CN102297431B - 一种高含水固体废弃物的解耦燃烧方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高含水固体废弃物的解耦燃烧方法和装置，该方法是将高含水固体废弃物的干燥/热解与燃烧过程分离，包括以下步骤：(1)将高含水固体废弃物在固体/气体热载体的加热下在150～700℃的温度范围内进行干燥/热解，产生的混合物经分离后得到气体产物和固体产物；其中，所述的干燥/热解为一个干燥和热解同时进行的处理过程或两个独立的依次进行的处理过程；(2)将步骤(1)生成的固体产物送入燃烧器，与空气接触在700～1200℃燃烧，产生热灰和热烟气。本发明不但保留了现有循环流化床的优点，而且将燃料的燃烧与干燥/热解过程先分解耦再重新耦合，利用热解气还原NOx，从而降低NOx排放，能够有效克服高水分对燃料着火、燃烧的影响，实现资源化、减量化和无害化处理。
Description
技术领域
本发明属于高含水固体废弃物的高值化利用和高效、高洁能源技术领域，特别涉及一种高含水固体废弃物的解耦燃烧方法和装置。
背景技术
随着我国工业的迅速发展，高含水量的固体废弃物的产量逐年增加，这些未经处理的废弃物进入环境后，直接会给水体、土地和大气带来二次污染，对生态环境和人们身体健康构成了严重威胁。在我国，这些高含水固体废弃物主要包括污泥、煤泥、酒精糟、白酒糟、啤酒糟、蔗渣、中药渣、醋渣、糠醛渣、木糖渣等。这些废弃物的主要特点是产量高和水量高。据估算，目前我国年产污泥量为300万吨，蔗渣与滤泥3000万吨，酒精糟近2000万吨，白酒糟2000万吨以上，啤酒糟近1000万吨，中药渣1300万吨。这些固体废弃物含水量高达50-80％，富含有机质等营养成分，多数厂家只是将这些废弃物送往垃圾场填埋或露天堆放，造成二次污染。目前，我国高含水固体废弃物的处置方法主要是填埋、焚烧、堆放等，其处置方法均不能实现对高含水固体废弃物的资源化利用，存在一定的社会及环境问题，不是高含水固体废弃物处置的理想出路。
为了满足越来越严格的环境要求和充分处理不适于资源化利用的高含水的固体废弃物，目前，将其转化为能源，包括热、电、蒸汽、燃气等，越来越引起人们的关注。这种能源转化与利用对减少环境污染和节能降耗具有十分重要的意义。
广州普得环保设备有限公司在公开号CN201046936Y的专利中提出提出一种污泥燃烧干燥装置，将污泥用烟气干燥后再进行燃烧，同时向炉内供给煤粉，使污泥达到稳定燃烧。但由于干燥燃烧炉温很高，可能导致炉内结焦，并造成大量氮氧化物的排放，造成空气污染。为了避免这些问题，在公开号CN1559939A和公开号CN1632377A的专利中，采用污泥和水煤浆混合制成液体燃料的办法，进而在燃烧器中将此种污泥水煤浆进行洁净燃烧。但由于大量水的存在，燃烧器效率不高，煤的掺杂量也很大，有时高达60-70％，成本很高。
公开号CN2274286Y的专利发明了一种燃烧糠醛渣的锅炉，其工艺路线为：利用锅炉尾气将糠醛渣烘干，然后送到旋风分离器内进行糠醛渣与烟气分离，烘干后的糠醛渣通过拨料装置定时定量地落入燃烧室内燃烧。在公开号CN201297628Y的专利中，也采用烟气干燥的方法开发了一种木糖废渣的燃烧装置。因为高含水固体废弃物，水含量很大，燃烧后烟气中的水含量很高，因此烟气干燥效果并不理想，并且换热后的烟气温度不能太低。
发明内容
本发明的目的是提供一种高含水固体废弃物的解耦燃烧方法和装置。
为实现上述的目的之一，本发明的一种高含水固体废弃物的解耦燃烧方法是将高含水固体废弃物的干燥/热解与燃烧过程分离，该方法包括以下步骤：
(1)将高含水固体废弃物在固体/气体热载体的加热下在150～700℃的温度范围内进行干燥/热解，产生的混合物经分离后得到气体产物和固体产物；其中，所述的干燥/热解为一个干燥和热解同时进行的处理过程或两个独立的依次进行的处理过程；
(2)将步骤(1)生成的固体产物送入燃烧器，与空气接触在700～1200℃燃烧，产生热灰和热烟气。把传统燃烧分为：干燥-热解-燃烧三个过程或干燥/热解-燃烧两个过程，即用不同的反应器来实现燃烧过程的分离，实现解耦燃烧。
作为上述技术方案的一种改进，还包括：步骤(3)：将步骤(1)生成的气体产物从燃烧器中部送入参与燃烧，或将热解产生的热解气通入燃烧器中部再燃，以降低氮氧化物。
作为上述技术方案的又一种改进，所述步骤(2)中固体产物充分燃烧后产生的热量传递给热载体，高温热载体与高含水固体废弃物充分混合为干燥/热解提供热量。
作为上述技术方案的再一种改进，所述的步骤(1)的高含水固体废弃物干燥/热解所需的热量由所述的步骤(2)所得到的热灰、热烟气或者经过热烟气加热的热空气提供。
为实现上述的另一目的，本发明的一种高含水固体废弃物的解耦燃烧装置，其特征在于，该系统包括：
一进料器5，该进料器5连通至干燥热解器3，用于将高含水固体废弃物加入到干燥热解器3；所述的干燥热解器3内充满高温固体热载体，干燥热解器3内的高温固体热载体与高含水固体废弃物充分混合，进行充分的换热干燥/热解；一连通管4，其两端分别连通干燥热解器3和燃烧器1的下端，用于将干燥/热解后的固体产物和固体热载体通过连通管4进入燃烧器1的下端；
所述的燃烧器1的底部通入空气，干燥/热解后固体产物在燃烧器1底部与空气接触开始燃烧；固体产物充分燃烧后产生的热量传递给固体热载体，高温固体热载体被高温烟气带出燃烧器1上端进入旋风分离器2进行分离，旋风分离器2分离出的高温固体热载体经由旋风分离器2的底部进入干燥热解器3，用于为干燥/热解提供热量；旋风分离器2分离出的高温烟气从旋风分离器2的顶部排出进入换热器12，换热后的烟气排空。
作为上述技术方案的一种改进，所述的旋风分离器2和干燥热解器3之间可以加设一个分配阀6，所述的分配阀6通过第一出料管9连通干燥热解器3，部分高温固体热载体由此进入干燥热解器3；所述的分配阀6还通过其第二连通管8连通燃烧器1的中部，另一部分高温固体热载体直接进入燃烧器1。通过控制分配阀，可以控制进入干燥热解器3的高温固体热载体的流量，以此控制干燥热解器3的温度。
作为上述技术方案的另一种改进，还包括一干燥/热解气体产物脱水装置16，用于将干燥热解器3中产生的干燥/热解气体产物中的水分脱除，脱水后的干燥/热解气体产物送入燃烧器1中部，形成再燃，部分还原氮氧化物，降低氮氧化物排放。
作为上述技术方案的再一种改进，所述的干燥热解器3包括干燥器3′和热解器3″两个部分，
所述的进料器5连通至干燥器3′，用于将高含水固体废弃物加入到干燥器3′，所述的干燥器3′内通入高温气体热载体与高含水固体废弃物充分接触换热后蒸发燃料的水分；所述的热解器3″，用于将干燥后的固体废弃物在固体热载体的加热下实施热解；第二连通管4′，其两端分别连通干燥器3′和热解器3″，用于将干燥后的固体产物送入热解器3″中，再通过连通管4的两端分别连接热解器3″和燃烧器1的下端。
所述的燃烧器1的底部通入空气，热解后固体产物在燃烧器1底部与空气接触开始燃烧；固体产物充分燃烧后产生的热量分别传递给固体热载体和高温烟气，高温固体热载体被高温烟气带出燃烧器1上端进入旋风分离器2进行分离，旋风分离器2分离出的高温固体热载体经由旋风分离器2的底部进入热解器3″，用于为热解提供热量；旋风分离器2分离出的高温烟气从旋风分离器2的顶部排出一部分进入换热器12生产水蒸汽，另一部分进入干燥器3′中干燥高含水固体废弃物或者进入空气加热器12′中生产高温空气，产生的高温空气进入干燥器3′中以干燥高含水固体废弃物。
作为上述技术方案的进一步的改进，所述的干燥器3′内用于干燥高含水固体废弃物的高温气体热载体为高温空气时，干燥器3′中排出的含水的低温空气将进入一冷却器14″中脱水，脱水后的空气被送入燃烧器1中。
作为上述技术方案的还一种改进，所述的干燥热解器3、热解器3″和干燥器3′可采用流化床、旋转炉、滚筒或固定床；所述的燃烧器1可采用流化床、气流床或固定床。
本发明的有益效果是：
本发明的解耦燃烧技术是结合“解耦热转化”思想针对高含水(＞50％)固体废弃物提出的一种燃烧技术，该技术通过将高含水固体废弃物的燃烧与干燥/热解过程先解耦，后重新耦合在一起，利用热载体进行热量传递，能够有效克服水分对燃料着火、燃烧的影响，进而实现高含水固体废弃物资源化、减量化和无害化的“三化”处理。
所述的将高含水固体废弃物解耦燃烧方法克服了高含水固体废弃物直接燃烧困难的缺点，充分适应有机质挥发份易燃、剩余固体产物难燃的特点。热解产物进入燃烧器1部分进行燃烧，将部分氮氧化物还原，降低氮氧化物的排放。
本发明所述的将高含水固体废弃物解耦燃烧的方法是一种对高含水固体废弃物进行高值化利用的方法，具有如下优点：
1、适应性广，可以适应含水量10～65％的固体废弃物；
2、能够克服高含水固体废弃物点火困难、燃烧率差的问题，提高燃烧效率；
3、干燥/热解器内产生的热解气被送入热解器1中部参与燃烧时能够部分还原氮氧化物，降低氮氧化物排放。
本发明通过将高含水固体废弃物的干燥/热解和燃烧部分解耦，克服了高含水固体废弃物直接燃烧的困难，并且燃烧过程释放的热量除了满足高含水固体废弃物干燥热解外，还可以副产蒸汽，为企业省掉了一笔能源费用。当将热解气通入燃烧器中进行再燃时，可以降低氮氧化物的排放。本发明所述高含水固体废弃物高值化利用方法系统简单，便于操作，能够在厂家直接进行，是一种清洁、高效的高含水固体废弃物高值化利用方法，具有很强的应用推广性。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：
图1表示实施例1的采用固体热载体在一个流化床反应器内同时干燥和热解高含水固体废弃物，燃烧在燃烧器中完成的高含水固体废弃物解耦燃烧工艺流程图。
图2表示实施例3的采用固体热载体在一个回转反应器内同时干燥和热解高含水固体废弃物解耦燃烧工艺流程图。
图3表示实施例2的通过分配阀控制高含水固体废弃物干燥/热解温度的高含水固体废弃物解耦燃烧工艺流程图。
图4表示实施例4的采用高温烟气干燥高含水固体废弃物，固体热载体热解干燥后固体废弃物，燃烧在燃烧器中完成的高含水固体废弃物解耦燃烧工艺流程图。
图5表示实施例5的将采用被高温烟气加热后的高温控器干燥高含水固体废弃物，固体热载体热解干燥后固体废弃物，燃烧在燃烧器中完成的高含水固体废弃物解耦燃烧工艺流程图。
附图标记：
1-燃烧器 2-旋风分离器 3-干燥/热解器
3′-干燥器 3″-热解器 4-连通管
4′-第二连通管 5-进料器 6-分配阀
8-第二出料管 9-第一出料管
12-换热器 12′-空气加热器 14″-冷却器
16-脱水装置
具体实施方式
如图1或2所示实施例1和实施例2的采用固体热载体在一个反应器内同时干燥和热解高含水固体废弃物，燃烧在燃烧器中完成的高含水固体废弃物酒糟的解耦燃烧的方法，包括以下步骤：
(a)将含水量10～65％的高含水固体废弃物，送入干燥热解器3，在热载体存在的情况下，进行干燥热解；
(b)从干燥热解器3出来的热解气体组分进入燃烧器1中部，部分燃烧，部分还原燃烧产生的氮氧化物，降低氮氧化物的排放；
(c)在干燥热解器3中产生的固体混合物进入燃烧器1燃烧，产生的热量传递给固体热载体；
(d)固体热载体在高温烟气的携带下从燃烧器1上端排出进入旋风分离器2固体热载体在旋风分离器2的作用下和气体产物分离；
(e)固体热载体进入干燥热解器3，为高含水固体废弃物干燥热解提供热量。
任选地，(f)将所述的干燥热解器3出来的热解气体产物送入脱水装置16进行脱水处理后再进入燃烧器1，如图1所示。
优选地，步骤(a)所用的干燥热解器3采用流化床(如图1所示)或回转炉(如图2所示)。
如图1和图2所示的本发明的高含水固体废弃物酒糟的解耦燃烧装置，包括：进料器5、干燥热解器3，燃烧器1，旋风分离器2，其连接方式为：进料器5与干燥热解器3相连；干燥热解器3具有两出口，干燥热解器3的第一出口通过连通管4与燃烧器1底部相连，干燥热解器3的第二出口通过脱水装置16与燃烧器1中部相连；燃烧器1出口与旋风分离器2入口相连，旋风分离器2的底部与干燥热解器3相连。
固体热载体被高温烟气带入旋风分离器2，高温烟气从旋风分离器2的的顶部进入换热器12，换热后的烟气排空；分离出的高温固体热载体由旋风分离器2的底部进入干燥热解器3。
如图3所示，实施例3的通过分配阀控制高含水固体废弃物干燥/热解温度的高含水固体废弃物解耦燃烧方法。该实施例在实施例1的基础上增加了一个分配阀，即从旋风分离器2分离得到的固体热载体进入干燥热解器3之前先通过分配阀6进行物料分配，分配阀6系统包括第二出料管8和第一出料管9。并且分配阀6的一个出口通过第二出料管8与燃烧器1相连，分配阀6的另一个出口通过第一出料管9与干燥热解器3入口相连。
通过改变分配阀6的分配比，可以调节进入干燥燃烧器3的固体热载体量，从而影响干燥热解器3中的温度分布和产物分布。
优选地，所采用的分配阀6可以是气动分配阀或机械分配阀。
图1、2、3所示的实施例是干燥热解在一个反应器中完成，燃烧在燃烧器中完成的实施例，在这三个实施例中传统的燃烧过程分为干燥/热解和燃烧两个过程将干燥。其中，实施例1和实施例3采用的干燥热解器为流化床，空气为流化气体，同时在干燥热解器3中发生干燥热解，热解气脱水后或不脱水直接进入燃烧器1；实施例2采用的干燥热解器3为滚筒，固体热载体与高含水固体废弃物在滚筒内回转，直接固固传热，高含水固体废弃物加热后干燥热解；实施例3中进入干燥热解器的高温固体热载体量通过分配阀6控制，使干燥热解器内的温度得以控制。
图4所示的实施例4是干燥、热解分别在各自的反应器中完成，采用热烟气作为气体热载体干燥，固体热载体热解，燃烧在燃烧器中完成的解耦燃烧方法，包括以下步骤：
(a)将含水量10～65％的高含水固体废弃物，送入干燥器3′，在高温烟气的加热下进行干燥；
(b)干燥器3′出来的含水气温烟气排空，从干燥器3′出来的低含水固体废弃进入热解器3″中，在高温固体热载体的加热下发生热解；
(c)从热解器3″出来的热解气体组分进入燃烧器1中部，部分燃烧，部分还原燃烧产生的氮氧化物，降低氮氧化物的排放；
(d)在热解器3″中产生的固体混合物进入燃烧器1燃烧，产生的热量传递给固体热载体；
(e)固体热载体在高温烟气的携带下从燃烧器1上端排出进入旋风分离器2固体热载体在旋风分离器2的作用下和气体产物分离；
(f)分离得到的固体热载体进入热解器3″，为高含水固体废弃物干燥热解提供热量；分离得到的烟气一部分进入换热器12中生产蒸汽，另一部分进入干燥器3′中干燥高含水固体废弃物。
如图4所示的实施例4的实现高含水固体废弃物解耦燃烧的装置包括：进料器5、干燥器3′，热解器3″，燃烧器1，旋风分离器2，其连接方式为：进料器5与干燥器3′相连；干燥器3′通过第二连通管4′与热解器3″连接；热解器3″具有两出口，热解器3″的第一出口通过连通管4与燃烧器1底部相连，热解器3″的第二出口与燃烧器1中部相连；燃烧器1出口与旋风分离器2入口相连，旋风分离器2的底部与热解器3″相连，旋风分离器2的烟气出口分别与换热器12和干燥器3′相连。
所述的干燥器3′，用于在高温烟气的加热下干燥高含水固体废弃物；所述的热解器3″，用于在固体热载体的加热下实施热解。
如图5所示，实施例5的干燥、热解分别在各自的反应器中完成，采用热空气作为气体热载体干燥，固体热载体热解，燃烧在燃烧器中完成的解耦燃烧装置是在实施例4的基础上将旋风分离器2分离出的高温烟气从旋风分离器2的顶部排出一部分进入换热器12生产水蒸汽，另一部分进入空气加热器12′中生产高温空气，产生的高温空气进入干燥器3′中以干燥高含水固体废弃物。所述的干燥器3′内通入高温气体热载体与高含水固体废弃物充分接触换热后蒸发燃料的水分；干燥器3′中排出的含水的低温空气将进入一冷却器14″中脱水，脱水后的空气被送入燃烧器1中。
Claims (5)
1.一种高含水固体废弃物的解耦燃烧装置，其特征在于，该装置包括：
一进料器（5），该进料器（5）连通至干燥热解器（3），用于将高含水固体废弃物加入到干燥热解器（3）；所述的干燥热解器（3）内充满高温固体热载体，干燥热解器（3）内的高温固体热载体与高含水固体废弃物充分混合，进行充分的换热干燥/热解；一连通管（4），其两端分别连通干燥热解器（3）和燃烧器（1）的下端，用于将干燥/热解后的固体产物和固体热载体通过连通管（4）进入燃烧器（1）的下端；
所述的燃烧器（1）的底部通入空气，干燥/热解后固体产物在燃烧器（1）底部与空气接触开始燃烧；固体产物充分燃烧后产生的热量传递给固体热载体，高温固体热载体被高温烟气带出燃烧器（1）上端，进入旋风分离器（2）进行分离，旋风分离器（2）分离出的高温固体热载体经由旋风分离器（2）的底部进入干燥热解器（3），用于为干燥/热解提供热量；旋风分离器（2）分离出的高温烟气从旋风分离器（2）的顶部排出进入换热器（12），换热后的烟气经过除尘后排空；
所述的干燥热解器（3）包括干燥器（3′）和热解器（3〞）两个部分；
所述的进料器（5）连通至干燥器（3′），用于将高含水固体废弃物加入到干燥器（3′），所述的干燥器（3′）内通入高温气体热载体与高含水固体废弃物充分接触换热后蒸发燃料的水分；所述的热解器（3〞），用于将干燥后的固体废弃物在固体热载体的加热下实施热解；一第二连通管（4′），其两端分别连通干燥器（3′）和热解器（3〞），用于将干燥后的固体产物送入热解器（3〞）中，再通过连通管（4）的两端分别连接热解器（3〞）和燃烧器（1）的下端；
所述的燃烧器（1）的底部通入空气，热解后固体产物在燃烧器（1）底部与空气接触开始燃烧；固体产物充分燃烧后产生的热量分别传递给固体热载体和高温烟气，高温固体热载体被高温烟气带出燃烧器（1）上端进入旋风分离器（2）进行分离，旋风分离器（2）分离出的高温固体热载体经由旋风分离器（2）的底部进入热解器（3〞），用于为热解提供热量；旋风分离器（2）分离出的高温烟气从旋风分离器（2）的顶部排出一部分进入换热器（12）生产水蒸汽，另一部分进入干燥器（3′）中干燥高含水固体废弃物或者进入第二换热器（12′）中生产高温空气，产生的高温空气进入干燥器（3′）中以干燥高含水固体废弃物。
2.根据权利要求1所述的解耦燃烧装置，其特征在于，所述的旋风分离器（2）和干燥热解器（3）之间加设一个分配阀（6），所述的分配阀（6）通过第一溢流管（9）连通干燥热解器（3），部分高温固体热载体由此进入干燥热解器（3）；所述的分配阀（6）还通过其第二溢流管（8）连通燃烧器（1）的中部，另一部分高温固体热载体直接进入燃烧器（1）。
3.根据权利要求1所述的解耦燃烧装置，其特征在于，还包括一干燥/热解气体产物脱水装置（16），用于将干燥热解器（3）中产生的干燥/热解气体产物中的水分脱除，脱水后的干燥/热解气体产物送入燃烧器（1）中部，形成再燃。
4.根据权利要求1所述的解耦燃烧装置，其特征在于，所述的干燥器（3′）内用于干燥高含水固体废弃物的高温气体热载体为高温空气时，干燥器（3′）中排出的含水的低温空气将进入一冷却器（14〞）中脱水，脱水后的空气被送入燃烧器（1）中。
5.根据权利要求1所述的解耦燃烧装置，其特征在于，所述的热解器（3〞）和干燥器（3′）采用流化床、旋转炉、滚筒或固定床；所述的燃烧器（1）采用流化床、气流床或固定床。
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