CN111649342A - 一种极低热值伴生气资源化利用与炭黑燃尽低NOx燃烧器 - Google Patents

一种极低热值伴生气资源化利用与炭黑燃尽低NOx燃烧器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种极低热值伴生气资源化利用与炭黑燃尽低NOx燃烧器，包括用于供活性炭制造过程中产生的极低热值气体进入的烟气进口，烟气进口输出端连接引燃室，所述的引燃室上设置有一次风入口，所述的引燃室中燃烧的低热值气通过旋流通道蓄热燃烧器配合燃尽风入口送入的燃尽风在内凹式聚热燃烧室和炉膛内完全燃烧。本发明实现了工业极低热值伴生气燃烧、炭黑消除和低NOx燃烧一体化处理。有效利用了极低热值气体热量，大大提高了能源利用效率，可为后续企业改造如烟气消白或供热改造提供热量，并消除炭黑等环境污染。

Description

一种极低热值伴生气资源化利用与炭黑燃尽低NOx燃烧器
技术领域
本发明涉及活性炭等化工制造企业与节能环保技术领域，特别涉及一种极低热值伴生气与炭黑燃尽低NOx燃烧器。
背景技术
利用原煤制备活性炭一般都要经过两步处理，一是碳化处理以减少煤中非碳成分即将原煤隔绝空气进行高温热解，二是活化处理使碳化后的煤与水蒸气发生气化反应进而产生发达的空隙结构。碳化和活化过程中会产生大量的碳化热解气和活化伴生气。这些气体热值极低，约为甲烷热值的4％，可燃气体的主要成分是CO，但CO体积含量极低导致活性炭碳化热解气和活化伴生气热值较低送入炉膛燃烧较难着火。且碳化的热解气中含有大量的炭黑很难处理，炭黑大量排放会对人体的呼吸道和皮肤造成危害，长期吸入炭黑，肺部组织会发生纤维化病变，甚至造成尘肺病丧失呼吸功能。
现阶段，活性炭制备过程中产生的这些低热值气体一般经焚烧炉与脱硫处理后排放。但由于这些气体热值极低，为促进其燃尽，焚烧炉体积庞大，多采用耐火砖搭建，年均需重新搭建与修复两次，成本极高。另外，焚烧炉内燃烧温度较低1000℃左右，难以将碳化产生的炭黑颗粒充分燃尽，造成炭黑颗粒物大量排放，污染环境。同时，未燃尽炭黑颗粒易粘附于焚烧炉尾部余热锅炉换热面，抑制传热。据研究表明，炭黑颗粒快速燃尽温度需达到1900℃以上，所以现有焚烧炉使用过程中会造成颗粒物大量排放，污染环境并威胁人体健康。因此，非常有必要对活性炭制造过程产生的极低热值烟气和烟气中所含的炭黑进行优化治理。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种极低热值伴生气与炭黑燃尽低NOx燃烧器，实现了工业极低热值伴生气燃烧、炭黑消除和低NOx燃烧一体化处理，有效利用了极低热值气体热量，大大提高了能源利用效率，可为后续企业改造如烟气消白或供热改造提供热量，并消除炭黑等环境污染。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种极低热值伴生气与炭黑燃尽低NOx燃烧器，包括用于供活性炭制造过程中产生的极低热值气体进入的烟气进口1，烟气进口1输出端连接引燃室2，所述的引燃室2上设置有一次风入口3，所述的引燃室2中燃烧的低热值气通过旋流通道蓄热燃烧器5配合燃尽风入口6送入的燃尽风在内凹式聚热燃烧室8和炉膛7内完全燃烧。
所述的一次风入口3进入的一次风分为两部分，一部分为低热值气体燃烧提供氧气，另一部分送入微型助燃装置4中参与燃烧并提升低热值气温度进而将其引燃。
所述的旋流通道蓄热燃烧器5包括蓄热耐火体5b，所述的蓄热耐火体5b内部设置有螺旋渐扩通道5a。
所述的旋流通道蓄热燃烧器5周围为绝热材料且螺旋渐扩通道5a内径逐渐扩大。
所述的旋流通道式燃烧器5出口为内凹式聚热燃烧室8。
所述的内凹式聚热燃烧室8出口与燃尽室7相连，且燃尽室7入口处均匀周向布置燃尽风入口6，燃尽风入口6产生的燃尽风的入射的角度可以通过调节燃尽风入口6的角度实现旋流强度调节。
所述的引燃室2上布置助燃装置4，助燃装置4可采用小型层燃燃煤炉或燃气/燃油炉。
本发明的有益效果：
本发明利用廉价煤炭燃烧释放热量实现了活性炭制造过程中极低热值气体燃烧、炭黑消除和低NOx燃烧一体化处理。有效利用了极低热值气体热量，大大提高了气体利用效率。可为后续企业改造如烟气消白或供热改造提供热量。同时，极低热值气体经助燃装置点火后燃烧的同时还会加热蓄热燃烧器的蓄热体，被加热的蓄热体有起到稳定极低热值气体着火燃烧的作用，极大的提升了本燃烧器的稳定着火性和经济性。
1本发明采用助燃炉方式解决低热值气体不易稳定着火的问题，部分一次风通过助燃炉将处于燃烧状态的助燃剂煤粉、柴油或天然气带入引燃室与低热伴生气混合燃烧，保证低热值伴生气进入旋流通道蓄热燃烧器的螺旋渐扩通道内能够顺利稳定着火燃烧。
2本发明采用多级配风方式，通过一次风与燃尽风配合实现低热值可燃气稳定燃烧并控制燃烧过程中NOx的排放。一次风进入燃烧室内与低热值可燃气混合燃烧，由于一次风所携带氧气量不能满足低热值伴生气燃烧所需氧气量，在助燃室以及旋流通道式燃烧器内处于缺氧状态的还原性气氛燃烧，有效降低燃料性NOx生成；同时，保证旋流通道式燃烧器燃烧温度处于1400℃热力型NOx大量产生的临界温度以下，降低此阶段热力型NOx生成。进入强化燃尽室后为保证烟气中剩余炭黑充分燃烧，燃尽风与剩余炭黑充分燃烧，保证炭黑燃尽率。
3本发明中旋流通道式燃烧器由螺旋渐扩通道与蓄热耐火体组成，采用此种结构可以有效延长烟气在燃烧器内的停留燃烧时间，保证低热值可燃气能够与一次风充分混合燃烧，将烟气中的可燃性气体以及大部分炭黑在此阶段燃烧。同时蓄热耐火体能够保证燃烧器内温度均匀，防止出现低温导致可燃性气体燃烧不稳定。同时螺旋渐扩通道能够有效地防止炭黑在通道内的粘附。
4凹式椭圆燃烧室，卷吸高温烟气凝聚热量保证燃烧。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明侧视图。
其中，1为低热值气进口、2为引燃室、3为一次风入口、4为助燃装置、5为旋流通道蓄热燃烧器、6为旋流燃尽风、7为燃尽室或炉膛、8为内凹式聚热燃烧室
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1图2，本发明所采用的技术方案是：一种新型极低热值伴生气及炭黑燃尽(活性炭碳化炉热解气及活化炉伴生气)低NOx燃烧器。低热值气进口1、引燃室2、一次风入口3、助燃装置4、旋流通道蓄热燃烧器5、旋流燃尽风6、燃尽室或炉膛7、内凹式聚热燃烧室8；活性炭制造过程中产生的极低热值气体从低热值气体进口1进入，一次风入口3进入的一次风和原煤在助燃装置4产生的热解气在引燃室2被点燃后进入旋流通道蓄热燃烧器5，配合旋流燃尽风入口6送入的燃尽风在内凹式聚热燃烧室8和燃尽室或炉膛7完全燃烧。
一次风入口3进入的一次风分为两部分，一部分为低热值气体燃烧提供氧气，另一部分送入微型助燃装置4中参与燃烧并提升低热值气温度进而将其引燃。
进一步的旋流通道蓄热燃烧器5由螺旋渐扩通道5a与蓄热耐火体5b组成。采用此种结构可以有效延长烟气停留时间并保证低热值气体在燃烧过程中与一次风充分均匀混合，实现炭黑颗粒高温燃烧并促进其燃尽，此外采用此结构能促使蓄热耐火体内及燃烧器出口温度均匀分布，保证低热值伴生气在还原性气氛下稳定燃烧。
进一步的旋流通道式燃烧器5出口为内凹式聚热燃烧室8，控制一次风通入空气量，保证燃烧室内还原性气氛及燃烧室内燃烧温度，同时螺旋渐扩通道5a结构设计不仅起到了强化气流湍动度促进混合的作用充分强化NOx还原有效降低NOx排放，此外这种设计还有可以卷吸高温烟气保证高温强化炭黑燃尽。
内凹式聚热燃烧室8出口与燃尽室7相连，且燃尽室入口处均匀周向布置燃尽风且燃尽风入射的角度可以通过调节燃尽风入口角度实现旋流强度调节，促进燃尽室7内部高温烟气回流与湍动，促进进而促进炭黑颗粒的燃尽。
引燃室2布置助燃装置4，助燃装置4可采用小型层燃燃煤炉或燃气/燃油炉，为低热值气着火提供着火热源，保证低热值气体稳定着火、燃烧。
本发明实现了炭黑的消除，旋流通道蓄热燃烧器5周围为绝热材料且螺旋渐扩通道5a内径逐渐扩大，一方面绝热材料可以蓄热起到对着火焰通道5内烟气及炭黑的快速加热促进着火，另一方面有效减小炭黑通过通道的阻力并延长了炭黑燃烧时间促使炭黑颗粒完全燃烧。
本发明包括烟气进口、引燃室、一次风入口、微型助燃装置、旋流通道蓄热燃烧器、旋流燃尽风、燃尽室或炉膛、内凹式聚热燃烧室。活性炭等化工企业产生的极低热值气体从烟气进口进入，一次风入口进入的一次风分为两部分，一部分为低热值烟气燃烧提供氧气，另一部分和原煤燃烧并点燃低热值气体进入旋流通道蓄热燃烧器的螺旋渐扩通道着火通道，在助燃室以及旋流通道式燃烧器内处于缺氧状态的还原性气氛燃烧，有效降低燃料性NOx生成；同时，保证旋流通道式燃烧器燃烧温度处于1400℃热力型NOx大量产生的临界温度以下，降低此阶段热力型NOx生成。未燃尽的极低热值气体最终配合燃尽风入口送入的燃尽风在燃尽室内完全燃烧。本
本发明公开了一种活性炭制造过程中极低热值伴生气低NOx燃烧器，利用煤热解释放的热解气或燃油和极低热值伴生气联合燃烧，达到极低热值气体燃烧、炭黑消除及低NOx燃烧的效果。有效利用了极低热值气体热量，大大提高了能源利用效率。可为后续企业改造如烟气消白或供热改造提供热量。以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，如将煤热解释放热量和热解气改为燃油或者天然气等方案设计、或者旋流渐扩通道改为直流通道等均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种极低热值伴生气与炭黑燃尽低NOx燃烧器，其特征在于，包括用于供活性炭制造过程中产生的极低热值气体进入的烟气进口(1)，烟气进口(1)输出端连接引燃室(2)，所述的引燃室(2)上设置有一次风入口(3)，所述的引燃室(2)中燃烧的低热值气通过旋流通道蓄热燃烧器(5)配合燃尽风入口(6)送入的燃尽风在内凹式聚热燃烧室(8)和炉膛(7)内完全燃烧。
2.根据权利要求1所述的一种极低热值伴生气与炭黑燃尽低NOx燃烧器，其特征在于，所述的一次风入口(3)进入的一次风分为两部分，一部分为低热值气体燃烧提供氧气，另一部分送入微型助燃装置(4)中参与燃烧并提升低热值气温度进而将其引燃。
3.根据权利要求1所述的一种极低热值伴生气与炭黑燃尽低NOx燃烧器，其特征在于，所述的旋流通道蓄热燃烧器(5)包括蓄热耐火体(5b)，所述的蓄热耐火体(5b)内部设置有螺旋渐扩通道(5a)。
4.根据权利要求3所述的一种极低热值伴生气与炭黑燃尽低NOx燃烧器，其特征在于，所述的旋流通道蓄热燃烧器(5)周围为绝热材料且螺旋渐扩通道(5a)内径逐渐扩大。
5.根据权利要求1所述的一种极低热值伴生气与炭黑燃尽低NOx燃烧器，其特征在于，所述的旋流通道式燃烧器(5)出口为内凹式聚热燃烧室(8)。
6.根据权利要求1所述的一种极低热值伴生气与炭黑燃尽低NOx燃烧器，其特征在于，所述的内凹式聚热燃烧室(8)出口与燃尽室(7)相连，且燃尽室(7)入口处均匀周向布置燃尽风入口(6)，燃尽风入口(6)产生的燃尽风的入射的角度可以通过调节燃尽风入口(6)的角度实现旋流强度调节。
7.根据权利要求1所述的一种极低热值伴生气与炭黑燃尽低NOx燃烧器，其特征在于，所述的引燃室(2)上布置助燃装置(4)，助燃装置(4)采用小型层燃燃煤炉或燃气/燃油炉。
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