮板将密封干式排渣段顶部的草木灰经卸灰口送至密封干式排渣段内，草木灰收集并用于制作肥料；气化热解气中的重质焦油于穿孔式气化热解段内冷凝吸附；气化热解气在穿孔式气化热解段出口的温度为100-200℃，通过管道输入催化蓄热燃烧段，气化热解气在催化蓄热燃烧段内进行低氧超绝热燃烧，在高温催化条件下，气化热解气中轻质焦油类大分子完全分解，燃烧时鼓风机将空气或氧气输送到催化蓄热燃烧段中，为气化热解气的燃烧供氧，在催化蓄热燃烧段内燃烧不完全的气化热解气进入自由反应段继续反应，气化热解气燃烧完全后变成高温烟气；高温烟气含有大量热量，一部分为交叉蓄热载体提供能量，使催化蓄热燃烧段得温度始终保持在800-1200℃，另一部分与换热段内的管束换热，换热后的烟气进入陶瓷净化段进行净化，净化后的烟气由烟囱排出；管束中的软化除氧水经换热后成为过热蒸汽/饱和蒸汽/高温饱和水，经过汽水分离器分离后进入分汽缸，用于供汽/供暖/供热水，以此完成一个工作循环。 [0013] 所述的有机物燃料为孔状或颗粒状，当为孔状时，其高度为30-400mm，开孔采用同孔径形式或中心大孔四周小孔的形式；采用同孔径形式时，孔径为5-30mm；采用中心大孔四周小孔形式时，中心孔径50-300mm，四周小孔孔径5-30mm。 [0014] 所述的有机物燃料中添加添加剂，添加剂为MgO、CaO、橄榄石、白云石，添加剂与有机物燃料内硫分的摩尔比为2:1。 [0016] 所述的有机物燃料为孔状或颗粒状，当为孔状时，其高度为30-400mm，开孔采用同孔径形式或中心大孔四周小孔的形式，采用同孔径形式时，孔径为5-30mm；采用中心大孔四周小孔形式时，中心孔径50-300mm，四周小孔孔径5-30mm；有机物燃料形状为方形、圆形或椭圆形等。 [0017] 所述的有机物燃料压制方式采用同孔径形式时，穿孔式气化热解段的出口设置在上部，催化蓄热燃烧段、自由反应段、换热段呈三折排列；有机物燃料压制方式采用中心大孔四周小孔形式时，穿孔式气化热解段的出口设置在下部，催化蓄热燃烧段、自由反应段、换热段呈四折排列，分别为催化蓄热燃烧段、自由反应段、自由反应段、换热段。 [0018] 本发明的有益效果：本发明利用气化反应较低的反应温度和还原性气氛，以及少量添加剂，实现了装置内脱焦、脱氯和脱硫，并通过控制气化热解气在催化蓄热燃烧段及自由反应段中的停留时间和反应温度，实现了气化热解气的低氧超绝热完全燃烧，有效分解气化热解气中的二恶英类物质及其前驱物，并使NOx的产生量降至最低。由于本发明是气化热解气燃烧，所以不用考虑有机物的结焦温度限制，实现了空气过剩系数的大幅度降低，烟气温度的大幅度提高。除此之外，本发明通过控制烟气在换热段中的走向及停留时间，同时采用翅片管错列逆流换热，最大限度的增加了换热面积，保证了换热的充分度。 [0019] 本有发明方法燃料适用范围广，如生物质、化石燃料等，特别是对目前难处理的诸如低阶煤、污泥、生活垃圾有良好的处理效果。本发明装置将一些设备异形处理，紧密排布，保证整机所占体积最小，可广泛应用于洗涤熨烫、生物化工、食品机械、热水供应、热交换设备等行业。附图说明 [0020] 图1为本发明“均匀开孔”式整套装置的结构示意图。 [0021] 图2为本发明“中大四小”式整套装置的结构示意图。 [0022] 图3为本发明中对流管束布置示意图。 [0023] 图4(a)为有机物燃料均匀开孔块状立体图。 [0024] 图4(b)为有机物燃料均匀开孔块状俯视图。 [0025] 图4(c)为有机物燃料中心大孔四周小孔块状立体图。 [0026] 图4(d)为有机物燃料中心大孔四周小孔块状俯视图。 [0027] 图5为本发明中蓄热载体结构图。 [0028] 图6(a)为燃气喷嘴与空气喷嘴细节布置图。 [0029] 图6(b)为燃气喷嘴与空气喷嘴整体布置图。 [0030] 图中：1锅炉净水器；2除氧器；3穿孔式气化热解段；4催化蓄热燃烧段；5自由反应段；6.换热段；7陶瓷净化段；8密封干式排渣段；9汽水分离器；10气化风机；11鼓风机；12垂直螺旋除灰供风一体化装置；13交叉蓄热载体；14有机物燃料；15双封闭进料口；16清灰刮板；17第一封闭区；18第二封闭区；19锅炉给水泵；20分汽缸；21燃气喷嘴；22空气喷嘴；23电动点火装置；24除氧给水泵。 具体实施方式[0031] 下面结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。 [0032] 如图1-图6所示，将有机物燃料与CaO、白云石压制成大块孔状燃料，有机物气化热解催化蓄热燃烧装置开始工作之前，第一封闭区17和第二封闭区18打开，有机物燃料14依次经过第一封闭区17、第二封闭区18进入穿孔式气化热解段3，落在垂直螺旋除灰供风一体化装置12上，进料完成后，关闭第二封闭区18，继续进料，使有机物燃料储存于第二封闭区18中，进料后关闭第一封闭区17，此时装置开始工作，辅助点火与气化风机10开启，有机物燃料14与气化风机10输入的空气在穿孔式气化热解段3中进行气化热解，初始气化热解温度保持在400-700℃，气化热解后产生气化热解气、重质焦油和草木灰；草木灰经垂直螺旋除灰供风一体化装置12旋转1-2周运至密封干式排渣段顶部，同时清灰刮板16开启，清灰刮板旋转1-2周后将草木灰经卸灰口送至密封干式排渣段8内，将草木灰收集并用于制作肥料；大部分重质焦油于穿孔式气化热解段3内冷凝吸附；气化热解气在穿孔式气化热解段3出口的温度为100-200℃，通过管道输入催化蓄热燃烧段4，催化蓄热燃烧段4的交叉蓄热载体13的填料为陶瓷材料，其表面布有催化剂CuO，气化热解气在交叉蓄热载体13上进行低氧超绝热燃烧，使所含的轻质焦油类大分子碳氢化合物完全分解，燃烧时鼓风机11将空气输送到催化蓄热燃烧段4中，为气化热解气的燃烧供氧，在催化蓄热燃烧段4内燃烧不完全的气化热解气进入自由反应段5继续反应，气化热解气燃烧完全后变成高温烟气，气体在催化蓄热燃烧段4及自由反应段5的总停留时间小于2s；高温烟气中含有大量热量，一部分为交叉蓄热载体13提供能量，使催化蓄热燃烧段4的温度始终保持在800-1200℃，另一部分进入换热段6，与换热段6内的管束换热，换热后的烟气进入陶瓷净化段7进行净化，净化后的烟气由烟囱排出；管束中的软化除氧水经换热后成为过热蒸汽/饱和蒸汽/高温饱和水，经过9汽水分离器分离后进入20分汽缸，用于供汽/供暖/供热水，以此完成一个工作循环。 |
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