CN100415393C

CN100415393C - 沥青混凝土装车时的烟气净化处理和余热回收方法及装置

Info

Publication number: CN100415393C
Application number: CNB2003101002133A
Authority: CN
Inventors: 段东平; 郭占成; 唐惠庆
Original assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Priority date: 2003-10-10
Filing date: 2003-10-10
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2023-10-10
Also published as: CN1605401A

Abstract

本发明是将沥青混凝土装车过程中产生的烟气全部收集、处理、净化并余热回收的方法和装置。该装置及其工艺过程包括：(1)集气罩，其作用是将沥青混凝土装车时冲击产生的大量烟尘全部密封在车厢里，并利用引风机喷射造成的负压将烟尘抽走；集气罩的形状和连接要适应现场的各种大小、高低不同的装载车辆；(2)喷射器，其作用是与引风机配合，将集气罩中的沥青烟气抽出并引射到高温燃烧室中，同时保护风机不被沥青烟气中的焦浊类物质粘结；(3)燃烧室，目的是将集气罩中抽出的沥青烟气和空气中的氧气发生耦合、裂解、燃烧等一系列的高温反应，保证烟气中的烷烃类化合物以及微粒碳粉完全转化为氧化物；(4)废气余热回收，从燃烧室出来的废气成分以N₂、H₂O和CO₂为主，其温度高达700～800℃，通过热风管道引入到干燥筒，干燥回收废气中的余热。

Description

沥青混凝土装车时的烟气净化处理和余热回收方法及装置

技术领域：

本发明涉及一种收集、净化沥青混凝土装车时烟气净化处理和余热回收的方法及装置，属废气治理环保领域。

背景技术：

制作沥青混凝土使用的沥青来自油田，油田的沥青是由几亿年前的树木沉积演变成煤、再由煤经过四次明显的煤化跃变而形成的。因此，石油和沥青的化学元素组成是基本一致的，但组成的碳氢化合物种类差别很大。沥青质属于石油型烃类物质，在200℃下加热形成的沥青烟气的成分以烷烃类碳氢化合物和微粒碳粉为主，其中含有苯并(a)芘致癌物质，这些物质遇水会形成油膜或油滴，对固体物质有很强的粘结性。这样的烟气既不能直接排放到大气中，又很难通过常规的除尘净化方式处理。

目前，国内外的沥青混凝土生产设备中均无相应配套的装车烟气处理装置，一般都是依靠沥青搅拌站远离居民区而自然扩散。国内外曾经采用过的烟气处理方法有三种：

一是对沥青烟气进行湿法洗浴，即采用大风量把沥青烟气收集后通入酸性或碱性的洗液池或喷淋塔中，通过酸、碱中和反应达到吸收、净化沥青烟气的目的。但事实上，由于采用大风量操作，沥青烟气被稀释后浓度很低，很难达到全部转化为酸、碱氧化物的目的，其最终排放的废气无法达到环保要求。

二是借鉴焦化生产中处理焦炉煤气的方法，即采用高压电离的方式将烟气中的油状颗粒物或者大分子电离转化为小分子气体。但电离效果不理想，而且电离后的小分子仍要排放到大气中，不能较好地治理沥青烟气的污染。

三是可以采用活性碳吸附烟气中的各种大分子及颗粒物质，通过了活性碳的沥青烟气可以得到较好的净化效果。但由于活性碳的更换周期短、无法再循环使用，使该法的生产成本很高，沥青混凝土生产厂家很难长期应用。

以上几种沥青烟气的处理方法中都没有设计有效的气体收集装置，致使沥青混凝土在装车时冲击车厢造成的烟气总有一部分散发到大气当中；另外，对烟气成分的处理和转化过程都没有彻底解决，使其处理后的废气仍有较多的有害物。

发明内容：

本工艺采用上下可移动活动集气罩，将沥青混凝土装车时产生的烟气有效地限制在集气罩内，经风机引流，再把集气罩内的沥青烟气引入燃烧室，在燃烧室内经过高温加热和触酶催化，把烟气中的各种碳氢化合物经过耦合、裂解、燃烧彻底氧化转变为H₂O和CO₂。然后再把高温废气引入到沥青混凝土搅拌站的沙石干燥筒中，充分利用废气的余热烘干含有水分的沙石，从干燥筒出来的废气经过沥青混凝土搅拌站的除尘器和烟囱排放。该工艺中的燃烧室采用电加热，产生的高温废气可以替代原来大量使用的部分重油。工艺流程示意图见说明书附图1。

本工艺的发明内容主要包括：

1、采用可升降并与车厢软连接的集气罩，把沥青混凝土装车时产生的烟尘完全密封和收集起来。集气罩形状如附图2所示。

2、根据单位时间产生烟气的数量，设计匹配的引风机和喷射器引流系统，保证烟气全部被抽走，而风机只向燃烧室提供氧化、燃烧烟尘的充足氧气，沥青烟尘不经过风机。

3、沥青烟尘中的主要成分是以烷烃类碳氢化合物和微粒碳粉为主，其中含有苯并(a)芘致癌物质，沥青烟的全部成分均为可燃成分。引风机将集气罩内的沥青烟气引入燃烧室，在燃烧室内沥青烟全部燃烧转化为CO₂和H₂O等无害成分。

4、燃烧室与沥青搅拌站砂石干燥筒相连，将燃烧室800～900℃的高温废气导入干燥筒，为干燥筒补充一定的余热，从而节约干燥筒的能源消耗，并保证燃烧室的废气再次经过干燥筒内1000℃的高温而彻底净化。

5、从燃烧室出来的废气经干燥筒、并与干燥产生的废气共同经过除尘器，最终由烟囱排放的废气以O₂、N₂、H₂O和CO₂为主。

技术方案：

本发明的沥青混凝土装车时的烟气净化处理和余热回收装置包括集气罩，引风机，喷射器，燃烧室，干燥筒，除尘器，烟囱；

一集气罩通过管路与喷射器的一进气口相连通，喷射器的另一进气口与一引风机相连通，喷射器的出气口通过管路与一燃烧室相连通，燃烧室的出气口通过管路与一干燥筒的进气口相连通，干燥筒的出气口通过管路与一除尘器的进气口相连通，除尘器的出气口通过管路与一烟囱相连通。

本发明的沥青混凝土装车时的烟气净化处理和余热回收方法包括沥青混凝土装车时产生烟气的收集、除尘、净化和余热回收，将沥青烟尘与引风机引入的空气在燃烧室混合，在温度为800～900℃，及在V₂O₅触媒的作用下使沥青烟气充分燃烧，其中，引风机的风量与喷射器的喷射引流的烟气量体积比为1∶1～3；将燃烧产生的高温废气引入到干燥筒中；从干燥筒中出来的废气经除尘器和烟囱排放。

从热态沥青混凝土挥发释放出来的烟气呈青色，其主要有害成分以烷烃类碳氢化合物和微粒碳粉为主，其中含有苯并(a)芘致癌物质，这些物质遇水会形成油膜或油滴，对固体物质有很强的粘结性。

根据沥青混凝土运输车辆的大小来设计集气罩，集气罩可上下移动，沥青混凝土装车时集气罩下降，将车厢盖帽，使烟气限制在集气罩内。设计一套与风机连通工作的喷射器，将烟气引导进入燃烧室，喷射器的作用是既将集气罩内的沥青烟气引入燃烧室，又不抽入大量的空气，同时使沥青烟气不与风机接触，风量的大小视装料速度而定，一般为500～1000m³/h。

其次，燃烧室必须保证所有通过的沥青烟气被燃烧转变成为H₂O和CO₂为主的气体。从集气罩中抽出的烟气中C_mH_n的浓度(体积百分比)为2.8～3.75％，而烷烃类碳氢化合物的着火浓度下限为2.5％，上限为15％，其低发热值约15000千卡/标立³。因此，进入燃烧室的烟气中有足够的氧气，在燃烧室内高温和V₂O₅触媒的作用下，可以保证烟气中的烷烃类化合物和微粒碳粉完全燃烧转化。

烟气中的烷烃类化合物和微粒碳粉的着火温度在510～630℃左右，需要提供外来热源点火、供热。从供热方式上看，适宜采用对流给热，热源界面温度控制在900℃，当混合气体温度达到800℃时，烟气全部燃烧转化成为N₂、H₂O和CO₂为主的废气，这些废气在800℃时的热焓值为275千卡/标立³左右。

燃烧室内采取列管式加热方式，管内套有加热元件，管壁外布置触媒催化装置。燃烧室炉膛内尺寸为600mm×900mm×1100mm，加热管交错排列，其中的1/3备用或者互换。燃烧室内安装两套电偶测温装置，并可以自动控制燃烧温度。

沙子和石子的比热容均为0.84KJ/Kg℃，其初始温度为10～20℃，经过干燥筒的高温预热必须达到180～200℃。可以充分利用从燃烧室排出的高温废气，经过保温、分流处理送入干燥筒的出料端，温度约800℃的废气会同重油燃烧的气流共同预热滚动的沙石，废气最终从干燥筒进料口排出，再经除尘器、烟囱排放到大气中。由于重油燃烧的温度远远高于800℃，所以，本方案处理后进入除尘器的废气温度略低于完全用重油预热沙石的废气温度，这样对除尘器会起到一定的保护作用。

附图说明

图1是沥青混凝土装车时的烟气处理工艺流程示意图。

图2是集气罩工作原理示意图。

附图标记

1.汽车 2.集气罩 3.沥青烟气 4.空气 5.引风机

6.喷射器 7.燃烧室 8.干燥筒 9.除尘器 10.烟囱

11.搅拌筒 12.上盖 13.烟气管道 14.帆布罩 15.平台

16.胶皮 17.车厢

具体实施方式：

图1是沥青混凝土装车时的烟气处理工艺流程示意图。

图中的汽车1停在集气罩2下面，集气罩本身软连接并可自由升降，当集气罩下面的软胶皮下降到车厢并实现密封后，沥青混凝土开始装车。先启动引风机5，引风机鼓出来的空气在喷射器6内形成射流，这样同时在集气罩与车厢之间的密封空间里形成负压，此时在车厢与集气罩内产生的沥青烟气3以及由于负压而被抽入集气罩的空气4混合在一起，经由烟气管道和喷射器6进入燃烧室7，沥青烟气和空气在燃烧室内的高温加热和催化作用下充分氧化燃烧，确保从燃烧室出去的气体成分以N₂、H₂O和CO₂为主并带有物理显热。上述气体通入用于干燥砂石的干燥筒8，以充分利用余热干燥砂石，而且上述气体经过了第二个高温环境再次氧化燃烧，这些气体最终与干燥筒原有的燃烧干燥气体混合后经过除尘器9，净化后的气体从烟囱10排放。

图2是集气罩工作原理示意图。

图中的沥青搅拌筒11与集气罩上盖12固定连接，上盖的侧面有烟气管道13，集气罩的上盖12与下盖平台15之间由帆布罩14保证密封和上下自由移动，下盖平台向下安装弧形胶皮16，该胶皮可以达到集气罩与车厢17的连接和密封效果。

实例1

有一套年生产量为12～15万吨沥青混凝土的加工装置，未安装烟气处理装置直接把沥青混凝土装车，按照每分钟沥青混凝土装车速度1.6吨计算，每分钟产生沥青烟气约60米³，12～15万吨共计产生40～60万立方米的沥青烟尘，车厢周围的烟尘含量630mg/m³左右，恶臭为3000左右(无量纲对比)，烟囱排放气体的烟尘含量为72mg/m³、恶臭315。

该装置每年把2万吨含水的沙石加热到180～200℃，石子的含水量为1～2％，沙子的含水量为2～3％；沙石烘干耗用的重油为945吨。

沥青混凝土的加工装置上安装烟气净化和余热回收装置之后，如说明书附图1和附图2所示的连接工作方式，生产操作过程和效果发生了如下变化：在沥青混凝土装车之前，先启动引风机，然后开启燃烧室的电加热装置，直到生产结束再关闭引风机和燃烧室的电加热装置。装载车停放在沥青混凝土下料口，启动按钮降落集气罩直到与车厢紧密接触，(装载车同以往生产时的停放和移动位置相同)。这时就可以根据常规的生产方式把一定量的沥青混凝土卸入装载车，装载时冲击产生的沥青烟尘被密封在集气罩内，依靠引风机制造的负压，把沥青烟尘经由烟气管道和喷射器抽入燃烧室。沥青烟气和引风机鼓入的空气在燃烧室内的高温加热和催化作用下充分氧化燃烧，燃烧室出去的气体成分以N₂、H₂O和CO₂为主，温度在900℃左右。上述气体通入用于干燥砂石的干燥筒，以充分利用余热干燥砂石，而且上述气体经过了第二个高温环境再次氧化燃烧，这些气体最终与干燥筒原有的燃烧干燥气体混合后经过除尘器，然后从烟囱排放。

沥青烟气与干燥筒废气混合后经烟囱排放，其检测结果为烟尘含量74mg/m³，烟囱废气恶臭为316(无量纲对比)；车厢周围烟尘含量为110mg/m³左右，车厢周围恶臭为1011(无量纲对比)。

实例2

在实例1中，燃烧室的工作功率为200千瓦，温度控制在700～900℃，沥青混凝土装车速度约每分钟1.6吨，配备7000米³/小时的风机，则生产15万吨沥青混凝土相当于代替140吨重油烘干沙石，即节约重油140吨。原生产线采用该废气净化技术后，不仅烟气净化效果达到实例1的水平，而且每年节约用于烘干沙石的重油消耗140吨，但电耗同时增加468750度。

Claims

1. 一种沥青混凝土装车时的烟气净化处理和余热回收装置，包括集气罩，引风机，喷射器，燃烧室，干燥筒，除尘器，烟囱；其特征在于：

2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的燃烧室内采取列管式加热方式，管内套有加热元件，管壁外布置触媒催化装置，加热管交错排列。

3. 一种利用权利要求1～2任一项所述的装置对沥青混凝土装车时的烟气净化处理和余热回收方法，包括沥青混凝土装车时产生烟气的收集、除尘、净化和余热回收；其特征在于：将沥青烟尘与引风机引入的空气在燃烧室混合，在温度为800～900℃，及在V₂O₅触媒的作用下使沥青烟气充分燃烧，其中，引风机的风量与喷射器的喷射引流的烟气量体积比为1∶1～3；将燃烧产生的高温废气引入到干燥筒中，从干燥筒中出来的废气经除尘器和烟囱排放。