CN107189820B - 一种粉煤掺烧高浓度有机废水复合型气化燃烧器及工艺方法 - Google Patents

一种粉煤掺烧高浓度有机废水复合型气化燃烧器及工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种粉煤掺烧高浓度有机废水复合型气化燃烧器及工艺方法，通过对燃烧器点火枪单独外设，燃烧器粉煤进料与废水掺烧设置为各自独立的通道，点火、开工驰放气为同一通道，有机废水氧气与开工氧气为同一通道，并将粉煤通道设置在燃烧器外圈等气化炉结构改进实现粉煤气化中的有机废水掺烧工艺，通过掺烧适量有机废水，粉煤可以单独喷射也可以与废水同时掺烧喷射燃烧，不影响原有粉煤气化燃烧的运行，解决燃烧器单一喷射粉煤的弊端，减少了粉煤气化过程的蒸汽使用量，燃烧器在喷射粉煤是可以根据运行负荷掺烧一定比例的废水，节约粉煤能源，同时高浓度有机废水在高温条件下形成的蒸汽与燃烧反应产生的蒸汽、二氧化碳进一步参与气化反应生成合成气，实现了有机废水沉降回收利用。

Description

一种粉煤掺烧高浓度有机废水复合型气化燃烧器及工艺方法
技术领域
本发明涉及一种新型节能煤气化生产工艺装置；特别涉及一种粉煤掺烧高浓度有机废水复合型气化燃烧器及工艺方法。
背景技术
近年来，随着石油化工行业的迅速发展，在生产各类产品的同时产生大量的有机废水，不仅有机物浓度高，部分还含有有毒有害物质，而且处理难度大。随着新环境保护法的实施，如何高效处理有机废水成为企业面临的重要课题。有机废水通常采用生化或焚烧的方式进行处理。生化处理方式中有机废水中有毒有害物质易造成生化菌失活，需配套建设物理以及化学预处理装置方能确保生化处理效率，且仅适用于处理低浓度有机废水。焚烧处理是指在焚烧炉的燃烧室内，通过可控高温化学反应破坏废水中各种有害物质的分子结构，将废水中的有机物氧化成CO，H2O等无害物质，适用于处理高浓度有机废水。如己内酰胺、双乙苯胺等有机废液不能直接外排，处理工艺一般采用将有机废液喷淋到粉煤上在焚烧炉的燃烧室中燃烧。废水焚烧炉一般以低硫柴油等清洁燃料为点火助燃剂，所产生的尾气主要成分为蒸汽、烟尘、SO2、NO2等，为确保尾气达标排放，需配套建设急冷、脱硫、脱硝等附属装置，投资大、运行成本高是制约焚烧处理有机废水技术推广应用的主要因素。目前产生的有机废水，常规污水处理的方式，已无法满足需要；废水难以处理，已是制约化工企业发展的瓶颈问题，如何处理，迫在眉睫。
煤气化是煤利用技术的一个重要方向，它是把煤转化为便于燃烧的可燃气体或化工原料，其主要成分为一氧化碳和氢气的混合气。目前国内使用的粉煤造气炉燃烧器如壳牌炉、 GSP炉、航天炉等使用的燃烧器均只具有单一喷射粉煤燃烧的功能。
针对当前严峻的环保形势，研究复合型气化装置掺烧高浓度有机废水装置和工艺技术，一方面可彻底解决高浓度有机废水难以处理的问题，另一方面可为煤化工企业处理高浓度有机废水开辟一条新的途径，实现以煤化工为主体的综合化工企业高浓度有机废水的回收利用，提高企业的清洁生产水平，为建设资源节约型、环境友好型企业提供保障，为推动国内环保领域废水焚烧工艺发展提供技术支持。
发明内容
为了解决现有技术存在的缺点，本发明的目的之一是提供一种粉煤掺烧高浓度有机废水复合型气化燃烧器，该燃烧器能采用特殊的燃烧器结构设计，解决传统燃烧器单一喷射粉煤的弊端，燃烧器在喷射粉煤是可以根据运行负荷掺烧一定比例的废水，结构简易、适应性强，环保节能、变废为宝。
本发明第二个目的是提供一种粉煤掺烧高浓度有机废水工艺方法。该工艺方法在利用粉煤生产合成气的同时焚烧有机废水，实现化工生产与有机废水处理的有机结合。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种粉煤掺烧高浓度有机废水复合型气化燃烧器，包括点火枪、废水通道、点火/开工驰放气通道、点火/开工氧气通道、冷却水夹套通道、粉煤主氧/蒸汽通道、粉煤通道组成，燃烧器下部套装有水冷壁，水冷壁内的空腔形成气化室，所述的燃烧器点火枪单独外设，粉煤通道与废水通道设置为各自独立的通道，点火、开工驰放气为同一通道，有机废水氧气与开工氧气为同一通道，所述的粉煤通道为设置在燃烧器外圈，粉煤通道旁由外向内分别设粉煤主氧/蒸汽通道、点火/开工氧气通道，点火/开工驰放气通道、废水通道，所述的废水通道位于燃烧器中心。
本发明的掺烧废水气化燃烧器，燃烧器点火枪单独外设，燃烧器粉煤进料与废水掺烧设置为各自独立的通道，点火、开工驰放气为同一通道，有机废水氧气与开工氧气为同一通道，并将粉煤通道设置在燃烧器外圈。一方面，粉煤进料与废水掺烧设置为各自独立的通道保证了粉煤可以单独喷射也可以与废水同时掺烧喷射燃烧，不影响原有粉煤气化燃烧的运行。另一方面废水通道位于燃烧器中心、粉煤通道位于气化室外围的合理布置，确保废水在炉膛内可与粉煤燃烧的高温火焰实现最大程度的接触发生气化燃烧，防止废水气化产生的气体膨胀影响外围原有粉煤气化燃烧的运行，产生质量不达标的气化气；同时掺烧一定比例的废水使废水雾化达到最佳效果，确保废水的燃烧速率和燃烧程度，同时高浓度有机废水在高温条件下形成的蒸汽与燃烧反应产生的蒸汽、二氧化碳进一步参与气化反应生成合成气，实现了有机废水沉降回收利用，设备结构新颖、工艺简单、效率高、节约成本，运行安全稳定。
优选的，在所述的粉煤通道内还设有粉煤导料螺旋片。
粉煤导料螺旋片可以实现粉煤最大程度的分散，提高了粉煤的气化与燃烧效率，节约能源。
优选的，所述的燃烧器包括由内到外依次套装在一起的第一套筒、第二套筒、第三套筒、第四套筒和气化室，且各个套筒、气化室之间相互独立，互不相通；且从上到下依次第一套筒高于第二套筒、第二套筒高于第三套筒、第三套筒高于第四套筒，第四套筒高于气化室，且彼此之间通过螺栓连接；在所述的第一套筒的顶部设有废液进口；在所述的第二套筒的侧壁设有点火/开工驰放气进口，在所述的第三套筒的侧壁设有点火/开工氧气进口、冷却水出口、冷却水进口；在所述的第四套筒侧壁设有粉煤进口、粉煤主氧气/蒸汽进口，气化室侧壁设有盘管冷却水进口、盘管冷却水出口；与每个套筒相对应的底部分别设有废水出口，点火/开工驰放气出口，点火/开工氧气出口，粉煤出口，粉煤氧气/蒸汽出口。
优选的，所述的水冷壁为一体式盘管水冷壁，其包括若干支换热管，所述换热管盘绕排布形成一腔体，相邻换热管之间焊接密封，所述腔体内壁根据工作流畅温度不同覆盖不同厚度的耐火材料层，所述耐火材料层以固定钉进行固定，所述固定钉沿腔体内壁均匀交错呈辐射式分布；所述的水冷壁的底部通过若干个支座支撑，所述支座沿圆周均匀对称分布。
优选的，所述的水冷壁的内侧呈阶梯型的涂抹有耐火材料，耐火材料通过固定钉固定于水冷壁盘管上。
优选的，所述的第一套筒与第二套筒，第二套筒与第三套筒，第三套筒与第四套筒，第四套筒与气化室通过密封法兰连接。
优选的，粉煤和有机废水供料的复合型燃烧器结构，烧嘴喷射器粉煤进料与有机废水进料设置为各自独立的通道，粉煤可以单独喷射也可以与废水同时掺烧喷射燃烧气化。
优选的，所述的粉煤主氧/蒸汽通道、点火/开工驰放气通道、点火/开工氧气通道设置气量配比自动化仪表，控制气体流量。
所述的装置的工艺方法如下：
来自原料煤系统的粉煤和工业生产排放的高浓度有机废水，由输送管线送到燃烧器，燃烧器的点火枪单独外设进行点火，点火/开工驰放气通道通可燃气体，点火/开工氧气通道通点火氧气助燃，开工氧气与开工驰放气配比点火；外设火焰检测装置，收获火焰信号后自动启动开工程序，开工程序启动后点火/开工驰放气通道加大可燃气体量，点火/开工氧气通道通开工氧气，开工氧气与开工驰放气配比燃烧升温至750℃～850℃、系统压力提高至1.0MPa 时启动粉煤进料程序，粉煤进料为单支切向螺旋进料，物料进入指定通道后沿着螺旋片螺旋送到喷射器端部从粉煤通道出口均匀喷射高温燃烧粉煤沿着粉煤通道喷出，与粉煤主氧/蒸汽混合高温燃烧；粉煤燃烧系统稳定后即温度达到1300～1500℃，系统压力提高至4.0MPa，启动有机废水进料程序，根据实际负荷控制粉煤与废水适当比例进行掺烧，适量有机废水沿着废水通道喷出遇气化炉高温火焰瞬间气化燃烧，同时调整粉煤主氧/蒸汽通道中氧气、蒸汽比率。整个过程中冷却水夹套通道、水冷壁盘管持续通入冷却水。
优选的，粉煤与有机废水掺烧的质量比15:2。
控制粉煤与有机废水掺烧比例十分重要，有机废水掺烧量大影响粉煤原有的气化反应，粉煤气化的气体co和H2有效成分的比例下降，有害气体产量增加，腐蚀管道，增加后续处理难度；有机废水掺烧比例较小，不能最大限度的实现有机废水的回收利用。
本发明的有益效果是：
(1)本发明新型掺烧废水气化燃烧器，燃烧器点火枪单独外设，燃烧器粉煤进料与废水掺烧设置为各自独立的通道，点火、开工驰放气为同一通道，有机废水氧气与开工氧气为同一通道，并将粉煤通道设置在燃烧器外圈，废水通道位于燃烧器中心结构进行合理布置，废水在炉膛内可与粉煤燃烧的高温火焰实现最大程度的接触发生气化燃烧，防止废水气化产生的气体膨胀影响外围原有粉煤气化燃烧的运行，产生质量不达标的气化气。
(2)燃烧器粉煤进料与废水掺烧设置为各自独立的通道，粉煤可以单独喷射也可以与废水同时掺烧喷射燃烧，不影响原有粉煤气化燃烧的运行，解决燃烧器单一喷射粉煤的弊端，减少了粉煤气化过程的蒸汽使用量，燃烧器在喷射粉煤是可以根据运行负荷掺烧一定比例的废水，节约粉煤能源。
(3)本发明在满足工艺装置需求的前提下，掺烧一定比例的废水使废水雾化达到最佳效果，确保废水的燃烧速率和燃烧程度，同时高浓度有机废水在高温条件下形成的蒸汽与燃烧反应产生的蒸汽、二氧化碳进一步参与气化反应生成合成气，实现了有机废水沉降回收利用，设备结构新颖、工艺简单、效率高、节约成本，运行安全稳定。
附图说明
图1燃烧器的具体结构图；
图2为图A部分的剖视图；
图中：1、废水进口，2、点火/开工驰放气进口，3、点火/开工氧气进口，4、冷却水进口，5、冷却水出口，6、粉煤进口，7、粉煤氧气/蒸汽进口，8、盘管冷却水进口，9、盘管冷却水出口，10、废水出口，11、点火/开工驰放气出口，12、点火/开工氧气出口，13、粉煤出口，14、粉煤氧气/蒸汽出口，15粉煤导料螺旋片，16、第一套筒、17第二套筒、18 第三套筒、19第四套筒，20、气化室。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
实施例1
粉煤掺烧高浓度有机废水复合型气化燃烧器，包括点火枪、废水通道、点火/开工驰放气通道、点火/开工氧气通道、冷却水夹套通道、粉煤主氧/蒸汽通道、粉煤通道组成，燃烧器下部套装有水冷壁，水冷壁内的空腔形成气化室20，所述的燃烧器点火枪单独外设，粉煤通道与废水通道设置为各自独立的通道，点火、开工驰放气为同一通道，有机废水氧气与开工氧气为同一通道，所述的粉煤通道为设置在燃烧器外圈，粉煤通道旁由外向内分别设粉煤主氧/蒸汽通道、点火/开工氧气通道，点火/开工驰放气通道、废水通道，所述的废水通道位于燃烧器中心，在所述的粉煤通道内还设有粉煤导料螺旋片15，所述的燃烧器包括由内到外依次套装在一起的第一套筒16、第二套筒17、第三套筒18、第四套筒19和气化室20，且各个套筒、气化室之间相互独立，互不相通；且从上到下依次第一套筒16高于第二套筒17、第二套筒17高于第三套筒18、第三套筒18高于第四套筒19，第四套筒 19高于气化室20，第一套筒与第二套筒，第二套筒与第三套筒，第三套筒与第四套筒，第四套筒与气化室通过密封法兰连接；在所述的第一套筒16的顶部设有废液进口1；在所述的第二套筒的侧壁设有点火/开工驰放气进口2，在所述的第三套筒的侧壁设有点火/开工氧气进口3、冷却水出口4、冷却水进口5；在所述的第四套筒侧壁设有粉煤进口6、粉煤主氧气/蒸汽进口7，气化室侧壁设有盘管冷却水进口8、盘管冷却水出口9；与每个套筒相对应的底部分别设有废水出口10，点火/开工驰放气出口11，点火/开工氧气出口12，粉煤出口13，粉煤氧气/蒸汽出口14，所述的水冷壁为一体式盘管水冷壁，其包括若干支换热管，所述换热管盘绕排布形成一腔体，相邻换热管之间焊接密封，水冷壁的内侧呈阶梯型的涂抹有耐火材料，耐火材料通过固定钉固定于水冷壁盘管，所述固定钉沿腔体内壁均匀交错呈辐射式分布；所述的水冷壁的底部通过若干个支座支撑，所述支座沿圆周均匀对称分布。
粉煤和有机废水供料的复合型燃烧器结构，烧嘴喷射器粉煤进料与有机废水进料设置为各自独立的通道，粉煤可以单独喷射也可以与废水同时掺烧喷射燃烧气化。粉煤主氧/蒸汽通道、点火/开工驰放气通道、点火/开工氧气通道设置气量配比自动化仪表，控制气体流量。
来自原料煤系统的粉煤和工业生产排放的高浓度有机废水，由输送管线送到燃烧器，燃烧器的点火枪单独外设进行点火，点火/开工驰放气通道通可燃气体，点火/开工氧气通道通点火氧气助燃，开工氧气与开工驰放气配比点火；外设火焰检测装置，收获火焰信号后自动启动开工程序，开工程序启动后点火/开工驰放气通道加大可燃气体量，点火/开工氧气通道通开工氧气，开工氧气与开工驰放气配比燃烧升温至750℃～850℃、系统压力提高至1.0MPa 时启动粉煤进料程序，粉煤进料为单支切向螺旋进料，物料进入指定通道后沿着螺旋片螺旋送到喷射器端部从粉煤通道出口均匀喷射高温燃烧粉煤沿着粉煤通道喷出，与粉煤主氧/蒸汽混合高温燃烧；粉煤燃烧系统稳定后即温度达到1300～1500℃，系统压力提高至4.0MPa，启动有机废水进料程序，根据实际负荷控制粉煤与废水质量比15:2进行掺烧，适量有机废水沿着废水通道喷出遇气化炉高温火焰瞬间气化燃烧，同时调整粉煤主氧/蒸汽通道中氧气、蒸汽比率。整个过程中冷却水夹套通道、水冷壁盘管持续通入冷却水。
实施例2
粉煤掺烧高浓度有机废水复合型气化试验装置运行后，根据工艺包设计值对试验装置进行了72h性能考核，废水掺烧量、合成气有效气体成分等各项指标全部达到了预期目标。
申请人根据实际情况实时调整高浓度废水掺烧量，其中掺烧量为5t/h的运行时间达到635h，复合型气化装置运行稳定，合成气有效气体(CO+H2)平均为产率为91.63％，全年共掺烧废水22870t，节约蒸汽10710t，达到了预期目标。该项目在系统整体运行、能量利用、安全环保等方面都达到了国内领先水平，创造了较好的经济效益和环保效益，具有广阔的发展前景。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种粉煤掺烧高浓度有机废水复合型气化燃烧器，其特征在于，包括点火枪、废水通道、点火/开工驰放气通道、点火/开工氧气通道、冷却水夹套通道、粉煤主氧/蒸汽通道、粉煤通道组成，燃烧器下部套装有水冷壁，水冷壁内的空腔形成气化室，所述的燃烧器点火枪单独外设，粉煤通道与废水通道设置为各自独立的通道，点火、开工驰放气为同一通道，有机废水氧气与开工氧气为同一通道，所述的粉煤通道为设置在燃烧器外圈，粉煤通道旁由外向内分别设粉煤主氧/蒸汽通道、点火/开工氧气通道，点火/开工驰放气通道、废水通道，所述的废水通道位于燃烧器中心；
在所述的粉煤通道内还设有粉煤导料螺旋片；
所述的燃烧器包括由内到外依次套装在一起的第一套筒、第二套筒、第三套筒、第四套筒和气化室，且各个套筒、气化室之间相互独立，互不相通；且从上到下依次第一套筒高于第二套筒、第二套筒高于第三套筒、第三套筒高于第四套筒，第四套筒高于气化室，且彼此之间通过螺栓连接；在所述的第一套筒的顶部设有废液进口；在所述的第二套筒的侧壁设有点火/开工驰放气进口，在所述的第三套筒的侧壁设有点火/开工氧气进口、冷却水出口、冷却水进口；在所述的第四套筒侧壁设有粉煤进口、粉煤主氧气/蒸汽进口，气化室侧壁设有盘管冷却水进口、盘管冷却水出口；与每个套筒相对应的底部分别设有废水出口，点火/开工驰放气出口，点火/开工氧气出口，粉煤出口，粉煤氧气/蒸汽出口。
2.如权利要求1所述的粉煤掺烧高浓度有机废水复合型气化燃烧器，其特征在于，所述的第一套筒与第二套筒，第二套筒与第三套筒，第三套筒与第四套筒，第四套筒与气化室通过密封法兰连接。
3.如权利要求1所述的粉煤掺烧高浓度有机废水复合型气化燃烧器，其特征在于，所述的粉煤主氧/蒸汽通道、点火/开工驰放气通道、点火/开工氧气通道设置气量配比自动化仪表，控制气体流量。
4.如权利要求1所述的粉煤掺烧高浓度有机废水复合型气化燃烧器，其特征在于，所述的水冷壁为一体式盘管水冷壁，其包括若干支换热管，所述换热管盘绕排布形成一腔体，相邻换热管之间焊接密封，所述腔体内壁根据工作流畅温度不同覆盖不同厚度的耐火材料层，所述耐火材料层以固定钉进行固定，所述固定钉沿腔体内壁均匀交错呈辐射式分布；所述的水冷壁的底部通过若干个支座支撑，所述支座沿圆周均匀对称分布。
5.如权利要求2所述的粉煤掺烧高浓度有机废水复合型气化燃烧器，其特征在于，所述的水冷壁的内侧呈阶梯型的涂抹有耐火材料，耐火材料通过固定钉固定于水冷壁盘管上。
6.如权利要求1-5任一项所述的粉煤掺烧高浓度有机废水复合型气化燃烧器的工艺方法，其特征在于，来自原料煤系统的粉煤和工业生产排放的高浓度有机废水，由输送管线送到燃烧器，燃烧器的点火枪单独外设进行点火，点火/开工驰放气通道通可燃气体，点火/开工氧气通道通点火氧气助燃，开工氧气与开工驰放气配比点火；外设火焰检测装置，收获火焰信号后自动启动开工程序，开工程序启动后点火/开工驰放气通道加大可燃气体量，点火/开工氧气通道通开工氧气，开工氧气与开工驰放气配比燃烧升温至750℃～850℃、系统压力提高至1.0MPa时启动粉煤进料程序，粉煤进料为单支切向螺旋进料，物料进入指定通道后沿着螺旋片螺旋送到燃烧器端部从粉煤通道出口均匀喷射高温燃烧粉煤沿着粉煤通道喷出，与粉煤主氧/蒸汽混合高温燃烧；粉煤燃烧系统稳定后即温度达到1300～1500℃，系统压力提高至4.0MPa，启动有机废水进料程序，根据实际负荷控制粉煤与废水适当比例进行掺烧，适量有机废水沿着废水通道喷出遇气化炉高温火焰瞬间气化燃烧，同时调整粉煤主氧/蒸汽通道中氧气、蒸汽比率；整个过程中冷却水夹套通道、水冷壁盘管持续通入冷却水。
7.如权利要求6所述的工艺方法，其特征在于，粉煤和有机废水供料的复合型气化燃烧器结构，复合型气化燃烧器粉煤进料与有机废水进料设置为各自独立的通道，粉煤可以单独喷射也可以与废水同时掺烧喷射燃烧气化。
8.如权利要求6所述的工艺方法，其特征在于，粉煤与有机废水掺烧的质量比15:2。
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