CN109028977A - 制碳窑炉尾气处理装置及尾气处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制碳窑炉尾气处理装置及尾气处理方法，所述装置包括制碳窑炉、输气管道、燃烧喷嘴、燃烧炉、排气管道、可燃气体浓度仪、氧含量分析仪、燃烧控制器、引风机、鼓风机；其中，输气管道一端连接制碳窑炉，另一端连接燃烧喷嘴；所述燃烧喷嘴设置在燃烧炉内；可燃气体浓度仪设置在输气管道内；氧含量分析仪设置在排气管道内；可燃气体浓度仪、氧含量分析仪分别与燃烧控制器电连接；鼓风机通过管道与燃烧喷嘴连接。利用本发明所提供的制碳窑炉尾气处理装置，将在制碳过程中的尾气进行回收再利用，减少了环境污染、节省了燃料，同时通过设置分析仪以及燃烧控制器，对燃烧过程进行精细化控制，使得尾气燃烧效率更高，能耗更低。

Description

制碳窑炉尾气处理装置及尾气处理方法

技术领域

本发明属于尾气处理领域，尤其涉及制碳窑炉尾气处理装置及尾气处理方法。

背景技术

根据预测，到2050年人类所使用能源中将有50％是来自生物质能源。尤其 是竹木加工过程产生的屑再利用越来越普及，其中生物质碳年产量约为3000 万吨，碳与煤热值相近，也就其制成的碳制品燃烧所能释放的能量约合标准 煤约3000万吨。而且在按正常五比一的屑碳转化率，其碳化过程所排出的可 燃气体热值约1.5倍所产的碳，其能量折算标准煤约4500万吨。将生物质能源 碳化及其过程的能源再利用，是对生物质能应用的一个重要的方法。

但是目前制碳生产工艺重“终端环保”轻“过程污染”，一些制碳企业在制碳时，高热值尾气直接排放至大气，浪费热能，污染大气，损坏设备，增加企业的生产成本。经研究分析发现生物质碳化过程所排出的烟气含有大量高热值的一氧化碳与碳氢化合物，通过大量实验得出大约每生产一公斤碳的过程会排出含8000～12000千焦热量的尾气。如果将生物质碳化过程中的尾气所蕴含的能量进行回收利用，那么，每生产一公斤碳将可以至少减少能源损耗12000千焦耳，约等于0.3度电的能耗，折合减少二氧化碳排量0.3～ 0.5KG。按将来每年生产1亿吨碳来计算，将制碳尾气回收利用，可以减少二氧化碳排放3000到5000万吨。而且原来是将碳化后尾气简单处理甚至未经处理的野蛮排放，现转为集中燃烧后经处理的标准化排放，由此可见，对制碳尾气进行回收利用，具有巨大的社会经济效益以及环境效益。

鉴于此，倘若能对对传统制碳窑炉进行改进，将其生产过程中的尾气进行回收处理，将大大较少空气污染，同时也能节约资源，具有巨大的社会经济效益以及环境效益，当然也降低了企业的用能成本，提高了生产效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的缺陷，提供一种制碳窑炉尾气处理装置，所述装置包括：制碳窑炉、输气管道、燃烧喷嘴、燃烧炉、排气管道、可燃气体浓度仪、氧含量分析仪、燃烧控制器、引风机、鼓风机；其中，

所述输气管道一端连接所述制碳窑炉，另一端连接所述燃烧喷嘴；

所述所述燃烧喷嘴设置在所述燃烧炉内；

所述可燃气体浓度仪设置在所述输气管道内；

所述氧含量分析仪设置在排气管道内；

所述可燃气体浓度仪、氧含量分析仪分别与所述燃烧控制器电连接；

所述引风机及鼓风机通过管道与所述燃烧喷嘴连接。

进一步地，所述燃烧控制器根据所述输气管的可燃气体浓度仪测量信号与排气管氧含量分析仪反馈信号闭环调节所述鼓风机的鼓风量，所述可燃气体浓度仪、氧含量分析仪分别与所述燃烧控制器电连接。

进一步地，所述燃烧喷嘴包括尾气通道、空气通道第一、第二组气孔，所述的燃气通道包括燃气进气口以及燃气出气口；所述第一组空气通道气孔设置在燃气通道外周，数量为多个，自空气进气口方向向出气口方向内径逐渐减小，且沿圆周切向顺时针向上倾向15°，所述第二组空气通道气口设置在燃气通道上靠近进气口的一端四周。

进一步地，所述鼓风机包括变频器，所述鼓风机通过管道与所述燃烧喷嘴的空气通道连接，所述鼓风机与所述燃烧控制器电连接。

进一步地，所述可燃气体浓度仪包括浓度仪主机，气室以及气体传感器，所述浓度仪主机包括通信端口与模拟量输出端口，所述浓度仪主机通过导线与气体传感器连接，所述气体传感器设置在气室里，所述气室前端设置有过滤网，所述气室外表面设置有外螺纹。

进一步地，所述输气管道还包括蝶阀，所述蝶阀设置在所述制碳窑炉的出气口，所述蝶阀根据不同的碳产量与不同生产周期排气需求调整开合度。

进一步地，所述装置还包括引风机，所述引风机设置在所述输气管道上。

本发明还提供一种制碳窑炉尾气处理方法，所述方法包括：

收集制碳窑炉中的尾气的步骤；

将收集到的尾气传输到燃烧炉中燃烧，将尾气转变为热能的步骤；

在尾气燃烧过程中检测尾气的浓度以及尾气燃烧后的含氧量的步骤；

根据检测到的尾气的浓度以及尾气燃烧后的含氧量调整空气进气量的步骤。

利用本发明所提供的制碳窑炉尾气处理装置及尾气处理方法，将在制碳过程中的尾气进行回收再利用，避免了环境污染，同时利用尾气进行燃烧产生的热能，节省了燃料，降低了企业的生产成本，提高了生产效益，同时，本发明通过设置分析仪以及燃烧控制器，对尾气回收燃烧进行实时动态控制，当尾气燃烧不高效时，调节空气进气量，使得尾气燃烧效率更高，从而进一步地降低了环境污染，提高了能源的利用率，降低能耗。

附图说明

图1为本发明制碳窑炉尾气处理装置的结构示意图；

图2为本发明制碳窑炉尾气处理装置的燃烧喷管的剖视图；

图3为本发明制碳窑炉尾气处理装置的燃烧喷管的左视图；

图4为本发明制碳窑炉尾气处理装置的鼓风机的结构示意图；

图5为本发明制碳窑炉尾气处理装置的燃烧控制器的结构示意图；

图6为本发明制碳窑炉尾气处理装置的燃烧控制器的内部原理图；

图7为本发明制碳窑炉尾气处理装置的可燃气体浓度仪的结构示意图；

图8为本发明制碳窑炉尾气处理方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明进行详细说明。

参见图1-7，为本发明一种制碳窑炉尾气处理装置的一种实施例，在本实施例中，所述装置包括：制碳窑炉10、输气管道20、燃烧喷嘴40、燃烧炉 30、排气管道70、可燃气体浓度仪80、氧含量分析仪71、燃烧控制器100。制碳窑炉10顶部为圆弧结构，圆弧结构的顶端开有尾气收集口，尾气收集口与输气管道20密闭连接，输气管道20为中空管状结构，其材料可以为不锈钢，输气管道20另一端连接燃烧喷嘴40，燃烧喷嘴40设置在燃烧炉30内。燃烧喷嘴40可水平设置，其数量可以为一个，也可以为多个。输气管道20 内设置有可燃气体浓度仪80，可燃气体浓度仪80检测输气管道20中的尾气可燃气体浓度。可燃气体浓度仪80可测高温尾气所含的所有可燃气体浓度。燃烧炉30上端设置有排气管道70，排气管道内设置有氧气含量传感器71，氧气含量传感器71检测燃烧炉排气管道70内的氧气含量值。通过检测尾气燃烧后排气管道70内的氧气含量值，可以判断排气管道30内的尾气燃烧是否高效。参考图4，制碳窑炉尾气再利用处理装置还包括鼓风机110，鼓风机 110内包括变频器111，鼓风机110通过导线与燃烧控制器100连接。燃烧控制器100通过导线与可燃气体浓度仪80、氧含量分析仪71连接。

参考图6，燃烧控制器100包括控制单元、第一测量输入单元、第二反馈输入单元、报警单元、馈电输出单元，所述控制单元分别与所述第一输入单元、第二反馈输入单元、报警单元、馈电输出单元电连接。所述控制单元采用创新的闭环PID智能调节算法对所述第一测量输入单元、第二反馈输入单元的输入信号进行计算处理，控制单元包括控制芯片，所述控制芯片存储有预先编写好的控制软件，控制软件包括创新的闭环PID智能调节算法。所述馈电输出单元可连接外部电磁阀、或者调节阀、或者变频器，对所述外部电磁阀、或者调节阀、或者变频器的工作状态进行调整。

燃烧控制器100接收可燃气体浓度仪80采集的尾气可燃气体浓度信号，以及燃烧后的燃烧炉排气管道70内的氧含量分析仪71反馈的氧气含量信号，根据这两组信号经过创新的闭环智能PID运算后输出对应值控制变频器111，通过变频器111控制鼓风机110的输入功率，从而控制鼓风机110的鼓风量，实现对加入空气量的最佳配比。本实施例中的双输入智能燃烧控制器，控制精度高，无超调，具有模糊自整定功能。在本实施例中，该双输入智能燃烧控制器同时收集尾气燃烧前的尾气可燃气体浓度值(可燃气体浓度随碳产量与碳化周期变化)以及尾气燃烧后的烟气氧量的浓度信号(判断燃烧是否高效)，采用创新的闭环PID算法进行处理，并输出控制阀门或变频器，通过调整尾气流量，以及燃烧炉中的空气进气量，实现燃烧的精确的闭环管理，使得尾气燃烧更加高效，进一步达到节能减排的效果。

在本实施例中，参考图7，可燃气体浓度仪包括浓度仪主机3，气室4以及气体传感器，所述浓度仪主机3包括通信端接口1，所述通信端接口1可连接RS485总线，所述浓度仪主机3通过导线与气室4连接，所述气体传感器设置在气室4里，所述气室4前端设置有过滤网5，所述气室外表面设置有外螺纹7。

在本实施例中，参考图2、图3，所述燃烧喷嘴包括燃气通道、空气通道两组气孔(图2的41、44、45)，所述的燃气通道包括燃气进气口46以及燃气出气口43；所述空气通道第一组气孔41排布在燃气通道外周，所述空气第一组通道41的数量为多个，所述第一组气孔41设置在燃气通道外周，所述第一组气孔41自空气进气口方向向出气口方向内径逐渐减小，所述第一组气孔41沿圆周切向顺时针向上倾向15°，所述第二组气口(图2的44、45) 设置在燃气通道上靠近进气口46的一端四周。在本实施例中，所述第一组气孔41自空气进气口方向向出气口方向内径逐渐减小，使得空气进入尾气通道中时更具冲力，有利于空气与尾气的混合，所述第一组气孔沿圆周切向顺时针向上倾向15°，使得火焰形成漩涡充分燃烧，提高了燃烧效率，所述第二组气孔(图2的44、45)设置在尾气通道上靠近进气口46的一端四周。尾气从尾气进气口进入，流向尾气出气口，空气从第二组气孔(图2的44、45) 进入尾气通道与尾气进行混合，使得在尾气燃烧前先均匀的混合部分空气，进一步提高了燃烧效率。

空气通道与鼓风机110通过管道112相连，鼓风机110受变频器111控制鼓风量，变频器111受燃烧控制器100的输出指令控制，改变鼓风机110的输入频率从而根据尾气可燃气体浓度值以及氧气浓度值实时地调整鼓风机110 的转速，调整空气管道的进气量，使得尾气的燃烧更加高效，进一步地提高了燃烧效率，最大限度地回收利用了能量与降低有毒废气排放。

在本实施例中，参考图1，输气管道20还包括蝶阀21，蝶阀21设置在制碳窑炉10的出气口，蝶阀根据不同的碳产量与不同生产周期排气需求调整开合度，蝶阀21可控制尾气的流动速率，可根据需要对尾气流速进行调整。蝶阀21可以通过无线网络与燃烧控制器100连接，通过燃烧控制器100控制蝶阀21的开关角度，从而控制尾气流动速率。制碳窑炉尾气再利用处理装置装置还包括引风机60，引风机60设置在所述输气管道20上。引风机60可加快尾气在输气管道20中的流动速率，提高尾气处理效率。燃烧炉30燃烧产生热能，从而既解决了制碳过程中产生的尾气的大气污染问题，也提高了能源利用率，降低了生产成本，提升了企业的生产效益。

本发明还提供一种制碳窑炉尾气处理方法的实施例，参考图8，所述方法包括：

S100,收集制碳窑炉中的尾气的步骤；

S200,将收集到的尾气传输到燃烧炉中燃烧，将尾气转变为热能的步骤；

S300,在尾气燃烧过程中检测尾气的浓度以及尾气燃烧后的空气含氧量的步骤；

S400,根据检测到的尾气的浓度以及尾气燃烧后的含氧量调整空气进气量的步骤。

制碳窑炉中的尾气中含有高热值的可燃气体，如一氧化碳、碳氢化合物等，通过本发明的装置以及方法，对这些高热值的可燃气体进行了利用，同时将大量的有害气体转为符合环保排放的CO₂、H₂O及NOx，达到了节约资源减少污染的效果。

本发明制碳窑炉尾气再利用处理装置工作时，制碳窑炉10碳化产生尾气，尾气经过输气管道20，进入燃烧炉30内，在燃烧炉30内的燃烧喷嘴40中点火燃烧。如此，既可以处理掉制碳过程中产生的有毒危险尾气，降低了环境污染，同时又可以利用尾气燃烧产生的热量，为节碳窑炉提高能量，降低了能量损耗，提高了生产效率，降低了生产成本。同时，设置可燃气体浓度仪、氧含量分析仪分别采集尾气燃烧前可燃气体浓度以及尾气燃烧后的氧气含量值，通过燃烧控制器控制变频器，变频器控制鼓风机的鼓风量，从而实现对空气进气量进行精细控制，使得尾气燃烧更加高效，进一步降低了尾气中的有毒尾气对环境的污染，以及进一步提升了燃烧效率。经研究分析发现碳化过程所排出的烟气含有大量高热值的一氧化碳与碳氢化合物，通过大量实验得出大约每生产一公斤碳的过程会排出8000～12000千焦热量的尾气。对制碳过程中的尾气进行回收处理再利用，折合减少二氧化碳排量 0.3～0.5KG。而且原来是将碳化后尾气简单处理甚至未经处理的野蛮排放，现转为燃烧炉燃烧后经处理的标准化排放,具有巨大的社会经济效益以及环境效益。

本发明提供了制碳窑炉尾气处理装置及尾气处理方法，回收制碳窑炉中产生的尾气，在燃烧炉中进行燃烧，降低了环境污染，同时收集燃烧中产生的高温热气，用于提供能源，节省了能量消耗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种制碳窑炉尾气处理装置，其特征在于，所述装置包括：制碳窑炉、输气管道、引风机、燃烧喷嘴、燃烧炉、排气管道、可燃气体浓度仪、氧含量分析仪、燃烧控制器、鼓风机；其中，

所述输气管道一端连接所述制碳窑炉，另一端连接所述燃烧喷嘴；

所述所述燃烧喷嘴设置在所述燃烧炉内；

所述可燃气体浓度仪设置在所述输气管道内；

所述氧含量分析仪设置在排气管道内；

所述可燃气体浓度仪、氧含量分析仪分别与所述燃烧控制器电连接；

所述引风机及鼓风机通过管道与所述燃烧喷嘴连接。

2.根据权利要求1所述的制碳窑炉尾气处理装置，其特征在于，所述燃烧控制器根据所述输气管的可燃气体浓度仪测量信号与排气管氧含量分析仪反馈信号闭环调节所述鼓风机的空气风量，所述可燃气体浓度仪、氧含量分析仪分别与所述燃烧控制器电连接。

3.根据权利要求1所述的制碳窑炉尾气处理装置，其特征在于，所述燃烧喷嘴包括燃气通道、空气通道第一、第二组合气孔，所述的燃气通道包括燃气进气口以及燃气出气口；所述第一组空气通道气孔设置在燃气通道外周，数量为多个，且自空气进气口方向向出气口方向内径逐渐减小，沿圆周切向顺时针向上倾向15°，所述第二组空气通道气口设置在燃气通道上靠近进气口的一端四周。

4.根据权利要求3所述的制碳窑炉尾气处理装置，其特征在于，所述鼓风机包括变频器，所述鼓风机通过管道与所述燃烧喷嘴的空气通道连接，所述鼓风机与所述燃烧控制器电连接。

5.根据权利要求1所述的制碳窑炉尾气处理装置，其特征在于，所述可燃气体浓度仪包括浓度仪主机，气室以及气体传感器，所述浓度仪主机包括通信端接口与模拟量输出端口，所述浓度仪主机通过导线与气体传感器连接，所述气体传感器设置在气室里，所述气室前端设置有过滤网，所述气室外表面设置有外螺纹。

6.根据权利要求1至5任一所述的制碳窑炉尾气处理装置，其特征在于，所述输气管道还包括蝶阀，所述蝶阀设置在所述制碳窑炉的出气口。

7.根据权利要求1至5任一所述的制碳窑炉尾气处理装置，其特征在于，所述装置还包括引风机，所述引风机设置在所述输气管道上。

8.一种制碳窑炉尾气处理方法，其特征在于，所述方法包括：

收集制碳窑炉中的尾气的步骤；

将收集到的尾气传输到燃烧炉中燃烧，将尾气转变为热能的步骤；

在尾气燃烧过程中检测尾气的浓度以及尾气燃烧后的空气含氧量的步骤；

根据检测到的尾气的浓度以及尾气燃烧后的含氧量调整空气进气量的步骤。