CN111237781A - 一种高cod污水处理氧化式微火焰燃烧装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高COD污水处理氧化式微火焰燃烧装置及方法，包括：中空壳体，为盘状；助燃气体通道，截面为圆形，设置于中空壳体的中部，与中空壳体的轴平行；若干个燃气喷嘴，设置于中空壳体上，与中空壳体内部连通，环绕助燃气体通道设置，且所有燃气喷嘴的开口位于同一截面上；稳焰助燃气体通道，截面为不完整圆形，设置于中空壳体的周向；污水雾化通道，套设于助燃气体通道内部，且与助燃气体通道共轴设置。对燃气喷嘴和助燃气体通道孔径和气体流速进行优化，对污水雾化通道的开口位置进行了良好的设计改造，实现了低氮燃烧与污水有机物氧化的耦合，污水处理后COD≤50mg/L，NOx排放浓度≤30mg/Nm3，无二噁英产生，烃类物质排放浓度≤10mg/Nm3，CO排放浓度≤50mg/L。

Description

一种高COD污水处理氧化式微火焰燃烧装置及方法
技术领域
本发明涉及低氮燃烧、大气污染物治理、高COD污水治理技术领域，尤其涉及一种高COD污水处理氧化式微火焰燃烧装置及方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
目前，随着社会经济的发展，国家对污水排放的标准逐渐提高，2015年，颁布的《水污染防治行动计划》(水十条)对化工、农业等领域的污水排放标准进行了重新明确，各省依据“水十条”都制定了较高的排放标准，排放污水的COD应不高于100mg/L，部分地区的标准甚至不高于50mg/L。
针对高COD污水，常用方法包括生化法、电催化氧化以及臭氧氧化等。但是常规工艺对水中的有机物降解不完全，往往需要联合使用。此外，还面临处理时间较长、污水缓冲池面积巨大等缺点。以燃烧方式治理高COD污水的工艺路线已经较为成熟，以常规燃气燃烧将烟气升高到600-800℃，采用喷雾方式将污水喷入炉膛，通过调节进风量来控制炉膛氧气含量，达到消解水中COD的目的，炉膛后采用余热回收装置，将烟气余热和蒸汽余热回收，同时回收氧化后的洁净水，达到污水回用的目的。但是，采用先燃烧后喷雾的方式，喷雾工艺与燃烧工艺的耦合配备交叉，并且炉膛中气流容易产生波动，容易对炉膛产生腐蚀。此外，污水中COD浓度变化时，燃烧器的反应滞后，引起氧化工艺短时失效问题。
再一方面，目前运行的燃烧式含COD污水处理工艺，燃烧器通常为非低氮燃烧器，因为低氮燃烧器运行要求较为苛刻，喷雾会严重影响燃烧器运行稳定性。而且，燃烧过程中，由于氧气浓度与有机物消解的不匹配，导致后续烟气中含有二噁英等成分，烟气还需要后续脱硝、脱毒处理。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种高COD污水处理氧化式微火焰燃烧装置及方法。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
一种高COD污水处理氧化式微火焰燃烧装置，包括：
中空壳体，为盘状；
助燃气体通道，截面为圆形，设置于中空壳体的中部，与中空壳体的轴平行；
若干个燃气喷嘴，设置于中空壳体上，与中空壳体内部连通，环绕助燃气体通道设置，且所有燃气喷嘴的开口位于同一截面上；
稳焰助燃气体通道，截面为不完整圆形，设置于中空壳体的周向；
污水雾化通道，套设于助燃气体通道内部，且与助燃气体通道共轴设置。
天然气通过燃气喷嘴以及空气或回收烟气通过助燃气体通道，污水通过污水雾化通道，共同喷入燃烧室。燃气与助燃气体在燃烧面前方达成预混燃烧(燃气喷嘴均匀的分布在空气通道周围，在高速射流过程中，会较大程度的扰动空气，使空气产生沿通道的经向运动，实现燃气与空气的预混)，并且在高速火焰的卷吸作用下形成火焰内部再循环，两个作用耦合促进燃烧器的低氮燃烧。燃烧过程温度均匀截面出现在雾化喷嘴前20mm-30mm处，此后温度继续维持在800-1000℃，快速将雾化后的污水蒸发，此时烟气温度降到600-800℃，污水中的有机质在氧气和高温作用下分解，降低污水中COD(二噁英的产生一方面由于燃烧过程中存在较长时间的还原氛围，另一方面还原氛围的温度段正好处于有利于二噁英生成的温度段，本燃烧器通过分散火焰、均匀空气供应口、调整燃烧温度，最大限度的避免二噁英产生条件)，后续烟气采用余热回收器将余热和蒸汽进行回收。
助燃气体通道的截面为完整圆形，用于通入助燃气体，助燃，并完成燃气低氮燃烧，其低氮燃烧过程包括根部燃气与助燃气体的预混、烟气内部再循环等。稳焰助燃气体通道，其截面为不完整的圆形，其主要作用为调节燃烧流场、稳定火焰、补充污水燃烧过程中好氧量。
在一些实施例中，还包括火焰定向壳体，为柱形壳体，环绕中空壳体的边缘设置，且向火焰喷射方向延伸。
火焰定向壳体使得燃烧火焰朝一个方向喷射，提高污水处理效率的同时，避免产生安全隐患。
在一些实施例中，助燃气体通道的内径与污水雾化通道的外径比为20-50：4-15。
进一步的，助燃气体通道的内径为20-50mm，优选为20-30mm。
更进一步的，污水雾化通道的外径为4-15mm，内径为2-7mm。
再进一步的，所述污水雾化通道的端部设置有雾化喷头，雾化喷头设置伞状扩径喷口。伞状扩径喷口可以将污水水柱导流分散为柱状水膜，柱状水膜在助燃气体、火焰等流场的冲击下充分雾化，以提高污水与火焰的接触面积。
进一步的，雾化喷头的雾化半径为15-40mm。
在一些实施例中，污水雾化通道的雾化开口设置于燃气喷嘴的下游，两者之间的距离为30-500mm。以保证先实现燃气与助燃气体之间的混合燃烧，再与污水混合燃烧时，可以提高污水的燃烧效率、促进低氮燃烧，且降低烟气中的二噁英浓度。
进一步的，所述燃气喷嘴为渐缩结构，渐缩高度为2-4mm，最大内径为2-4mm，最小内径为1-2mm。
此处的渐缩结构为逐渐缩小的结构，如燃气喷嘴的内壁为圆台面或类圆台面，使得沿着燃气流动的方向，燃气喷嘴的直径逐渐缩小，对燃气逐渐加速，以提高与助燃气体的混合程度。
在一些实施例中，环绕同一助燃气体通道的燃气喷嘴的数量为5-8个。燃气通道环绕助燃气体通道设置，可以有效提高燃气与助燃气体混合的速率。
进一步的，中空壳体与燃气喷嘴的连接处设置有单向阀。单向阀的设置使得燃气只能流向燃气喷嘴，而无法反向流动。
进一步的，中空壳体与燃气供应管道连接，连接处设置有单向阀门。以防止燃气回流，产生爆炸等安全隐患。
一种高COD污水处理氧化式微火焰燃烧方法，包括如下步骤：
燃气经燃气喷嘴喷出，与助燃气体通道喷出的助燃气体在燃烧器前方达成预混燃烧，燃烧温度为800-1000℃，将雾化后的污水快速蒸发后，烟气温度降至600-800℃，污水中的有机质在氧气和高温作用下分解，实现了污染的燃烧处理。
在一些实施例中，助燃气体的流速为10-25m/s，燃气流速为20-40m/s。
进一步的，助燃气体的流速为10-15m/s。
本发明的有益效果是：
本发明对燃气喷嘴和助燃气体通道孔径和气体流速进行优化，对污水雾化通道的开口位置进行了良好的设计改造，实现了低氮燃烧与污水有机物氧化的耦合，污水处理后COD≤50mg/L，NOx排放浓度≤30mg/Nm3，无二噁英产生，烃类物质排放浓度≤10mg/Nm3，CO排放浓度≤50mg/L。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例的高COD污水燃烧氧化式微火焰燃烧装置的喷嘴、通道排列图；
图2为本发明实施例的高COD污水燃烧氧化式微火焰燃烧装置的立体结构图；
图3为本发明实施例的高COD污水燃烧氧化式微火焰燃烧装置的内部布置结构图；
图4为本发明实施案例的单污水喷嘴的高COD污水燃烧氧化式微火焰燃烧装置的立体结构图；
图5为本发明实施案例的单污水喷嘴的高COD污水燃烧氧化式微火焰燃烧装置的内部布置结构图。
图中：1、燃气喷嘴；2、污水雾化通道；3、稳焰助燃气体通道；4、火焰定向壳体；5、中空壳体；6、雾化喷头；7、助燃气体通道。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明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发明的示例性实施方式。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。
在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。
本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。
如图1、图2和图3所示，一种高COD污水处理氧化式微火焰燃烧装置，包括：
中空壳体5，为盘状；
助燃气体通道7，截面为圆形，设置于中空壳体5的中部，与中空壳体5的轴平行；
若干个燃气喷嘴1，设置于中空壳体5上，与中空壳体5内部连通，环绕助燃气体通道设置，且所有燃气喷嘴的开口位于同一截面上；
稳焰助燃气体通道3，截面为不完整圆形，设置于中空壳体的周向；
污水雾化通道，套设于助燃气体通道内部，且与助燃气体通道共轴设置；
火焰定向壳体4，为柱形壳体，环绕中空壳体的边缘设置，且向火焰喷射方向延伸。
火焰定向壳体使得燃烧火焰朝一个方向喷射，提高污水处理效率的同时，避免产生安全隐患。
助燃气体通道7的内径与污水雾化通道的外径比为20-50：4-15。助燃气体通道的内径为20-50mm，优选为20-30mm。污水雾化通道的外径为4-15mm，内径为2-7mm。
污水雾化通道的端部设置有雾化喷头6，雾化喷头6设置伞状扩径喷口。伞状扩径喷口可以将污水水柱导流分散为柱状水膜，柱状水膜在助燃气体、火焰等流场的冲击下充分雾化，以提高污水与火焰的接触面积。雾化喷头6的雾化半径为15-40mm。污水雾化通道的雾化开口设置于燃气喷嘴1的下游，两者之间的距离为30-500mm。以保证先实现燃气与助燃气体之间的混合燃烧，再与污水混合燃烧时，可以提高污水的燃烧效率、促进低氮燃烧，且降低烟气中的二噁英浓度。
所述燃气喷嘴1为渐缩结构，渐缩高度为2-4mm，最大内径为2-4mm，最小内径为1-2mm。此处的渐缩结构为逐渐缩小的结构，如燃气喷嘴1的内壁为圆台面或类圆台面，使得沿着燃气流动的方向，燃气喷嘴1的直径逐渐缩小，对燃气逐渐加速，以提高与助燃气体的混合程度。
如图4和图5所示，环绕同一助燃气体通道的燃气喷嘴1的数量为5-8个，如可以为5个、6个、7个或8个。燃气通道环绕助燃气体通道设置，可以有效提高燃气与助燃气体混合的速率。中空壳体与燃气喷嘴的连接处设置有单向阀。单向阀的设置使得燃气只能流向燃气喷嘴，而无法反向流动。中空壳体与燃气供应管道连接，连接处设置有单向阀门。
具体的，所述燃气喷嘴为316L不锈钢材质，喷嘴最细孔径2mm，喷嘴最大孔径4mm，渐缩部分高度2mm，喷嘴整体高度6mm，燃气喷发流速20-25m/s，所用燃料商业天然气，燃气喷嘴在同一截面上。
所述助燃气体通道为316L不锈钢材质，通道孔径20mm，所用气体为空气，流速10-15m/s。
所述污水雾化通道为316L不锈钢材质，内部孔径2mm，壁厚2mm，污水压流0.6Mpa，单通道污水流量1.5L/min，喷头雾化最大直径40mm，污水雾化喷头开口在同一平面上，开口截面与燃气喷嘴截面距离为50mm。
下面以商业天然气作为燃料，污水COD为10000mg/L，具体描述本发明的工作过程：
天然气通过燃气喷嘴以及空气或回收烟气通过助燃气体通道，污水通过污水雾化通道，共同喷入燃烧室。燃气与助燃气体在燃烧器前方达成预混燃烧，并且在高速火焰的卷吸作用下形成火焰内部再循环，两个作用耦合促进燃烧器的低氮燃烧。燃烧过程温度均匀截面出现在雾化喷嘴前20mm-30mm处，此后温度继续维持在800-1000℃，快速将雾化后的污水蒸发，此时烟气温度降到600-800℃，污水中的有机质在氧气和高温作用下分解，降低污水中COD，后续烟气采用余热回收器将余热和蒸汽进行回收。本实施例污水治理后COD浓度降到30mg/L，烟气中NOx含量≤20mg/Nm3，污水回用率≥98％。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高COD污水处理氧化式微火焰燃烧装置，其特征在于：包括：
中空壳体，为盘状；
助燃气体通道，截面为圆形，设置于中空壳体的中部，与中空壳体的轴平行；
若干个燃气喷嘴，设置于中空壳体上，与中空壳体内部连通，环绕助燃气体通道设置，且所有燃气喷嘴的开口位于同一截面上；
稳焰助燃气体通道，截面为不完整圆形，设置于中空壳体的周向；
污水雾化通道，套设于助燃气体通道内部，且与助燃气体通道共轴设置。
2.根据权利要求1所述的高COD污水处理氧化式微火焰燃烧装置，其特征在于：还包括火焰定向壳体，为柱形壳体，环绕中空壳体的边缘设置，且向火焰喷射方向延伸。
3.根据权利要求1所述的高COD污水处理氧化式微火焰燃烧装置，其特征在于：助燃气体通道的内径与污水雾化通道的外径比为20-50：4-15；
进一步的，助燃气体通道的内径为20-50mm，优选为20-30mm；
更进一步的，污水雾化通道的外径为4-15mm，内径为2-7mm；
再进一步的，所述污水雾化通道的端部设置有雾化喷头，雾化喷头设置伞状扩径喷口；
进一步的，雾化喷头的雾化半径为15-40mm。
4.根据权利要求1所述的高COD污水处理氧化式微火焰燃烧装置，其特征在于：污水雾化通道的雾化开口设置于燃气喷嘴的下游，两者之间的距离为30-500mm。
5.根据权利要求1所述的高COD污水处理氧化式微火焰燃烧装置，其特征在于：所述燃气喷嘴为渐缩结构，渐缩高度为2-4mm，最大直径为2-4mm，最小直径为1-2mm。
6.根据权利要求1所述的高COD污水处理氧化式微火焰燃烧装置，其特征在于：环绕同一助燃气体通道的燃气喷嘴的数量为5-8个。
7.根据权利要求1所述的高COD污水处理氧化式微火焰燃烧装置，其特征在于：中空壳体与燃气喷嘴的连接处设置有单向阀。
8.根据权利要求1所述的高COD污水处理氧化式微火焰燃烧装置，其特征在于：中空壳体与燃气供应管道连接，连接处设置有单向阀门。
9.一种高COD污水处理氧化式微火焰燃烧方法，其特征在于：包括如下步骤：
燃气经燃气喷嘴喷出，与助燃气体通道喷出的助燃气体在燃烧器前方达成预混燃烧，燃烧温度为800-1000℃，将雾化后的污水快速蒸发后，烟气温度降至600-800℃，污水中的有机质在氧气和高温作用下分解，实现了污染的燃烧处理。
10.根据权利要求9所述的高COD污水处理氧化式微火焰燃烧方法，其特征在于：助燃气体的流速为10-25m/s，燃气流速为20-40m/s；
进一步的，助燃气体的流速为10-15m/s。
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