CN101520176A - 热解气化亚熔融炉纯氧条件下放热式催化燃烧方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种热解气化亚熔融炉的纯氧条件下放热式催化燃烧方法，其特征在于，在点火后，直接向热解气化亚熔融炉中通入纯氧进行热解。在所述热解过程中，从炉底加入催化剂镁粉、铝粉或其混合物，催化剂添加量为每吨被处理物0.1－1.0公斤。在热解气化过程中，通过调节整流机构的开度来调节炉内压力，使热解炉内部压力平稳。本发明成本低，节省能源，环保。

Description

热解气化亚熔融炉纯氧条件下放热式催化燃烧方法

技术领域

本发明涉及一种热解气化亚熔融炉纯氧条件下放热式催化燃烧方法，具体涉及用纯氧来进行热解或灰化的同时，通过添加放热催化剂进行放热，催化剂自身放热的同时，加速被热解物放热反应的双重相乘促进放热催化燃烧方法，属于热解气化二重燃烧控制方法技术领域。

背景技术

通常的热解气化炉、焚烧炉、燃烧炉如双炉型、单炉型、或热解回转窑等，在处理工业垃圾、医疗垃圾、城市生活垃圾时一般采用富氧、缺氧或欠氧条件下的空气助燃法，这种工艺一般会存在对配伍要求、对垃圾热值有一定要求。即使如此在实际应用中被处理物，随工况条件的变化，往往会造成烧不透、不完全燃烧而导致二恶英的产生，尤其是其残渣中的热灼减率比较高，热解率也相对比较底，残渣中的有毒成份和未燃尽碳危害比较大。所以像日本等国家，焚烧炉残渣都要经过再次的熔融炉的处理，才能进行安全填埋。但这种处理方法的成本是非常昂贵的，生产效率低，而且维修成本也很高，投资大，对操作要求高，安全隐患大，容易出事故。

发明内容

本发明的目的是提供一种热解气化亚熔融炉的热解用气体或助燃气体直接用纯氧进行工艺控制，即用纯氧来进行热解或灰化的同时，通过添加放热催化剂进行放热，催化剂自身放热的同时，提高了热解效率，加速被热解物放热反应的双重相乘促进放热催化燃烧方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种热解气化亚熔融炉的纯氧条件下放热式催化燃烧方法，包括将被处理物粉碎后加入到热解气化亚熔融炉中，点火、吹氧进行热解，热解气进入燃烧室燃烧，烟气排出，回收热能、中和、除尘后排放，其特征在于，在点火后，直接向热解气化亚熔融炉中通入纯氧进行热解。

进一步地，在所述热解过程中，从炉底加入催化剂镁粉、铝粉或其混合物，催化剂添加量为每吨被处理物0.1-1.0公斤。

所述从炉底加入催化剂镁粉、铝粉或其混合物的具体步骤优选为：

第一步、测量炉内被处理物料间的温度，当炉内被处理物料间的温度为500℃-600℃之间时，开始从炉底加入催化剂镁粉、铝粉或其混合物；

第二步、测量炉内被处理物料间的温度；

第三步、当炉内被处理物料间的温度大于等于1250℃时，停止加入催化剂镁粉、铝粉或其混合物；当炉内被处理物料间的温度小于1250℃时，继续加入催化剂镁粉、铝粉或其混合物，返回第二步。

在所述热解过程中，优选通过调节整流机构的开度来调节炉内压力，其具体步骤为：

第一步、通过压差计测量炉内压力；

第二步、当炉内压力小于300Pa时，减小整流机构开度d，返回第一步；当炉内压力等于300Pa时，整流机构开度d不变；当炉内压力大于300Pa时，增大整流机构开度d，返回第一步。

所述第二步为整流机构开度d的减小和增大幅度均优选为15mm。

本发明的原理为：

1.热解气化亚熔融炉的纯氧条件下放热式催化燃烧方法，使用纯氧加快了热解速率、节省了热能{如标准状况下10m³的空气(空气的含氧量为21％)从15℃升到1000℃，需要12850.6KJ热量；而2.1m³的纯氧从15℃升到1000℃，仅要2720.2KJ热量}、大幅减少了热能损耗和气体的排放量；

2.镁的密度为1.738克/立方厘米，熔点为648.9℃，沸点为1090℃，燃点约500℃，其点燃的化学式为：

 ΔH＝-1204KJ，

铝的密度为2.702，熔点为660.37℃，沸点为2467℃，燃点为550℃，其点燃的化学式为：

 ΔH＝-3261.5KJ；

镁、铝燃烧为放热反应，自动点火器点火后，达到一定温度后加入放热催化剂Mg粉、Al粉到被处理物料中，加入镁粉和铝粉后大幅度提高反应温度的同时，又不增加气体排放，且增加单位时间内被处理物的氧化面积，通过在纯氧条件下添加无机金属热源(热催化剂Mg粉、Al粉或其混合物)，使其装置底部的亚熔融段被处理物间的温度迅速升高到1250℃左右；

3.同时系统内压工艺工作控制通过炉内压力信息自动调整整流装置开度，从而控制系统内压工作状态平稳，使炉内部压力稳定在300Pa左右。

通过上述过程，在热解气化亚熔融炉的纯氧条件下，减少了热能的浪费，高温亚熔融使得物料中有机物、彻底放热反应，使被处理物料无机化的同时，物料中的重金属高温中被氧化使之稳定化、无害化，由于采用了金属Mg、Al的放热过程，减少了气体的排放，在快速提升亚熔融温度的同时，提高了被处理物的热解速率，节省了炭燃料或电耗、减少了CO₂排放量，降低了成本，减少了环境的污染。

本发明的优点如下：

1.通过粉碎装置投料，增加了亚熔融热解时热传导接触面积提高了热解速度。

2.通过纯氧和放热催化剂的加入，在亚熔融过程中迅速放出大量热，在正压条件下，炉内亚熔融段被处理物温度可以达到1150-1300摄氏度之间，整个亚熔融阶段不需要提供外热源就可以把被处理物中的阻燃难燃物的残碳彻底地在高温氧化，被处理物中的有机物含量趋于零，使有害重金属变成稳定的氧化物，利于环保。

3.通过催化剂镁粉和铝粉的参与燃烧放热反应过程，使得热解气化亚熔融炉内的局部温度骤然升高，从而使得被处理物中的难燃物质充分热解，使得有毒物质彻底稳定化和无害化；

4.由于金属铝和镁是高导材料，在被处理物中起到热传导和热提供者的作用，使得高温灰化和亚熔融的过程更加完全；

5.金属铝和镁粉剧烈燃烧反应能起到搅动作用，使得被处理物相互间的热传递和燃烧更充分；

6.使用的铝和镁粉量少，成本低；

7.放热量大且放热量快，节省大量能源，减少碳氧化物和氮氧化物气体排放量；

8.能够防止产生有害气体和二恶英，同时使被处理物的热灼率趋于0％；

9.大幅缩短了亚熔融热解的时间，提高了生产效率；

10.通过整流结构调整系统压力平稳，使生产更安全；

11.使用纯氧节省了大量热能，大幅减少了热能和气体的排放量。

附图说明

图1为一种热解气化亚熔融炉结构图；

图2为炉内亚熔融段温度、通入纯氧量和空气、压强曲线示意图；

图3为一种热解炉温度调节控制流程图；

图4为一种热解炉压力调节控制流程图。

具体实施方式

下面结合实施例来具体说明本发明。

实施例1-3中，采用如图1所示的一种热解气化亚熔融炉，所述的热解气化亚熔融炉由进料门1、吹氧口2、自动点火器3、催化剂注入装置4、热解气体出口5、差压计6、整流机构7、温度计8、控制中心9、定量粉碎机10、螺旋输送机11、燃烧室12、密闭储料室13和热解炉14组成。

实施例1

一种热解气化亚熔融炉的纯氧条件下放热式催化燃烧方法，具体步骤为：将5吨被处理物(垃圾、废弃物)通过粉碎投料机10进入密闭储料室13，通过定量粉碎机10的物料由螺旋输送机11输送经过进料门1至热解炉14，进入热解炉14的低温物料，经过数组点火器自动快速点火，通过底部和侧面吹氧口2吹氧、热解、碳化，热解气进入燃烧室12燃烧，经过烟气出口5排出，回收热能、中和、除尘后排放。在自动点火器3点火后，直接向热解气化亚熔融炉中通入氧气，通过与气化炉相连的供氧管路上阀门的开度，以向气化炉中被处理物提供热分解所需的氧气量，从而使气化热解所产生的气体基本稳定(开始点燃后，炉内温度低，热解速度慢，所需氧气量少。)，如图3所示，为一种热解炉温度调节控制流程图，为达到被处理物间温度≥1250℃亚熔融的温度，在炉内被处理物料间的温度达到500℃时，开始由多组催化剂注入装置4注入放热催化剂Mg粉(每吨被处理物总用量0.1公斤)至被处理物中，使其装置底部的亚熔融段的温度迅速升高到1250℃左右，通过温度计8测得炉内温度传输至控制中心9，经控制中心9数据分析处理，当炉内被处理物料间的温度大于等于1250℃时，停止加入催化剂镁粉；当炉内被处理物料间的温度小于1250℃时，继续加入催化剂镁粉，使被处理物中间的温度稳定在设定的1250℃左右，维持炉内熔融段温度1250℃左右1小时。如图4所示，为一种热解炉压力调节控制流程图，炉内的压力通过差压计6反馈炉内压力信息至控制中心9，来调整控制整流机构7的开度，当炉内压力小于300Pa时，减小整流机构开度d15mm；当炉内压力等于300Pa时，整流机构开度d不变；当炉内压力大于300Pa时，增大整流机构开度d15mm，实现维持系统内部压力平稳。通过上述过程，残渣或者灰渣中的有机物趋于零，有毒金属被高温氧化，此时炉内温度骤降，这时候切换到0.5h空气冷却到30℃，通过除渣机出渣。如图2所示，为炉内亚熔融段温度、含氧量和压强曲线图，曲线①表示亚熔融段被处理物间温度曲线，铝粉、镁粉点为开始注入点，多个波峰表示铝镁加入后温度升高点，波谷表示铝镁注入点；曲线②表示通入纯氧和空气曲线，从点火后开始加入纯氧，后面通入空气为开始通入空气冷却；曲线③表示炉内压强变化曲线，开始炉内压强为0Pa，稳定后在300Pa左右。所产生的气体从热解气体出口5排出，回收热能、中和、除尘之后排放。

实施例2

一种热解气化亚熔融炉的纯氧条件下放热式催化燃烧方法，具体步骤为：将50吨被处理物(垃圾、废弃物)通过粉碎投料机10进入密闭储料室13，通过定量粉碎机10的物料由螺旋输送机11输送经过进料门1至热解炉14，投入煤或焦炭，进入热解炉14的低温物料，经过数组点火器自动快速点火，通过底部和侧面吹氧口2吹氧、热解、碳化，热解气进入燃烧室12燃烧，经过烟气出口5排出，回收热能、中和、除尘后排放。在自动点火器3点火后，直接向热解气化亚熔融炉中通入氧气，依据炉内的热解速度和压强来调整通入炉内的氧气量，通过与气化炉相连的供氧管路上阀门的开度，以向气化炉中被处理物提供热分解所需的氧气量，从而使气化热解所产生的气体基本稳定(开始点燃后，炉内温度低，热解速度慢，所需氧气量少。)，为达到被处理物间温度≥1250℃亚熔融的温度，在炉内被处理物料间的温度达到600℃时，开始由多组催化剂注入装置4注入放热催化剂Al粉(每吨被处理物0.5公斤)至被处理物中，使其装置底部的亚熔融段的温度迅速升高到1250℃左右，通过温度计8测得炉内温度传输至控制中心，经控制中心数据分析处理，当炉内被处理物料间的温度大于等于1250℃时，停止加入催化剂铝粉；当炉内被处理物料间的温度小于1250℃时，继续加入催化剂铝粉，使被处理物中间的温度稳定在设定的1250℃左右，维持炉内熔融段温度1250℃左右3小时。炉内的压力通过差压计6反馈炉内压力信息至控制中心9，来调整控制氧气的鼓入量及整流机构7的开度，当炉内压力小于300Pa时，减小整流机构开度d15mm；当炉内压力等于300Pa时，整流机构开度d不变；当炉内压力大于300Pa时，增大整流机构开度d15mm，实现维持系统内部压力平稳。通过上述过程，残渣或者灰渣中的有机物趋于零，有毒金属被高温氧化，此时炉内温度骤降，这时候切换到3h空气冷却到40℃，通过除渣机出渣。所产生的气体从热解气体出口5排出，回收热能、中和、除尘之后排放。

实施例3

一种热解气化亚熔融炉的纯氧条件下放热式催化燃烧方法，具体步骤为：将30吨被处理物(垃圾、废弃物)通过粉碎投料机10进入密闭储料室13，通过定量粉碎机10的物料由螺旋输送机11输送经过进料门1至热解炉14，进入热解炉14的低温物料，经过数组点火器自动快速点火，通过底部和侧面吹氧口2吹氧、热解、碳化，热解气进入燃烧室12燃烧，经过烟气出口5排出，回收热能、中和、除尘后排放。在自动点火器3点火后，直接向热解气化亚熔融炉中通入氧气，通过与气化炉相连的供氧管路上阀门的开度，以向气化炉中被处理物提供热分解所需的氧气量，从而使气化热解所产生的气体基本稳定(开始点燃后，炉内温度低，热解速度慢，所需氧气量少。)，依据炉内的热解速度和压强来调整通入炉内的氧气量，为达到被处理物间温度≥1250℃亚熔融的温度，在炉内被处理物料间的温度达到600℃时，开始由多组催化剂注入装置4注入放热催化剂Mg(每吨被处理物0.5公斤)粉和Al(每吨被处理物0.5公斤)粉的混合物至被处理物中，使其装置底部的亚熔融段的温度迅速升高到1250℃左右，通过温度计8测得炉内温度传输至控制中心，经控制中心数据分析处理，当炉内被处理物料间的温度大于等于1250℃时，停止加入催化剂镁粉、铝粉混合物；当炉内被处理物料间的温度小于1250℃时，继续加入催化剂镁粉、铝粉混合物，使被处理物中间的温度稳定在设定的1250℃左右，维持炉内熔融段温度1250℃左右2小时。炉内的压力通过差压计6反馈炉内压力信息至控制中心9，来调整控制氧气的鼓入量及整流机构7的开度，当炉内压力小于300Pa时，减小整流机构开度d15mm；当炉内压力等于300Pa时，整流机构开度d不变；当炉内压力大于300Pa时，增大整流机构开度d15mm，实现维持系统内部压力平稳。通过上述过程，残渣或者灰渣中的有机物趋于零，有毒金属被高温氧化，此时炉内温度骤降，这时候切换到2h空气冷却到35℃，通过除渣机出渣。所产生的气体从热解气体出口5排出，回收热能、中和、除尘之后排放。

Claims (5)

1.一种热解气化亚熔融炉的纯氧条件下放热式催化燃烧方法，包括将被处理物粉碎后加入到热解气化亚熔融炉中，点火、吹氧进行热解，热解气进入燃烧室燃烧，烟气排出，回收热能、中和、除尘后排放，其特征在于，在点火后，直接向热解气化亚熔融炉中通入纯氧进行热解。

2.如权利要求1所述的一种热解气化亚熔融炉的纯氧条件下放热式催化燃烧方法，其特征在于，在所述热解过程中，从炉底加入催化剂镁粉、铝粉或其混合物，催化剂添加量为每吨被处理物0.1-1.0公斤。

3.如权利要求2所述的一种热解气化亚熔融炉的纯氧条件下放热式催化燃烧方法，其特征在于，所述从炉底加入催化剂镁粉、铝粉或其混合物的具体步骤为：

第一步、测量炉内被处理物料间的温度，当炉内被处理物料间的温度为500℃-600℃之间时，开始从炉底加入催化剂镁粉、铝粉或其混合物；

第二步、测量炉内被处理物料间的温度；

第三步、当炉内被处理物料间的温度大于等于1250℃时，停止加入催化剂镁粉、铝粉或其混合物；当炉内被处理物料间的温度小于1250℃时，继续加入催化剂镁粉、铝粉或其混合物，返回第二步。

4.如权利要求1或2所述的一种热解气化亚熔融炉的纯氧条件下放热式催化燃烧方法，其特征在于，在所述热解过程中，通过调节整流机构的开度来调节炉内压力，其具体步骤为：

第一步、测量炉内压力；

第二步、当炉内压力小于300Pa时，减小整流机构开度(d)，返回第一步；当炉内压力等于300Pa时，整流机构开度(d)不变；当炉内压力大于300Pa时，增大整流机构开度(d)，返回第一步。

5.如权利要求4所述的一种热解气化亚熔融炉的纯氧条件下放热式催化燃烧方法，其特征在于，所述第二步为整流机构开度(d)的减小和增大幅度均为15mm。

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