CN109838795B - 一种实现高含氮废气、废液氮氧化物减量化排放的焚烧装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种实现高含氮废气、废液氮氧化物减量化排放的焚烧装置和方法，包括：欠氧还原段(10)、急冷还原段(20)、氧化段(30)；用于产生还原性燃烧环境的欠氧还原段(10)的入口作为焚烧装置的入口，通入高含氮废气、废液，用于创造还原性燃烧环境的欠氧还原段(10)的出口连接用于强化还原性燃烧环境的急冷还原段(20)的入口，用于强化还原性燃烧环境的急冷还原段(20)的入口连接用于热氧化焚烧的氧化段(30)的入口；用于热氧化焚烧的氧化段(30)的出口作为焚烧装置的出口，排出烟气。本发明通过合理的燃烧组织，在炉膛中实现“还原”+“急冷”+“氧化”分段式燃烧方法，特别涉及“急冷”段的还原强化作用，可从源头实现氮氧化物，特别是燃料型氮氧化物的减量化排放。
Description
技术领域
本发明涉及一种实现高含氮废气、废液氮氧化物减量化排放的焚烧装置和方法，属于高含氮焚烧装置技术领域。
背景技术
环境保护和节能减排是工业装置的永恒课题。特别是随着新环保标准，如《GB31570-2015石油炼制工业污染物排放标准》、《GB 31571-2015石油化学工业污染物排放标准》、《危险废物焚烧污染物控制标准-征求意见稿》等的颁布和实施，对降低工业氮氧化物排放的要求愈加严格。高含氮废液、废气是由化学工业产生的，例如：存在硝化反应的农化和军工行业、产生高含氮高毒性废液废气的精细化工行业、还有排放高浓度废氨气的石油炼化行业，针对此类高含氮废气、废液的处理，传统的直接氧化法无法从源头减少氮氧化物的生成。
高含氮燃料中的氮元素以化合物的状态存在，在燃烧过程中，氮元素呈自由基被释放出来，并与氧气结合生成氮氧化物，此燃料型氮氧化物的生成较难控制，目前传统的直接氧化法只能通过后系统加装SNCR或SCR等脱硝装置进行处理，投资费用高，系统流程长、运行成本高。
发明内容
本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种实现高含氮废气、废液氮氧化物减量化排放的焚烧装置和方法，本发明通过合理的燃烧组织，在炉膛中实现“还原”+“急冷”+“氧化”分段式燃烧方法，特别涉及“急冷”段的还原强化作用，可从源头实现氮氧化物，特别是燃料型氮氧化物呈数量级的减量化排放，从而缩短传统直接氧化法的工艺流程，去除SNCR或SCR等脱硝后系统，进而减少设备投资和后期运行成本，实现高含氮废气、废液的低成本、短流程、环保无害化处理。
本发明解决的技术方案为：一种实现高含氮废气、废液氮氧化物减量化排放的焚烧装置，包括：欠氧还原段(10)、急冷还原段(20)、氧化段(30)；
用于产生还原性燃烧环境的欠氧还原段(10)的入口作为焚烧装置的入口，通入高含氮废气、废液，用于创造还原性燃烧环境的欠氧还原段(10)的出口连接用于强化还原性燃烧环境的急冷还原段(20)的入口，用于强化还原性燃烧环境的急冷还原段(20)的出口连接用于热氧化焚烧的氧化段(30)的入口；用于热氧化焚烧的氧化段(30)的出口作为焚烧装置的出口，排出烟气。
欠氧还原段(10)上设有燃烧器(100)、水蒸汽入口(150)、第一产物流出口(160)、温度检测仪(170)、调节水蒸汽量的控制机构(151)；
燃烧器(100)上设有一次助燃风入口(110)、调节一次助燃风量的控制机构(111)、高含氮废气流入口(120)、高含氮废液流入口(130)、燃料流入口(140)；
废气入口(120)连接有计量废气量的流量计(121)，废液入口(130)连接有计量废液量的流量计(131)，燃料流入口(140)连接有调节燃料流量的控制机构(141)；
一次助燃风入口(110)连接有调节一次助燃风量的控制机构(111)；水蒸汽入口(150)连接有调节水蒸汽量的控制机构(151)；在欠氧还原段(10)下游布置有第一产物流出口(160)；在欠氧还原段(10)出口布置有温度检测仪(170)；
第一产物流出口(160)设于欠氧还原段(10)的出口。
欠氧还原段(10)的一次助燃风入口(110)进入的助燃风、高含氮废气流入口(120)进入的高含氮废气流、高含氮废液流入口(130)进入的高含氮废液、燃料流入口(140)进入的燃料充分混合燃烧产生高温烟气，温度检测仪(170)检测高温烟气的温度，反馈调节一次助燃风入口(110)的控制机构(111)和水蒸汽入口(150)的控制机构(151)，使欠氧还原段(10)的燃烧指标达到设定的要求，经第一产物流出口(160)排出至急冷还原段(20)。
欠氧还原段(10)下游连接急冷还原段(20)，急冷还原段(20)，包括：急冷液入口(210)和第二产物流出口(220)、调节急冷液流量的控制机构(211)和温度检测仪(230)；
在急冷还原段(20)前端连接有急冷液入口(210)，急冷液入口(210)连接有调节急冷液流量的控制机构(211)；急冷段(20)下游布置有第二产物流出口(220)；所述急冷段(20)末端连接有温度检测仪(230)。
欠氧还原段(10)后输出的烟气进入急冷还原段(20)的入口，急冷液入口(210)输入急冷液，通过调节急冷液流量的控制机构(211)调节流量后，与还原段(20)入口进入的烟气混合，急冷段(20)末端即出口的温度检测仪(230)通过检测的烟气温度数据调节急冷液流量的控制机构(211)，使温度检测仪(230)检测的温度达到设定的燃烧指标，从第二产物流出口(220)排出。
在急冷段(20)下游连接有氧化段(30)，氧化段(30)上设有氧化段的二次助燃风入口(310)、调节二次助燃风量的控制机构(311)、第三产物流出口(350)、氧分析仪(360)、温度检测仪(370)；二次助燃风入口(310)连接有调节二次助燃风量的控制机构(311)；所述氧化段(30)的末端处布置有氧分析仪(360)和温度检测仪(370)；
急冷段(20)的出口排出的烟气进入氧化段(30)的入口，氧化段(30)通过调节二次助燃风的控制机构(311)调节通入的二次助燃风量，氧分析仪(360)分析烟气中的氧浓度，温度检测仪(370)检测烟气的温度，根据氧分析仪(360)测得的氧浓度调节二次助燃风量的控制机构(311)，根据温度检测仪(370)检测的烟气温度，调节急冷液流量的控制机构(211)，使氧化段达到燃烧指标，从第三产物流出口(350)排出。
在所述氧化段(30)的入口处可选的布置再燃燃烧器(300)，再燃燃烧器(300)上连接有三次助燃风的入口(320)、第二燃料流入口(330)和/或不含氮废物流入口(340)，所述三次助燃风入口(320)连接有调节三次助燃风流量的调节机构(321)；所述第二燃料流入口(330)连接有调节第二燃料流流量的调节机构(331)；所述不含氮废物流入口(340)连接有调节不含氮废物流流量的调节机构(341)；氧化段(30)下游布置有第三产物流出口(350)；所述氧化段(30)的末端处布置有温度检测仪(370)和氧分析仪(360)，氧分析仪(360)分析烟气中的氧浓度，温度检测仪(370)检测烟气的温度，根据氧分析仪(360)测得的氧浓度优先调节二次助燃风量的控制机构(311)，次选调节三次助燃风风量的控制机构(321)；根据温度检测仪(370)检测的烟气温度，调节急冷液流量的控制机构(211)和第二燃料流流量的调节机构(331)，使氧化段达到燃烧指标，烟气从第三产物流出口(350)排出。
温度检测仪(170)采用S型铠装铂铑热电偶或高温红外测温。
调节水蒸汽量的控制机构(151)采用气动薄膜调节阀。
调节急冷液流量的控制机构(211)采用气动薄膜调节阀。
温度检测仪(230)采用K型铠装热电偶。
调节二次助燃风量的控制机构(311)采用KOSO低负载蝶阀。
氧分析仪(360)采用氧化锆氧含量分析仪。
温度检测仪(370)采用K型铠装热电偶。
高含氮废气、废液是指氮元素质量分数大于等于2％的废液或废气。
一种实现高含氮废气、废液氮氧化物减量化排放的焚烧方法，步骤如下：
(1)欠氧还原段(10)的一次助燃风入口(110)进入的助燃风、高含氮废气流入口(120)进入的高含氮废气流、高含氮废液流入口(130)进入的高含氮废液、燃料流入口(140)进入的燃料充分混合燃烧产生高温烟气；
(2)温度检测仪(170)检测高温烟气的温度，反馈调节一次助燃风入口(110)的控制机构(111)和水蒸汽入口(150)的控制机构(151)，使欠氧还原段(10)的燃烧指标达到设定的欠氧还原段燃烧指标，经第一产物流出口(160)排出至急冷还原段(20)；
(3)欠氧还原段(10)后输出的烟气进入急冷还原段(20)的入口，急冷液入口(210)输入急冷液，通过调节急冷液流量的控制机构(211)调节流量后，与还原段(20)入口进入的烟气混合；
(4)急冷段(20)末端即出口的温度检测仪(230)检测的温度数据调节急冷液流量的控制机构(211)，使温度检测仪(230)检测的温度达到设定的急冷段燃烧指标，从第二产物流出口(220)排出；
(5)急冷段(20)的出口排出的烟气进入氧化段(30)的入口，氧化段(30)通过调节二次助燃风的控制机构(311)调节通入的二次助燃风量；
(6)氧分析仪(360)分析烟气中的氧浓度，温度检测仪(370)检测烟气的温度，根据氧分析仪(360)测得的氧浓度调节二次助燃风量的控制机构(311)，根据温度检测仪(370)检测的烟气温度，调节急冷液流量的控制机构(211)，使燃烧指标达到氧化段燃烧指标，从第三产物流出口(350)排出。
欠氧还原段燃烧指标，包括过量空气系数、烟气温度和烟气在氧还原段(10)的停留时间；优选为：过量空气系数控制在0.65在0.95之间,温度检测仪(170)检测到的烟气温度在1100～1400℃之间，烟气在氧还原段(10)的停留时间在0.5s～1.0s之间；
急冷段燃烧指标，包括：烟气温度和停留时间；优选的烟气温度达到800～1000℃，烟气在急冷还原段(20)的停留时间在0.5s之内；
氧化段燃烧指标包括：烟气氧含量、烟气温度和烟气停留时间，优选为烟气氧含量2.5％～4％、烟气温度在900-1100℃之间、且烟气停留时间在0.5s～1.5s之间。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明通过合理的燃烧组织，在炉膛中实现“还原”+“急冷”+“氧化”分段式燃烧方法，特别涉及“急冷”段的还原强化作用，可从源头实现氮氧化物，特别是燃料型氮氧化物的减量化排放。
(2)本发明采用炉膛整体分段燃烧和急冷强化还原工艺，提供一整套焚烧装置和控制方法，能够显著实现高含氮废气、废液燃烧过程中氮氧化物的减量化排放。
(3)本发明焚烧装置的欠氧还原段(10)、急冷还原段(20)、氧化段(30)是各自独立的炉体，各炉体之间串联连接，焚烧装置的欠氧还原段(10)、急冷还原段(20)、氧化段(30)是一体的，即在一个焚烧炉内分为不同的段。
(4)本发明中热值较高的不含氮废物流可以充当助燃热源和高含氮废物流一同在欠氧还原段完成焚烧处理。
(5)本发明焚烧装置和方法，在满足现有国家环保标准的前提下，缩减了传统的工艺流程、减少了设备投资，并进一步降低了后期的运行成本，实现了高含氮废气、废液的低成本、短流程、环保无害化处理。
附图说明
图1为本发明实现高含氮废气、废液氮氧化物减量化排放的焚烧装置示意图；
图2为本发明实现高含氮废气、废液氮氧化物减量化排放焚烧的控制逻辑示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。
本发明一种实现高含氮废气、废液氮氧化物减量化排放的焚烧装置和方法，包括：欠氧还原段(10)、急冷还原段(20)、氧化段(30)；用于产生还原性燃烧环境的欠氧还原段(10)的入口作为焚烧装置的入口，通入高含氮废气、废液，用于创造还原性燃烧环境的欠氧还原段(10)的出口连接用于强化还原性燃烧环境的急冷还原段(20)的入口，用于强化还原性燃烧环境的急冷还原段(20)的入口连接用于热氧化焚烧的氧化段(30)的入口；用于热氧化焚烧的氧化段(30)的出口作为焚烧装置的出口，排出烟气。本发明通过合理的燃烧组织，在炉膛中实现“还原”+“急冷”+“氧化”分段式燃烧方法，特别涉及“急冷”段的还原强化作用，可从源头实现氮氧化物，特别是燃料型氮氧化物的减量化排放。
本发明实现含氮废气、废液的氮氧化物减量化排放的焚烧装置和方法，主要针对石油化工、煤化工、农药化工、军事化学等存在硝化反应或利用氮元素进行工艺生产等工业生产中产生的含氮废气、废液的后处理。本发明通过合理的燃烧组织，在焚烧炉膛中实现“还原”+“急冷”+“氧化”分段式燃烧方法，特别涉及“急冷”段的还原强化作用，可从源头实现氮氧化物，特别是燃料型氮氧化物的减量化排放，从而缩短传统焚烧的工艺流程，去除SNCR或SCR等脱硝后系统，进而减少设备投资和后期运行成本，实现高含氮废气、废液的低成本、短流程、环保无害化处理。本发明是现有技术中处理含氮废气、废液的不二之选。
如图1所示，本发明一种实现高含氮废气、废液氮氧化物减量化排放的焚烧装置，包括：欠氧还原段(10)、急冷还原段(20)、氧化段(30)；
用于产生还原性燃烧环境的欠氧还原段(10)的入口作为焚烧装置的入口，通入高含氮废气、废液，用于创造还原性燃烧环境的欠氧还原段(10)的出口连接用于强化还原性燃烧环境的急冷还原段(20)的入口，用于强化还原性燃烧环境的急冷还原段(20)的出口连接用于热氧化焚烧的氧化段(30)的入口；用于热氧化焚烧的氧化段(30)的出口作为焚烧装置的出口，排出烟气。
如图2所示，欠氧还原段(10)包括上设有燃烧器(100)、水蒸汽入口(150)、第一产物流出口(160)、温度检测仪(170)、调节水蒸汽量的控制机构(151)；
燃烧器(100)上设有一次助燃风入口(110)、调节一次助燃风量的控制机构(111)、高含氮废气流入口(120)、高含氮废液流入口(130)、燃料流入口(140)；
废气入口(120)连接有计量废气量的流量计(121)，废液入口(130)连接有计量废液量的流量计(131)，燃料流入口(140)连接有调节燃料流量的控制机构(141)；
一次助燃风入口(110)连接有调节一次助燃风量的控制机构(111)；水蒸汽入口(150)连接有调节水蒸汽量的控制机构(151)；在欠氧还原段(10)下游布置有第一产物流出口(160)；在欠氧还原段(10)出口布置有温度检测仪(170)
第一产物流出口(160)设于欠氧还原段(10)的出口
欠氧还原段(10)的一次助燃风入口(110)进入的助燃风、高含氮废气流入口(120)进入的高含氮废气流、高含氮废液流入口(130)进入的高含氮废液、燃料流入口(140)进入的燃料充分混合燃烧产生高温烟气，温度检测仪(170)检测高温烟气的温度，反馈调节一次助燃风入口(110)的控制机构(111)和水蒸汽入口(150)的控制机构(151)，(优选的反馈调节一次助燃风入口(110)的控制机构(111)和水蒸汽入口(150)的控制机构(151)为：当温度检测仪(170)检测到的烟气温度高于1400℃且小于1450℃时，输出命令给控制机构(111)关小一次助燃风入口(110)，通过减少一次助燃风量，进而调小过量空气系数来降低烟气温度，直至回归设定温度范围；当温度检测仪(170)检测到的烟气温度高于1450℃时，输出命令给控制机构(151)打开水蒸气入口(150)，通过喷入水蒸气来降低烟气温度，避免耐火衬里超温烧损；当温度检测仪(170)检测到的烟气温度小于1000℃时，输出命令给控制机构(111)调大一次助燃风入口(110)，通过增大一次助燃风量，进而调高过量空气系数来提高烟气温度，直至回归设定温度范围。)，使欠氧还原段(10)的燃烧指标达到设定的要求，经第一产物流出口(160)排出至急冷还原段(20)(欠氧还原段(10)的燃烧指标，包括过量空气系数、烟气温度和烟气在氧还原段(10)的停留时间；达到设定的要求优选为：过量空气系数控制在0.65在0.95之间,温度检测仪(170)检测到的烟气温度在1100～1400℃之间，烟气在欠氧还原段(10)的停留时间在0.5s～1.0s之间)。
欠氧还原段(10)下游连接急冷还原段(20)，急冷还原段(20)，包括：急冷液入口(210)和第二产物流出口(220)、调节急冷液流量的控制机构(211)和温度检测仪(230)；
在急冷还原段(20)前端连接有急冷液入口(210)，急冷液入口(210)连接有调节急冷液流量的控制机构(211)；急冷段(20)下游布置有第二产物流出口(220)；所述急冷段(20)末端连接有温度检测仪(230)。
欠氧还原段(10)后输出的烟气进入急冷还原段(20)的入口，急冷液入口(210)输入急冷液，通过调节急冷液流量的控制机构(211)调节流量后，与还原段(20)入口进入的烟气混合，急冷段(20)末端即出口的温度检测仪(230)通过检测的烟气温度数据调节急冷液流量的控制机构(211)，(急冷段(20)末端即出口的温度检测仪(230)通过检测的烟气温度数据调节急冷液流量的控制机构(211)的具体优选方案为：当温度检测仪(230)检测到的烟气温度高于1000℃时，通过调节控制机构(211)增大急冷液流量，直至烟气温度回收设定范围；当温度检测仪(230)检测到的烟气温度小于800℃时，通过调节控制机构(211)减小急冷液流量，直至烟气温度回收设定范围)使温度检测仪(230)检测的烟气温度达到设定的急冷还原段(20)的燃烧指标要求，停留时间达到设定的急冷还原段(20)的燃烧指标要求，从而急冷还原段(20)的燃烧指标达到设定的要求，烟气从第二产物流出口(220)排出。(急冷还原段(20)的燃烧指标，包括：烟气温度和停留时间；急冷还原段(20)的燃烧指标要求优选为：烟气温度达到800～1000℃，烟气在急冷还原段(20)的停留时间在0.5s之内)
在急冷段(20)下游连接有氧化段(30)，氧化段(30)上设有氧化段的二次助燃风入口(310)、调节二次助燃风量的控制机构(311)、第三产物流出口(350)、氧分析仪(360)、温度检测仪(370)；二次助燃风入口(310)连接有调节二次助燃风量的控制机构(311)；所述氧化段(30)的末端处布置有氧分析仪(360)和温度检测仪(370)；
急冷段(20)的出口排出的烟气进入氧化段(30)的入口，氧化段(30)通过调节二次助燃风的控制机构(311)调节通入的二次助燃风量，氧分析仪(360)分析烟气中的氧浓度，温度检测仪(370)检测烟气的温度，根据氧分析仪(360)测得的氧浓度调节二次助燃风量的控制机构(311)，根据温度检测仪(370)检测的烟气温度，调节急冷液流量的控制机构(211)，使氧化段达到燃烧指标，从第三产物流出口(350)排出。(燃烧指标包括：烟气氧含量、烟气温度和烟气停留时间，优选为烟气氧含量2.5％～4％、烟气温度在900～1100℃之间、且烟气停留时间在0.5s～1.5s之间。)
在所述氧化段(30)的入口处可选的布置再燃燃烧器(300)，再燃燃烧器(300)上连接有三次助燃风的入口(320)、第二燃料流入口(330)和\或不含氮废物流入口(340)，所述三次助燃风入口(320)连接有调节三次助燃风流量的调节机构(321)；所述第二燃料流入口(330)连接有调节第二燃料流流量的调节机构(331)；所述不含氮废物流入口(340)连接有调节不含氮废物流流量的调节机构(341)；氧化段(30)下游布置有第三产物流出口(350)；所述氧化段(30)的末端处布置有温度检测仪(370)和氧分析仪(360)，氧分析仪(360)分析烟气中的氧浓度，温度检测仪(370)检测烟气的温度，根据氧分析仪(360)测得的氧浓度优先调节二次助燃风量的控制机构(311)，次选调节三次助燃风风量的控制机构(321)；根据温度检测仪(370)检测的烟气温度，调节急冷液流量的控制机构(211)和第二燃料流流量的调节机构(331)，使氧化段(30)达到燃烧指标的要求，烟气从第三产物流出口(350)排出。(氧化段(30)的燃烧指标包括：烟气氧含量、烟气温度和烟气停留时间，氧化段(30)的燃烧指标的要求优选为：烟气氧含量2.5％～4％、烟气温度在900～1100℃之间、且烟气停留时间在0.5s～1.5s之间。)
温度检测仪(170)采用S型铠装铂铑热电偶或高温红外测温。调节水蒸汽量的控制机构(151)采用气动薄膜调节阀。调节急冷液流量的控制机构(211)采用气动薄膜调节阀。温度检测仪(230)采用K型铠装热电偶。
调节二次助燃风量的控制机构(311)采用KOSO低负载蝶阀。氧分析仪(360)采用氧化锆氧含量分析仪。温度检测仪(370)采用K型铠装热电偶。高含氮废气、废液是指氮元素质量分数大于等于2％的废液或废气：
本装置实现焚烧效率完善的进一步方案：高含氮废液热值大于2000Kcal/kg，雾化粒径小于100μm，高含氮废气热值大于1000Kcal/Nm3，满足该优选约束条件，可以实现焚烧效率的进一步提升。
本装置实现焚烧过程中氮氧化物减量化排放的进一步方案：当焚烧烟气中水蒸气体积分数大于30％时，可进一步强化烟气中的还原性氛围，进而降低氮元素生成氮氧化物的转化率，实现高含氮废气、废液在焚烧过程中氮氧化物的减量化排放。
进一步实现焚烧装置自动化高效运行满足以下优选条件：
一次助燃风调节公式：
VAIR1＝α1*(n1×V高含氮废气﹢﹢9.58×V助燃燃气﹢n2×Q高含氮废液)
α1：欠氧还原段过量空气系数
n1：高含氮废气理论空气量，Nm3/Nm3
n2：高含氮废液理论空气量，Nm3/kg
如图2所示，本发明一种实现高含氮废气、废液氮氧化物减量化排放的焚烧方法，步骤如下：
(1)欠氧还原段(10)的一次助燃风入口(110)进入的助燃风、高含氮废气流入口(120)进入的高含氮废气流、高含氮废液流入口(130)进入的高含氮废液、燃料流入口(140)进入的燃料充分混合燃烧产生高温烟气；
(2)温度检测仪(170)检测高温烟气的温度，反馈调节一次助燃风入口(110)的控制机构(111)和水蒸汽入口(150)的控制机构(151)，(温度检测仪(170)检测高温烟气的温度，反馈调节一次助燃风入口(110)的控制机构(111)和水蒸汽入口(150)的控制机构(151)的优选方案为：当温度检测仪(170)检测到的烟气温度高于1400℃且小于1450℃时，输出命令给控制机构(111)关小一次助燃风入口(110)，通过减少一次助燃风量，进而调小过量空气系数来降低烟气温度，直至回归设定温度范围；当温度检测仪(170)检测到的烟气温度高于1450℃时，输出命令给控制机构(151)打开水蒸气入口(150)，通过喷入水蒸气来降低烟气温度，避免耐火衬里超温烧损；当温度检测仪(170)检测到的烟气温度小于1000℃时，输出命令给控制机构(111)调大一次助燃风入口(110)，通过增大一次助燃风量，进而调高过量空气系数来提高烟气温度，直至回归设定温度范围；)，使欠氧还原段(10)的燃烧指标达到设定的欠氧还原段燃烧指标，经第一产物流出口(160)排出至急冷还原段(20)；
(3)欠氧还原段(10)后输出的烟气进入急冷还原段(20)的入口，急冷液入口(210)输入急冷液，通过调节急冷液流量的控制机构(211)调节流量后，与还原段(20)入口进入的烟气混合；
(4)急冷段(20)末端即出口的温度检测仪(230)检测的温度数据调节急冷液流量的控制机构(211)，(急冷段(20)末端即出口的温度检测仪(230)检测的温度数据调节急冷液流量的控制机构(211)的优选方案为：当温度检测仪(230)检测到的烟气温度高于1000℃时，通过调节控制机构(211)增大急冷液流量，直至烟气温度回收设定范围；当温度检测仪(230)检测到的烟气温度小于800℃时，通过调节控制机构(211)减小急冷液流量，直至烟气温度回收设定范围)，使温度检测仪(230)检测的温度达到设定的急冷段燃烧指标的要求，烟气停留时间达到急冷段燃烧指标的要求，烟气从第二产物流出口(220)排出。
(5)急冷段(20)的出口排出的烟气进入氧化段(30)的入口，氧化段(30)通过调节二次助燃风的控制机构(311)调节通入的二次助燃风量。
(6)氧分析仪(360)分析烟气中的氧浓度，温度检测仪(370)检测烟气的温度，根据氧分析仪(360)测得的氧浓度调节二次助燃风量的控制机构(311)，根据温度检测仪(370)检测的烟气温度，调节急冷液流量的控制机构(211)，使燃烧指标达到氧化段燃烧指标，从第三产物流出口(350)排出。
上述方法中具体的优选方案如下：
欠氧还原段燃烧指标，包括过量空气系数、烟气温度和烟气在氧还原段(10)的停留时间；优选为：过量空气系数控制在0.65在0.95之间,温度检测仪(170)检测到的烟气温度在1100～1400℃之间，烟气在氧还原段(10)的停留时间在0.5s～1.0s之间；
急冷段燃烧指标，包括：烟气温度和停留时间；优选的烟气温度达到800～1000℃，烟气在急冷还原段(20)的停留时间在0.5s之内；
氧化段燃烧指标包括：烟气氧含量、烟气温度和烟气停留时间，优选为烟气氧含量2.5％～4％、烟气温度在900-1100℃之间、且烟气停留时间在0.5s～1.5s之间。
欠氧还原段(10)包括上设有燃烧器(100)、水蒸汽入口(150)、第一产物流出口(160)、温度检测仪(170)、调节水蒸汽量的控制机构(151)；
燃烧器(100)上设有一次助燃风入口(110)、调节一次助燃风量的控制机构(111)、高含氮废气流入口(120)、高含氮废液流入口(130)、燃料流入口(140)；
废气入口(120)连接有计量废气量的流量计(121)，废液入口(130)连接有计量废液量的流量计(131)，燃料流入口(140)连接有调节燃料流量的控制机构(141)；
一次助燃风入口(110)连接有调节一次助燃风量的控制机构(111)；水蒸汽入口(150)连接有调节水蒸汽量的控制机构(151)；在欠氧还原段(10)下游布置有第一产物流出口(160)；在欠氧还原段(10)出口布置有温度检测仪(170)
第一产物流出口(160)设于欠氧还原段(10)的出口
欠氧还原段(10)的一次助燃风入口(110)进入的助燃风、高含氮废气流入口(120)进入的高含氮废气流、高含氮废液流入口(130)进入的高含氮废液、燃料流入口(140)进入的燃料充分混合燃烧产生高温烟气，温度检测仪(170)检测高温烟气的温度，反馈调节一次助燃风入口(110)的控制机构(111)和水蒸汽入口(150)的控制机构(151)，(优选的反馈调节一次助燃风入口(110)的控制机构(111)和水蒸汽入口(150)的控制机构(151)为：当温度检测仪(170)检测到的烟气温度高于1400℃且小于1450℃时，输出命令给控制机构(111)关小一次助燃风入口(110)，通过减少一次助燃风量，进而调小过量空气系数来降低烟气温度，直至回归设定温度范围；当温度检测仪(170)检测到的烟气温度高于1450℃时，输出命令给控制机构(151)打开水蒸气入口(150)，通过喷入水蒸气来降低烟气温度，避免耐火衬里超温烧损；当温度检测仪(170)检测到的烟气温度小于1000℃时，输出命令给控制机构(111)调大一次助燃风入口(110)，通过增大一次助燃风量，进而调高过量空气系数来提高烟气温度，直至回归设定温度范围。)，使欠氧还原段(10)的燃烧指标达到设定的要求，经第一产物流出口(160)排出至急冷还原段(20)(欠氧还原段(10)的燃烧指标，包括过量空气系数、烟气温度和烟气在氧还原段(10)的停留时间；达到设定的要求优选为：过量空气系数控制在0.65在0.95之间,温度检测仪(170)检测到的烟气温度在1100～1400℃之间，烟气在欠氧还原段(10)的停留时间在0.5s～1.0s之间)。
欠氧还原段(10)下游连接急冷还原段(20)，急冷还原段(20)，包括：急冷液入口(210)和第二产物流出口(220)、调节急冷液流量的控制机构(211)和温度检测仪(230)；
在急冷还原段(20)前端连接有急冷液入口(210)，急冷液入口(210)连接有调节急冷液流量的控制机构(211)；急冷段(20)下游布置有第二产物流出口(220)；所述急冷段(20)末端连接有温度检测仪(230)。
欠氧还原段(10)后输出的烟气进入急冷还原段(20)的入口，急冷液入口(210)输入急冷液，通过调节急冷液流量的控制机构(211)调节流量后，与还原段(20)入口进入的烟气混合，急冷段(20)末端即出口的温度检测仪(230)通过检测的烟气温度数据调节急冷液流量的控制机构(211)，(急冷段(20)末端即出口的温度检测仪(230)通过检测的烟气温度数据调节急冷液流量的控制机构(211)的具体优选方案为：当温度检测仪(230)检测到的烟气温度高于1000℃时，通过调节控制机构(211)增大急冷液流量，直至烟气温度回收设定范围；当温度检测仪(230)检测到的烟气温度小于800℃时，通过调节控制机构(211)减小急冷液流量，直至烟气温度回收设定范围)使温度检测仪(230)检测的烟气温度达到设定的急冷还原段(20)的燃烧指标要求，停留时间达到设定的急冷还原段(20)的燃烧指标要求，从而急冷还原段(20)的燃烧指标达到设定的要求，烟气从第二产物流出口(220)排出。(急冷还原段(20)的燃烧指标，包括：烟气温度和停留时间；急冷还原段(20)的燃烧指标要求优选为：烟气温度达到800～1000℃，烟气在急冷还原段(20)的停留时间在0.5s之内)
在急冷段(20)下游连接有氧化段(30)，氧化段(30)上设有氧化段的二次助燃风入口(310)、调节二次助燃风量的控制机构(311)、第三产物流出口(350)、氧分析仪(360)、温度检测仪(370)；二次助燃风入口(310)连接有调节二次助燃风量的控制机构(311)；所述氧化段(30)的末端处布置有氧分析仪(360)和温度检测仪(370)；
急冷段(20)的出口排出的烟气进入氧化段(30)的入口，氧化段(30)通过调节二次助燃风的控制机构(311)调节通入的二次助燃风量，氧分析仪(360)分析烟气中的氧浓度，温度检测仪(370)检测烟气的温度，根据氧分析仪(360)测得的氧浓度调节二次助燃风量的控制机构(311)，根据温度检测仪(370)检测的烟气温度，调节急冷液流量的控制机构(211)，使氧化段达到燃烧指标，从第三产物流出口(350)排出。(燃烧指标包括：烟气氧含量、烟气温度和烟气停留时间，优选为烟气氧含量2.5％～4％、烟气温度在900～1100℃之间、且烟气停留时间在0.5s～1.5s之间。)
在所述氧化段(30)的入口处可选的布置再燃燃烧器(300)，再燃燃烧器(300)上连接有三次助燃风的入口(320)、第二燃料流入口(330)和\或不含氮废物流入口(340)，所述三次助燃风入口(320)连接有调节三次助燃风流量的调节机构(321)；所述第二燃料流入口(330)连接有调节第二燃料流流量的调节机构(331)；所述不含氮废物流入口(340)连接有调节不含氮废物流流量的调节机构(341)；氧化段(30)下游布置有第三产物流出口(350)；所述氧化段(30)的末端处布置有温度检测仪(370)和氧分析仪(360)，氧分析仪(360)分析烟气中的氧浓度，温度检测仪(370)检测烟气的温度，根据氧分析仪(360)测得的氧浓度优先调节二次助燃风量的控制机构(311)，次选调节三次助燃风风量的控制机构(321)；根据温度检测仪(370)检测的烟气温度，调节急冷液流量的控制机构(211)和第二燃料流流量的调节机构(331)，使氧化段(30)达到燃烧指标的要求，烟气从第三产物流出口(350)排出。(氧化段(30)的燃烧指标包括：烟气氧含量、烟气温度和烟气停留时间，氧化段(30)的燃烧指标的要求优选为：烟气氧含量2.5％～4％、烟气温度在900～1100℃之间、且烟气停留时间在0.5s～1.5s之间。)
温度检测仪(170)优选采用S型铠装铂铑热电偶或高温红外测温，调节水蒸汽量的控制机构(151)优选采用气动薄膜调节阀。调节急冷液流量的控制机构(211)采用气动薄膜调节阀，温度检测仪(230)优选采用K型铠装热电偶，调节二次助燃风量的控制机构(311)优选采用KOSO低负载蝶阀，氧分析仪(360)优选采用氧化锆氧含量分析仪，温度检测仪(370)优选采用K型铠装热电偶，高含氮废气、废液优选是指氮元素质量分数大于等于2％的废液或废气，以提高焚烧方法的效率和焚烧效果。
本方法实现焚烧效率完善的进一步方案：高含氮废液热值大于2000Kcal/kg，雾化粒径小于100μm，高含氮废气热值大于1000Kcal/Nm3，满足该优选约束条件，可以实现焚烧效率的进一步提升。
本方法实现焚烧过程中氮氧化物减量化排放的进一步方案：当焚烧烟气中水蒸气体积分数大于30％时，可进一步强化烟气中的还原性氛围，进而降低氮元素生成氮氧化物的转化率，实现高含氮废气、废液在焚烧过程中氮氧化物的减量化排放。
本方法进一步实现焚烧自动化高效运行满足以下优选条件：
一次助燃风调节公式：
VAIR1＝α1*(n1×V高含氮废气﹢﹢9.58×V助燃燃气﹢n2×Q高含氮废液)
α1：欠氧还原段过量空气系数
n1：高含氮废气理论空气量，Nm3/Nm3
n2：高含氮废液理论空气量，Nm3/kg
一种实现高含氮废气、废液氮氧化物减量化排放的焚烧方法，优选的具体步骤如下：
1)第一步：欠氧焚烧，包括：
a)使高含氮的废气、废液等废物流和燃料流在一定条件下与一次助燃风进行燃烧反应，生成第一产物流，所述一次助燃风中的氧相对于所述废物流和燃料流中的可燃组分为亚化学当量；在欠氧条件下，由于没有足够的氧与所述的废气、废液等废物流中的氮元素结合，氮元素倾向于与氢、碳等反应，转化成NHi(i＝1,2,3)、HCN等还原性中间体，这些还原性中间体与部分已产生的氮氧化物继续反应生成氮气，最终使大部分氮元素转化成N2，从源头减少NOx的生成；
b)欠氧还原段总的过量空气系数控制在0.65-0.95之间，依据燃烧工况不同可调；
c)根据废物流和燃料流的热值或还原段欠氧条件的不同，焚烧温度控制在1100℃-1500℃之间；
d)第一产物流在欠氧还原段的停留时间控制在0.5s-1.0s之间，越难焚烧的高含氮废物流，停留时间越长；
e)在欠氧条件一定的情况下，可选的喷入水或水蒸气用来调节炉膛温度，避免超过耐火衬里的极限温度。
2)第二步：急冷还原，包括：
a)采用液态水、水蒸气或高含水废液对第一产物流进行急冷降温，从而产生第二产物流。且确保急冷后的烟气温度足够高，以满足在充足氧气条件下能够再次引燃。
b)急冷段喷入的大量水、水蒸气或高含水废液与高温第一产物流相遇，发生水煤气反应，生成大量自由态H，极大地强化了第二产物流中的还原性气氛，致使废物流中的N元素无法完成氧化反应而更多地生成N2，严重地压缩了NOx的生成比例；
c)急冷段出口第二产物流温度在800℃-1000℃之间。
3)第三步：氧化焚烧。包括：
a)所述的第二产物流在一定条件下与大于化学当量量的二次助燃风反应，使可燃组分燃尽，产生第三产物流；
b)优先调节二次助燃风风量，次选调节三次助燃风风量，维持第三产物流中含氧量在2.5％-4％之间；
c)氧化段出口烟气温度控制在900℃-1100℃之间；
d)第三产物流在氧化段的停留时间在0.5s-1.5s之间；
上述方法中，进一步优选在氧化段设置再燃燃烧器，起到稳定引燃的作用，或通过再燃燃烧器投入不高含氮废气、废液进行焚烧处理；
| 传统直燃法 | 本发明——分段式燃烧方法 | 减排比例 | |
| NOX浓度mg/Nm3 | NOX浓度mg/Nm3 | ％ | |
| 山东-农业化工项目 | 928 | 126 | 86.40％ |
| 江苏-精细化工项目 | 1627 | 197 | 87.90％ |
| 湖北-军事化工项目 | 1215 | 92 | 92.40％ |
本发明说阐述的装置和方法已经通过分布于多个不同行业的实际项目运行验证，运行结果显示本发明所著“还原”+“急冷”+“氧化”分段式燃烧方法相对于传统直燃法，在高含氮废气、废液焚烧处理氮氧化物减量化排放方面减排效果非常明显，拥有显著的技术优势。
Claims (8)
1.一种实现高含氮废气、废液氮氧化物减量化排放的焚烧装置，其特征在于：由欠氧还原段(10)、急冷还原段(20)、氧化段(30)组成；
用于产生还原性燃烧环境的欠氧还原段(10)的入口作为焚烧装置的入口，通入高含氮废气、废液，用于创造还原性燃烧环境的欠氧还原段(10)的出口连接用于强化还原性燃烧环境的急冷还原段(20)的入口，用于强化还原性燃烧环境的急冷还原段(20)的出口连接用于热氧化焚烧的氧化段(30)的入口；用于热氧化焚烧的氧化段(30)的出口作为焚烧装置的出口，排出烟气；
欠氧还原段(10)上设有燃烧器(100)、水蒸汽入口(150)、第一产物流出口(160)、温度检测仪(170)、调节水蒸汽量的控制机构(151)；
燃烧器(100)上设有一次助燃风入口(110)、调节一次助燃风量的控制机构(111)、高含氮废气流入口(120)、高含氮废液流入口(130)、燃料流入口(140)；
高含氮废气流入口(120)连接有计量废气量的流量计(121)，高含氮废液流入口(130)连接有计量废液量的流量计(131)，燃料流入口(140)连接有调节燃料流量的控制机构(141)；
一次助燃风入口(110)连接有调节一次助燃风量的控制机构(111)；水蒸汽入口(150)连接有调节水蒸汽量的控制机构(151)；在欠氧还原段(10)下游布置有第一产物流出口(160)；在欠氧还原段(10)出口布置有温度检测仪(170)；
第一产物流出口(160)设于欠氧还原段(10)的出口；
一次助燃风调节公式：
VAIR1＝α1*(n1×V高含氮废气﹢﹢9.58×V助燃燃气﹢n2×Q高含氮废液)
α1：欠氧还原段过量空气系数
n1：高含氮废气理论空气量，Nm3/Nm3
n2：高含氮废液理论空气量，Nm3/kg；
欠氧还原段(10)下游连接急冷还原段(20)，急冷还原段(20)，包括：急冷液入口(210)和第二产物流出口(220)、调节急冷液流量的控制机构(211)和温度检测仪(230)；
在急冷还原段(20)前端连接有急冷液入口(210)，急冷液入口(210)连接有调节急冷液流量的控制机构(211)；急冷还原段(20)下游布置有第二产物流出口(220)；所述急冷还原段(20)末端连接有温度检测仪(230)。
2.根据权利要求1所述的一种实现高含氮废气、废液氮氧化物减量化排放的焚烧装置，其特征在于：欠氧还原段(10)的一次助燃风入口(110)进入的助燃风、高含氮废气流入口(120)进入的高含氮废气流、高含氮废液流入口(130)进入的高含氮废液、燃料流入口(140)进入的燃料充分混合燃烧产生高温烟气，温度检测仪(170)检测高温烟气的温度，反馈调节一次助燃风入口(110)的控制机构(111)和水蒸汽入口(150)的控制机构(151)，使欠氧还原段(10)的燃烧指标达到设定的要求，经第一产物流出口(160)排出至急冷还原段(20)。
3.根据权利要求1所述的一种实现高含氮废气、废液氮氧化物减量化排放的焚烧装置，其特征在于：欠氧还原段(10)后输出的烟气进入急冷还原段(20)的入口，急冷液入口(210)输入急冷液，通过调节急冷液流量的控制机构(211)调节流量后，与急冷还原段(20)入口进入的烟气混合，急冷还原段(20)末端即出口的温度检测仪(230)通过检测的烟气温度数据调节急冷液流量的控制机构(211)，使温度检测仪(230)检测的温度达到设定的燃烧指标，从第二产物流出口(220)排出。
4.根据权利要求1所述的一种实现高含氮废气、废液氮氧化物减量化排放的焚烧装置，其特征在于：在急冷还原段(20)下游连接有氧化段(30)，氧化段(30)上设有氧化段的二次助燃风入口(310)、调节二次助燃风量的控制机构(311)、第三产物流出口(350)、氧分析仪(360)、温度检测仪(370)；二次助燃风入口(310)连接有调节二次助燃风量的控制机构(311)；所述氧化段(30)的末端处布置有氧分析仪(360)和温度检测仪(370)；
急冷还原段(20)的出口排出的烟气进入氧化段(30)的入口，氧化段(30)通过调节二次助燃风的控制机构(311)调节通入的二次助燃风量，氧分析仪(360)分析烟气中的氧浓度，温度检测仪(370)检测烟气的温度，根据氧分析仪(360)测得的氧浓度调节二次助燃风量的控制机构(311)，根据温度检测仪(370)检测的烟气温度，调节急冷液流量的控制机构(211)，使氧化段达到燃烧指标，从第三产物流出口(350)排出。
5.根据权利要求1所述的一种实现高含氮废气、废液氮氧化物减量化排放的焚烧装置，其特征在于：在所述氧化段(30)的入口处布置再燃燃烧器(300)，再燃燃烧器(300)上连接有三次助燃风的入口(320)、第二燃料流入口(330)和/或不含氮废物流入口(340)，所述三次助燃风入口(320)连接有调节三次助燃风流量的调节机构(321)；所述第二燃料流入口(330)连接有调节第二燃料流流量的调节机构(331)；所述不含氮废物流入口(340)连接有调节不含氮废物流流量的调节机构(341)；氧化段(30)下游布置有第三产物流出口(350)；所述氧化段(30)的末端处布置有温度检测仪(370)和氧分析仪(360)，氧分析仪(360)分析烟气中的氧浓度，温度检测仪(370)检测烟气的温度，根据氧分析仪(360)测得的氧浓度优先调节二次助燃风量的控制机构(311)，次选调节三次助燃风风量的控制机构(321)；根据温度检测仪(370)检测的烟气温度，调节急冷液流量的控制机构(211)和第二燃料流流量的调节机构(331)，使氧化段达到燃烧指标，烟气从第三产物流出口(350)排出。
6.根据权利要求1所述的一种实现高含氮废气、废液氮氧化物减量化排放的焚烧装置，其特征在于：温度检测仪(170)采用S型铠装铂铑热电偶或高温红外测温。
7.一种基于权利要求1所述焚烧装置的实现高含氮废气、废液氮氧化物减量化排放的焚烧方法，其特征在于步骤如下：
(1)欠氧还原段(10)的一次助燃风入口(110)进入的助燃风、高含氮废气流入口(120)进入的高含氮废气流、高含氮废液流入口(130)进入的高含氮废液、燃料流入口(140)进入的燃料充分混合燃烧产生高温烟气；
(2)温度检测仪(170)检测高温烟气的温度，反馈调节一次助燃风入口(110)的控制机构(111)和水蒸汽入口(150)的控制机构(151)，使欠氧还原段(10)的燃烧指标达到设定的欠氧还原段燃烧指标，经第一产物流出口(160)排出至急冷还原段(20)；
(3)欠氧还原段(10)后输出的烟气进入急冷还原段(20)的入口，急冷液入口(210)输入急冷液，通过调节急冷液流量的控制机构(211)调节流量后，与急冷还原段(20)入口进入的烟气混合；
(4)急冷还原段(20)末端即出口的温度检测仪(230)检测的温度数据调节急冷液流量的控制机构(211)，使温度检测仪(230)检测的温度达到设定的急冷段燃烧指标，从第二产物流出口(220)排出；
(5)急冷还原段(20)的出口排出的烟气进入氧化段(30)的入口，氧化段(30)通过调节二次助燃风的控制机构(311)调节通入的二次助燃风量；
(6)氧分析仪(360)分析烟气中的氧浓度，温度检测仪(370)检测烟气的温度，根据氧分析仪(360)测得的氧浓度调节二次助燃风量的控制机构(311)，根据温度检测仪(370)检测的烟气温度，调节急冷液流量的控制机构(211)，使燃烧指标达到氧化段燃烧指标，从第三产物流出口(350)排出。
8.根据权利要求7所述的一种实现高含氮废气、废液氮氧化物减量化排放的焚烧方法，其特征在于：调节水蒸汽量的控制机构(151)采用气动薄膜调节阀。
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