CN108707477B - 一种处理废水的清洁型粉煤气化燃烧器及工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种处理废水的清洁型粉煤气化燃烧器及工艺方法。为筒状结构，由外到内依次包括冷却盘管、保护器夹套、粉煤通道、氧气通道、废水燃料复合通道，所述粉煤通道、氧气通道、废水燃料复合通道的径向截面为环状结构，所述废水燃料复合通道同时开设废水进口和燃料进口，废水进口、燃料进口、粉煤通道的粉煤进口、氧气通道的氧气进口均位于燃烧器的轴向的一端，废水燃料复合通道的出口、粉煤通道的粉煤出口、氧气通道的氧气出口均位于燃烧器的轴向的另一端。能够在粉煤气化工艺中处理废水，具有运行周期长、处理废水量大、处理废水彻底、提高粉煤燃烧效率、制造成本低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种清洁环保型煤气化生产工艺装置，特别涉及一种处理废水的清洁型粉煤气化燃烧器及工艺方法。
背景技术
近年来，随着石油化工、煤化工行业的迅速发展，伴随产生大量的废水，其浓度高、成分复杂、处理难度大，通常采用生化或焚烧的方式进行处理。生化法受困于菌落的生长环境及能力，一般只能处理低浓度废水，且需配套预处理装置，具有处理周期长、处理效果不稳定、配套建设投资大等缺点，难以推广使用。焚烧法则在焚烧炉内，通过高温化学反应破坏废水中有机质的分子结构，将其分解成CO、H2O、CO2等物质。焚烧炉一般采用低硫柴油等清洁燃料提供热源，产生的尾气主要成分为CO2、烟尘、SO2、NOX等，并配套建设脱硫、脱硝等附属装置，投资大、能耗高、运行成本高是制约焚烧法推广应用的主要因素。
新型煤气化技术是煤利用的一个重要方向，目前主流分为水煤浆气化和粉煤气化两种工艺。它们均利用煤在高压纯氧的环境下燃烧，具有煤种适应广、气化效率高、能源利用率高等优势，已逐步取代传统的常压造气工艺。新型煤气化技术的高温、高压、纯氧环境，天然具有高效处理废水的能力，其燃烧温度最高可达1500-1600℃，氧气纯度达99.5％，压力达4.0MPa、6.8MPa，特别适合高碳链、多苯环、杂环有机物的分解、氧化。水煤浆气化工艺因使用水煤浆进料，可利用废水做煤浆制备的水源，相比粉煤气化技术，水煤浆法具有处理废水的天然优势。但水煤浆气化技术的运行周期短、高铬砖造价昂贵、检维修工作量大等缺点限制了其在废水处理的应用。
如何利用粉煤气化工艺处理废水，充分利用粉煤气化技术运行周期长、不间断处理废水的能力，开辟废水处理的新途径，成为业内研究的方向。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种处理废水的清洁型粉煤气化燃烧器，该燃烧器利用特殊的结构设计，能够在粉煤气化工艺中处理废水，具有运行周期长、处理废水量大、处理废水彻底、提高粉煤燃烧效率、制造成本低等优点。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种处理废水的清洁型粉煤气化燃烧器，为筒状结构，由外到内依次包括冷却盘管、保护气夹套、粉煤通道、氧气通道、废水燃料复合通道，所述粉煤通道、氧气通道、废水燃料复合通道的径向截面为环状结构，所述废水燃料复合通道同时开设废水进口和燃料进口，废水进口、燃料进口、粉煤通道的粉煤进口、氧气通道的氧气进口均位于燃烧器的轴向的一端，废水燃料复合通道的出口、粉煤通道的粉煤出口、氧气通道的氧气出口均位于燃烧器的轴向的另一端。
本发明的燃烧器，中心为废水燃料复合通道，在燃烧器点火、升温时通入燃料，在燃烧器正常运行时通入废水；靠外一层为氧气通道，提供点火、升温、正常燃烧时的氧气；最外层为粉煤通道，正常运行时投入粉煤；在粉煤通道之外为保护气夹套，使用不燃烧的惰性气体做冷却介质，保护燃烧器不过热；在保护气夹套之外为冷却盘管，使用冷却介质为保护媒介，保护燃烧器不过热。废水燃料复合通道和粉煤通道分列氧气通道两侧，一方面保证废水燃料和粉煤均能与氧气充分接触，利于氧化反应；另一方面将废水包裹在火焰中心，防止高温气化膨胀时废水液滴甩离火焰范围，导致有害物质燃烧不完全。常规的粉煤气化技术，调整燃烧室温度只能通过增减粉煤量或氧气量，控制手段较少、温度不稳定，导致火焰燃烧不稳定、粉煤气化效率降低、细灰增多。采用本发明的燃烧器，除常规调整手段外，另可通过增减废水量调控燃烧室温度，增加了控制手段，提高了粉煤气化燃烧的稳定性。
本申请的目的之二是提供一种处理废水的清洁型粉煤气化装置，包括上述燃烧器和燃烧室，所述燃烧器安装在燃烧室的顶部，所述燃烧器中废水燃料复合通道出口的物料、粉煤通道出口的物料、氧气通道出口的物料均进入燃烧室内。
由于粉煤气化技术能够净化脱除有机质、硫元素和氮元素从而生成清洁能源，而生成的清洁能源能够用于发电、化工产品生产等，因而本申请的目的之三是提供一种上述燃烧器或装置在发电或化工产品生产中的应用。
本发明的目的之四是提供一种利用上述燃烧器的工艺方法，向废水燃料复合通道通入燃料，同时向氧气通道通入氧气进行打火点燃、燃烧，将燃烧室内炉膛压力提升并稳定至0.8～1.2MPa后，再通过粉煤通道通入粉煤进行欠氧燃烧制备合成气，当燃烧室内炉膛压力提升至3.5～4.1MPa后，向废水燃料复合通道单独通入废水、单独通入燃料，或同时通入废水及燃料。
本发明的有益效果为：
(1)本发明处理废水的清洁型粉煤气化燃烧器，可在粉煤气化工艺中处理废水，解决废水难生物降解、难完全焚烧的问题。
(2)本发明的燃烧器粉煤与废水设置各自独立的通道，使用时既可单独燃烧粉煤，又可在燃烧粉煤的同时燃烧废水。
(3)本发明可通过调整废水加入量来调控燃烧室温度，增加了控制手段，利于燃烧室温度的稳定。
(4)本发明可充分利用废水中的有机质，通过氧化燃烧分解为CO、H2等，并放出热量，变废为宝，节约能源。
(5)本发明具有处理废水量大的优点，水废与粉煤的质量比可达到8:10。
(6)本燃烧器具有处理废水彻底的优点，能充分燃烧废水中的有机质。
(7)本燃烧器具有废水处理适用性广的优点，与水煤浆技术相比，适用于各类废水，对废水的成分、种类、粘度等要求低，实用性强。
(8)本燃烧器具有燃烧后CO含量高、H2含量低的优点，特别适用于下游装置利用CO做原料的工艺流程，H2含量控制25-30％之间，CO含量控制55-60％。
(9)本燃烧器具有适用性强的优点，在原粉煤气化炉的基础上只更换烧嘴即可，改造简单、投资少，对原有的设备系统影响小。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为实施例1燃烧器的具体结构图；
图2为实施例2燃烧器的具体结构图：
其中，1、进口Ⅰ，2、进口Ⅱ，3、氧气通道，4、粉煤通道，5、保护气夹套，6、冷却盘管，7、耐温涂层。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在粉煤气化燃烧器处理废水量小、处理不彻底等的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种处理废水的清洁型粉煤气化燃烧器及工艺方法。
本申请的一种典型实施方式，提供了一种处理废水的清洁型粉煤气化燃烧器，为筒状结构，由外到内依次包括冷却盘管、保护气夹套、粉煤通道、氧气通道、废水燃料复合通道，所述粉煤通道、氧气通道、废水燃料复合通道的径向截面为环状结构，所述废水燃料复合通道同时开设废水进口和燃料进口，废水进口、燃料进口、粉煤通道的粉煤进口、氧气通道的氧气进口均位于燃烧器的轴向的一端，废水燃料复合通道的出口、粉煤通道的粉煤出口、氧气通道的氧气出口均位于燃烧器的轴向的另一端。
本发明的燃烧器，中心为废水燃料复合通道，在燃烧器点火、升温时通入燃料，在燃烧器正常运行时通入废水；其次为氧气通道，提供点火、升温、正常燃烧时的氧气；再次为粉煤通道，正常运行时投入粉煤；在粉煤通道之外为保护气夹套，使用不燃烧的惰性气体做冷却介质，保护燃烧器不过热；在保护气夹套之外为冷却盘管，使用冷却介质为保护媒介，保护燃烧器不过热。废水通道和粉煤通道分列氧气通道两侧，一方面保证废水和粉煤均能与氧气充分接触，利于氧化反应；另一方面将废水包裹在火焰中心，防止高温气化膨胀时废水液滴甩离火焰范围，导致有害物质燃烧不完全。常规的粉煤气化技术，调整燃烧室温度只能通过增减粉煤量或氧气量，控制手段较少，温度不稳定时导致粉煤气化效率降低、细灰增多。采用本发明的燃烧器，另可通过增减废水量调控燃烧室温度，增加了控制手段，提高了粉煤气化燃烧的稳定性。
优选的，废水进口连接废水源，燃料进口连接燃料源。
优选的，所述燃烧器为套装结构，由内而外依次为第一套筒、第二套筒、第三套筒，各套筒之间相互独立，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；第一套筒内的空间作为废水燃料复合通道，第一套筒与第二套筒之间形成的空间为氧气通道，第二套筒与第三套筒之间形成粉煤通道，第一套筒顶部和上部侧壁设有废水进口、燃料进口，第二套筒上部侧壁设有氧气进口，第三套筒上部侧壁设有粉煤进口，第一套筒底部设有废水燃料复合通道的出口，第二套筒底部侧壁设有氧气出口，第三套筒底部侧壁设有粉煤出口；第三套筒外焊接保护气夹套，冷却盘管安装在保护气夹套外侧。
进一步优选的，套筒之间通过法兰密封连接。
优选的，第一套筒顶部进口方向和第一套筒上部侧壁的进口方向垂直。
优选的，冷却盘管外侧及最下层盘管底部均焊接有抓钉。进一步优选的，冷却盘管及抓钉均涂抹耐温材料，保证运行时燃烧器不被高温烧蚀。
优选的，废水燃料复合通道的出口、粉煤通道的粉煤出口、氧气通道的氧气出口均设有分布器。
优选的，所述的粉煤通道、氧气通道、废水燃料复合通道均设置自动化仪表，控制气体、粉煤、废水的流量。
本申请的另一种实施方式，提供了一种处理废水的清洁型粉煤气化装置，包括上述燃烧器和燃烧室，所述燃烧器安装在燃烧室的顶部，所述燃烧器中废水燃料复合通道出口的物料、粉煤通道出口的物料、氧气通道出口的物料均进入燃烧室内。
优选的，所述燃烧室采用水冷壁结构。
优选的，燃烧室下部为水激冷室。
本申请的第三种实施方式，提供了一种上述燃烧器或装置在发电或化工产品生产中的应用。
本申请的第四种实施方式，提供了一种利用上述燃烧器的工艺方法，向废水燃料复合通道通入燃料，同时向氧气通道通入氧气进行打火点燃、燃烧，将燃烧室内炉膛压力提升并稳定至0.8～1.2MPa后，再通过粉煤通道通入粉煤进行欠氧燃烧制备合成气，当燃烧室内炉膛压力提升3.5～4.1MPa后，向废水燃料复合通道单独通入废水、单独通入燃料，或同时通入废水及燃料。
优选的，废水和粉煤的质量比为8:10。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。
实施例1
如图1所示，一种处理废水的清洁型粉煤气化燃烧器，所述燃烧器为套装结构，由内而外依次为第一套筒、第二套筒、第三套筒，各套筒之间相互独立，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；第一套筒内的空间作为废水燃料复合通道，第一套筒与第二套筒之间形成的空间为氧气通道，第二套筒与第三套筒之间形成粉煤通道，第一套筒顶部和上部侧壁设有2个进口，分别为进口Ⅰ1、进口Ⅱ2，两个进口分别为废水进口、燃料进口，第二套筒上部侧壁设有氧气进口3，第三套筒上部侧壁设有粉煤进口4，第一套筒底部设有废水燃料复合通道的出口，第二套筒底部侧壁设有氧气出口，第三套筒底部侧壁设有粉煤出口；第三套筒外焊接保护气夹套5，冷却盘管6安装在保护气夹套外侧。
套筒之间通过法兰密封连接。
第一套筒顶部进口方向和第一套筒上部侧壁的进口方向垂直。
冷却盘管外侧及最下层盘管底部均焊接有抓钉。冷却盘管及抓钉均设有耐温涂层7。
废水燃料复合通道的出口、粉煤通道的粉煤出口、氧气通道的氧气出口均设有分布器。
所述的粉煤通道、氧气通道、废水燃料复合通道均设置自动化仪表，控制气体、粉煤、废水的流量。
原料煤经磨粉、干燥后，由输送管线送到燃烧器的粉煤通道，燃烧器的点火枪单独外设进行点火，废水燃料复合通道通入燃料，氧气通道通入氧气助燃；外设火焰检测装置，观察到火焰后，可增大燃料及氧气量，将炉膛压力提高至0.8～1.2MPa，并稳定一段时间。投入煤粉时，粉煤由燃烧器粉煤通道喷射进入炉膛，氧气由燃烧器氧气通道喷射进入炉膛，两者充分混合，并进行欠氧燃烧产出合成气(CO+H2)，逐渐将炉膛压力提高至3.5～4.1MPa，氧气及粉煤加至正常负荷；启动废水投料，废水由废水燃料复合通道喷射进入炉膛燃烧，根据燃烧情况逐渐减少粉煤投料量，提高废水投料量，并调整氧气量，保持火焰燃烧稳定。
实施例2
相比实施例1，实施例2去掉了进口2，废水燃料通道只设置一个进口，连接进口1的管线上设置废水进口、燃料进口，其余均与实施例1相同。
处理废水的清洁型粉煤气化装置运行后，对装置进行了72h性能考核，废水处理量、合成气有效气成分等各项指标全部达到了预期目标。
根据实际情况实时调整废水处理量，当不处理废水时，合成气有效气体(CO+H2)含量为92％，吨煤产气量(以CO+H2计)1700Nm3；当处理废水时，合成气有效气体(CO+H2)含量为82％，根据废水中有机质的含量不同，吨煤产气量(以CO+H2计)1600-1800Nm3；投煤量750t/d的气化装置全年累计运行8125h，运行周期可达3120h，全年处理废水量11万方。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)
1.一种处理废水的清洁型粉煤气化燃烧器，其特征是，为筒状结构，由外到内依次包括冷却盘管、保护气夹套、粉煤通道、氧气通道、废水燃料复合通道，所述粉煤通道、氧气通道、废水燃料复合通道的径向截面为环状结构，所述废水燃料复合通道开设废水进口和燃料进口，废水进口、燃料进口、粉煤通道的粉煤进口、氧气通道的氧气进口均位于燃烧器的轴向的一端，废水燃料复合通道的出口、粉煤通道的粉煤出口、氧气通道的氧气出口均位于燃烧器的轴向的另一端；
废水进口连接废水源，燃料进口连接燃料源；
废水燃料复合通道的出口、粉煤通道的粉煤出口、氧气通道的氧气出口均设有分布器；
所述燃烧器为套装结构，由内而外依次为第一套筒、第二套筒、第三套筒，各套筒之间相互独立，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；第一套筒内的空间作为废水燃料复合通道，第一套筒与第二套筒之间形成的空间为氧气通道，第二套筒与第三套筒之间形成粉煤通道，第一套筒顶部和上部侧壁设有废水进口、燃料进口，第二套筒上部侧壁设有氧气进口，第三套筒上部侧壁设有粉煤进口，第一套筒底部设有废水燃料复合通道的出口，第二套筒底部侧壁设有氧气出口，第三套筒底部侧壁设有粉煤出口；第三套筒外焊接保护气夹套，冷却盘管安装在保护气夹套外侧。
2.如权利要求1所述的燃烧器，其特征是，套筒之间通过法兰密封连接。
3.如权利要求1所述的燃烧器，其特征是，冷却盘管外侧及最下层盘管底部均焊接有抓钉。
4.一种处理废水的清洁型粉煤气化装置，其特征是，包括权利要求1-3任一所述的燃烧器和燃烧室，所述燃烧器安装在燃烧室的顶部，所述燃烧器中废水燃料复合通道出口的物料、粉煤通道粉煤出口的物料、氧气通道氧气出口的物料均进入燃烧室内。
5.如权利要求4所述的装置，其特征是，所述燃烧室采用水冷壁结构，燃烧室下部为水激冷室。
6.一种权利要求1-3任一所述的燃烧器或权利要求4-5任一所述的装置在发电或化工产品生产中的应用。
7.一种利用权利要求1-3任一所述的燃烧器的工艺方法，其特征是，向废水燃料复合通道通入燃料，同时向氧气通道通入氧气进行打火点燃、燃烧，将燃烧室内炉膛压力提升并稳定至0.8-1.2MPa后，再通过粉煤通道通入粉煤进行欠氧燃烧制备合成气，当燃烧室内炉膛压力提升3.5-4.1MPa后，向废水燃料复合通道单独通入废水、单独通入燃料，或同时通入废水及燃料。
8.如权利要求7所述的工艺方法，其特征是，废水和粉煤的质量比为8:10。
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