CN112325314A - 一种mn回收塔高含氮驰放气焚烧处理工艺、系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种MN回收塔高含氮驰放气焚烧处理工艺、系统，该系统包括炉窑本体，其氨水喷嘴设置在所述炉窑本体的中部；两个助燃器分别设置在炉窑本体两侧端部，并具有待处理废气进口；两个蓄热换热室分别与两个助燃器的内腔对应连通设置；换向阀具有可输入助燃空气的第一接口、可排出焚烧烟气的第二接口、与第一蓄热换热室连通的第三接口和与第二蓄热换热室连通的第四接口；换向阀可切换于两个连通工作位之间，并配置为：在第一连通工作位，第一接口与第三接口、第二接口与第四接口分别连通；在第二连通工作位，第一接口与第四接口、第二接口与第三接口分别连通。应用本方案，能够有效降低高含氮废气焚烧烟气中的NOx排放浓度。

Description

一种MN回收塔高含氮驰放气焚烧处理工艺、系统

技术领域

本发明涉及化工有机废气处理环保技术领域，具体涉及一种MN回收塔高含氮驰放气焚烧处理工艺、系统。

背景技术

MN回收塔是化工行业草酸二甲酯(DMO)合成工艺中亚硝酸甲酯(MN)循环利用的重要装置，MN回收塔顶排出的废气主要包括亚硝酸甲酯(MN)、甲缩醛(ML)、NO、N₂O、CO以及非甲烷烃类有机气体等危害成份，具有气量大、含氮量高、组分波动的特点，直接高空排放会对环境造成危害。

化工企业通常将工艺过程中产生的废液、废气进行单独收集，进行集中焚烧。高温焚烧法具有流程简单、处置速度快、无害化彻底的特点。但是，针对MN回收塔驰放气此类含氮废气、废液的处理，传统的焚烧方式无法减少燃料型氮氧化物的生成，且目前在我国含氮废气、废液的专用处理装置的研发还不完善，对降低燃料型氮氧化物的形成还缺少有效的方法，因此需要开发新的焚烧理念和装置。

有鉴于此，亟待针对现有MN回收塔的废气处理方案进行优化设计，以有效降低高含氮废气焚烧烟气中的NO_x排放浓度。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种MN回收塔高含氮驰放气焚烧处理工艺、系统，在保证废气燃烧效率的基础上，能够有效降低高含氮废气焚烧烟气中的NO_x排放浓度。

本发明提供的MN回收塔高含氮驰放气焚烧处理系统，包括炉窑本体、氨水喷嘴、两个助燃器、两个蓄热换热室和换向阀，其中，所述氨水喷嘴设置在所述炉窑本体的中部；两个所述助燃器分别设置在所述炉窑本体两侧端部，所述助燃器上具有待处理废气进口；两个所述蓄热换热室分别与两个所述助燃器的内腔对应连通设置；所述换向阀具有可输入助燃空气的第一接口、可排出焚烧烟气的第二接口、与第一蓄热换热室连通的第三接口和与第二蓄热换热室连通的第四接口；所述换向阀可切换于两个连通工作位之间，并配置为：在第一连通工作位，所述第一接口与所述第三接口连通、所述第二接口与所述第四接口连通；在第二连通工作位，所述第一接口与所述第四接口连通、所述第二接口与所述第三接口连通。

优选地，所述炉窑本体的炉膛中部具有缩径段，所述缩径段两侧的炉膛形成两个燃烧室。

优选地，所述氨水喷嘴设置为沿所述缩径段周向均布的多个。

优选地，所述缩径段包括直线段和位于所述直线段两侧的渐缩段。

优选地，所述换向阀的阀壳为圆柱状，所述第一接口、第二接口、第三接口和第四接口沿圆柱状所述阀壳的外周表面均布；所述阀壳的阀腔内设置有同轴转动切换于两个所述连通工作位之间的阀板。

优选地，还包括：鼓风机，设置在与所述换向阀的第一接口连通的助燃空气管道上；引风机，设置在与所述换向阀的第二接口连通的焚烧烟气管道上。

优选地，所述引风机下游侧的所述焚烧烟气管道与所述鼓风机上游侧的所述助燃空气管道之间，连通设置有再循环烟气管道。

优选地，还包括：再循环开关阀，设置在所述再循环烟气管道上。

优选地，所述换向阀和所述再循环开关阀均为电控阀。

本发明还提供一种采用如前所述MN回收塔高含氮驰放气焚烧处理系统的工艺，包括下述阶段步骤：

起炉阶段：所述换向阀位于第一连通工作位，启动与所述第一蓄热换热室连通的第一助燃器，关闭与所述第二蓄热换热室连通的第二助燃器，至所述炉窑本体内温度升至第一预设阈值；

焚烧处理阶段：所述换向阀切换至第二连通工作位，启动所述第二助燃器、关闭所述第一助燃器，待处理废气经由所述第二助燃器喷入炉膛，氨水经由所述氨水喷嘴喷入炉膛；所述第二蓄热换热室的出口助燃空气温度降至第二预设阈值时，所述换向阀切换至第一连通工作位，启动所述第一助燃器、关闭所述第二助燃器，待处理废气经由所述第一助燃器喷入炉膛，氨水经由所述氨水喷嘴喷入炉膛；所述第一蓄热换热室的出口助燃空气温度降至所述第二预设阈值时，再次进行上述切换控制，并依此循环运行。

与现有技术相比，本发明创新性地提出了一种结合高含氮废气燃烧和脱硝处理的工艺方案。具体来说，本方案基于炉窑本体构建形成两组焚烧蓄热循环，利用蓄热预热低氧含量空气，可减少废液废气焚烧处理时的助燃燃料用量；该预热后的空气与燃料气射流的高速卷吸，使炉内产生大量烟气回流，形成局部低氧还原性气氛；在CO、H₂、和C_nH_m等高温碳氢气体的作用下，MN驰放气中的NO、N₂O还原成无害的N₂，还原性高温碳氢气体的脱硝效率可达80％～90％。与此同时，通过设置在炉窑中部的氨水喷嘴喷入氨水，蒸发后的氨气与NO_x充分混合，SNCR脱硝装置脱硝效率可达40％～60％。如此设置，通过还原性高温碳氢气体脱硝联合SNCR脱硝，本方案整个焚烧系统的脱硝效率可达到88％～96％，实现MN回收塔驰放气焚烧烟气NO_x超低排放，焚烧烟气NO_x排放浓度得以有效控制，低于50mg/Nm³以下。

在本发明的优选方案中，炉窑本体的炉膛中部具有将炉膛分隔形成两个燃烧室的缩径段，形成类似文丘里结构，加强烟气扰动，有助于低氧燃烧下废液废气的充分燃烧，提高燃烧效率；同时，多个氨水喷嘴沿周向均布设置于该缩径段，可实现还原性高温碳氢气体脱硝和SNCR的进一步高效协同脱硝。

在本发明的另一优选方案中，在引风机下游侧的焚烧烟气管道与鼓风机上游侧的助燃空气管道之间，连通设置有再循环烟气管道；如此设置，能够可靠降低入炉助燃空气的含氧量，从而有助于实现高温低氧燃烧，确保形成良好的还原性燃烧氛围。

附图说明

图1为具体实施方式所述MN回收塔高含氮驰放气焚烧处理系统的流程原理图；

图2为图1所示MN回收塔高含氮驰放气焚烧处理系统的另一处理循环状态示意图；

图3为图1中所示氨水喷嘴的布置关系示意图。

图中：

炉窑本体1、缩径段1-1、直线段1-1-1、渐缩段1-1-2、第一助燃器2、第二助燃器3、第一蓄热换热室4、第二蓄热换热室5、换向阀6、第一接口61、第二接口62、第三接口63、第四接口64、氨水喷嘴7、助燃空气管道8、鼓风机9、焚烧烟气管道10、引风机11、再循环烟气管道12。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

不失一般性，本实施方式以图中所示系统构成作为描述主体，详细说明本申请提出的MN回收塔高含氮驰放气焚烧处理方案。应当理解，该系统中功能元件的具体结构原理非申请的核心发明点所在，故本申请请求保护的高含氮驰放气焚烧处理方案未构成实质性的限制。

请参见图1和图2，其中，图1和图2均示出了本实施方式所述MN回收塔高含氮驰放气焚烧处理系统的流程原理图，并分别示出了工艺过程中的两个处理循环状态。

如图所示，炉窑本体1作为高含氮驰放气的焚烧基础结构，其工作温度满足高含氮驰放气燃烧的功能需要。在该炉窑本体1两侧端部的烟气入口处分别设置有助燃器，其中，第一助燃器2位于炉窑本体1的左侧，第二助燃器3位于炉窑本体1的右侧。这里，方位词“左”、“右”是以图示位置关系定义的，可以理解的是，该方位关系的使用仅用于区分两个助燃器的相对位置，而非局限于图示相对位置。

其中，两个助燃器(2、3)可以均为气液一体燃烧器，分别配备废液、废气、助燃气喷嘴(图中未示出)；具体地，该助燃器所用助燃料可以是天然气、液化气、煤气等，以对高温炉窑本体1进行烘炉升温及高温低氧燃烧，在CO、H₂、和C_nH_m等高温碳氢气体的作用下，MN驰放气中的NO、N₂O还原成无害的N₂。其上的待处理废气(废液)进口可分别位于相应助燃器的外端部。

其中，氨水喷嘴7设置在炉窑本体1的中部，以构建SNCR反应装置；这里，氨水喷嘴7可作为备用装置，根据具体不同的废气处理工况启用，蒸发后的氨气与NO_x充分混合，进一步提高脱硝效率。

其中，两个蓄热换热室分别与两个助燃器的内腔对应连通设置：第一蓄热换热室4与第一助燃器2的内腔连通，第二蓄热换热室5与第二助燃器3的内腔连通。

其中，换向阀6具有可输入助燃空气的第一接口61、可排出焚烧烟气的第二接口62、与第一蓄热换热室4连通的第三接口63和与第二蓄热换热室连5通的第四接口64；该换向阀6可切换于两个连通工作位之间，并配置为：在第一连通工作位，如图1所示，第一接口61与第三接口63连通、第二接口62与第四接口64连通；在第二连通工作位，如图2所示，第一接口61与第四接口64连通、第二接口62与第三接口63连通。

利用换向阀6的切换操作，本方案基于炉窑本体构建形成了两组焚烧蓄热循环。换向阀6切换至第一连通工作位时，启动第一助燃器2、关闭第二助燃器3，助燃空气经由换向阀6进入第一蓄热换热室4，完成预热后低氧含量空气，可减少废液废气焚烧处理时的助燃燃料用量；与此同时，焚烧产生的烟气从高温炉窑本体1另一端进入第二蓄热换热室5，经过第蓄热换热室5进行蓄热，焚烧烟气降温后从焚烧烟气管道排出。换向阀6切换至第二连通工作位时，启动第二助燃器3、关闭第一助燃器2，此循环状态下，在第二蓄热换热室5完成预热，在第一蓄热换热室4完成蓄热。具体根据工艺控制策略进行上述工作循环的切换。

这里，第一蓄热换热室4和第二蓄热换热室5优选采用固定式蓄热换热室，可以为方形结构，也可为圆形结构；其中，方形结构为优选。具体来说，蓄热换热室内均放置蓄热体，蓄热体可以是陶瓷小球、板式陶瓷蓄热体、蜂窝状陶瓷蓄热体等，优选蜂窝状陶瓷蓄热体。高温烟气经过蓄热换热室时，温度可从1100℃～1200℃左右降到200℃以下，助燃空气经过蓄热换热室时，温度可升高到1000℃以上，蓄热换热室热回收效率高于90％以上。

可以理解的是，该固定式蓄热换热室非本申请的核心发明点所在，本领域技术人员能够基于现有技术实现，故本文不再赘述。

该预热后的空气与燃料气射流的高速卷吸，使炉内产生大量烟气回流，形成局部低氧还原性气氛；在CO、H₂、和C_nH_m等高温碳氢气体的作用下，MN驰放气中的NO、N₂O还原成无害的N₂，还原性高温碳氢气体的脱硝效率可达80％～90％。与此同时，通过设置在炉窑中部的氨水喷嘴喷入氨水，蒸发后的氨气与NO_x充分混合，SNCR(selective non-catalyticreduction)脱硝装置脱硝效率可达40％～60％。如此设置，通过还原性高温碳氢气体脱硝联合SNCR脱硝，本方案整个焚烧系统的脱硝效率可达到88％～96％，实现MN回收塔驰放气焚烧烟气NO_x超低排放，焚烧烟气NO_x排放浓度得以有效控制，低于50mg/Nm³以下。

为了低氧燃烧下废液废气能够更加充分的燃烧，作为优选，炉窑本体1的炉膛中部具有缩径段1-1，该缩径段1-1两侧的炉膛形成两个燃烧室。也就是说，在炉窑本体1的炉膛中部具有将炉膛分隔形成两个燃烧室的缩径段1-1，形成类似文丘里结构，加强烟气扰动，有助于低氧燃烧下废液废气的充分燃烧，提高燃烧效率。

相应地，多个氨水喷嘴7沿周向均布设置于该缩径段1-1，也即氨水喷嘴7布置方式为环向布置，径向喷射，请一并参见图3，该图示出了氨水喷嘴的布置关系，该图为以氨水喷嘴7所在位置形成的剖切视图。可以理解的是，氨水喷嘴7的数量可根据焚烧系统处理规模进行配置，例如但不限于环向布置八个氨水喷嘴7，只要能够增强还原性高温碳氢气体脱硝和SNCR高效协同脱硝功能，均在本申请请求保护的范围内。

需要说明的是，该缩径段1-1通流截面的变化可采用不同的方式。例如但不限于图示优选结构，包括位于中部的直线段1-1-1和位于直线段1-1-1两侧的渐缩段1-1-2。如图所示，八个氨水喷嘴7周向均布设置于该直线段1-1-1，便于喷嘴安装，且氨水能够得以径向均匀喷射。

本方案中，换向阀6可根据需要选择不同换向机理的类型。作为优选，可采用电动蝶阀，结合图1和图2示意，其阀壳为圆柱状，并采用不锈钢材质，相应地，第一接口61、第二接口62、第三接口63和第四接口64沿圆柱状阀壳的外周表面均布，阀壳的阀腔内设置有同轴转动切换于两个连通关系之间的阀板，具体可根据焚烧系统含氧量需求进行循环风量联锁控制。该阀板切换至图1所示的第一连通工作位时，第一接口61与第三接口63连通、第二接口62与第四接口64连通；该阀板切换至图2所示的第二连通工作位时，第一接口61与第四接口64连通、第二接口62与第三接口63连通。该换向阀6以一定的频率进行切换，使两个蓄热换热室处于蓄热与放热交替工作状态，切换周期可以为30s～200s。

为了进一步提高系统处理效率，可增设鼓风机9和引风机11。其中，鼓风机9设置在与换向阀6的第一接口61连通的助燃空气管道8上，引风机11设置在与换向阀6的第二接口62连通的焚烧烟气管道10上，由此，可有效控制助燃空气及焚烧烟气的流量和流速。

另外，在引风机11下游侧的焚烧烟气管道10与鼓风机9上游侧的助燃空气管道8之间，连通设置有再循环烟气管道12，通过焚烧烟气的循环利用能够可靠降低入炉助燃空气的含氧量，以有助于实现高温低氧燃烧，确保形成良好的还原性燃烧氛围。进一步地，再循环烟气管道12上可安装一电动蝶阀(图中未示出)，可根据焚烧系统含氧量需求进行循环风量联锁控制。

本方案中，换向阀6和再循环开关阀均为电控阀，以便控制系统进行联锁控制。

此外，基于前述MN回收塔高含氮驰放气焚烧处理系统，可执行以下处理工艺，具体包括下述阶段步骤：

(一)起炉阶段：

换向阀6位于第一连通工作位，启动与第一蓄热换热室4连通的第一助燃器2，关闭与第二蓄热换热室5连通的第二助燃器3，至炉窑本体1内温度升至第一预设阈值(例如但不限于1100℃左右)；在起炉阶段，采用助燃燃料对高温炉窑本体1进行烘炉升温，同时焚烧产生的烟气从高温炉窑本体1燃烧室的左侧进入右侧，再经过第二蓄热换热室5进行蓄热，焚烧烟气降温后从焚烧烟气管道10排出。

(二)焚烧处理阶段：

换向阀6切换至第二连通工作位，启动第二助燃器3、关闭第一助燃器2，助燃空气经过换向阀6进入第二蓄热换热室5，并与蓄热体接触升温至1000℃左右，然后进入第二助燃器3，待处理废气经由第二助燃器3喷入炉膛，依靠预热后的低氧含量空气和燃料气射流的高速卷吸，使炉内产生大量烟气回流，形成局部低氧还原性气氛，在高温预热空气下作用下实现高温低氧燃烧，同时焚烧产生的烟气从高温炉窑本体1燃烧室的右侧进入左侧，再经过第一蓄热换热室4进行蓄热，焚烧烟气降温后从焚烧烟气管道10排出。

其中，在CO、H₂、和C_nH_m等高温碳氢气体的作用下，MN驰放气中的NO、N₂O还原成无害的N₂，具体反应式如式1～式6所示。

2NO+CO→CO₂+N₂ 式1

N2O+CO→CO₂+N₂ 式2

2NO+2H₂→N₂+2H₂O 式3

N₂O+2H₂→N₂+2H₂O 式4

2NO+2CnHm+(2n+m/2-1)O₂→N₂+2nCO₂+mH₂O 式5

N2O+2CnHm+(2n+m/2-1)O₂→N₂+2nCO₂+mH₂O 式6

还原性高温碳氢气体的脱硝效率一般在80％～90％，为进一步降低烟气排放口NO_x浓度，在第二助燃器3开启的同时，氨水经由氨水喷嘴7喷入炉膛，启动备用SNCR脱硝装置。过程中，进入燃烧室蒸发后的氨气与NO_x充分混合，SNCR脱硝装置脱硝效率可达40％～60％。由此，通过还原性高温碳氢气体脱硝联合SNCR脱硝，整个焚烧系统的脱硝效率可达到88％～96％，实现MN回收塔驰放气焚烧烟气NO_x超低排放，焚烧烟气NO_x排放浓度低于50mg/Nm³以下。

第二蓄热换热室5的出口助燃空气温度降至第二预设阈值(例如但不限于800℃左右)时，换向阀6切换至第一连通工作位，启动第一助燃器2、关闭第二助燃器3；助燃空气经过换向阀6进入第一蓄热换热室4与蓄热体接触升温至1000℃左右，然后进入第一助燃器2，在高温预热空气作用下实现高温低氧燃烧，并基于进入燃烧室蒸发后的氨气与NO_x充分混合，进一步联合脱硝。焚烧产生的烟气从高温炉窑本体1的燃烧室左侧进入右侧，再经过第二蓄热换热室5进行蓄热，焚烧烟气降温后从焚烧烟气管道10排出。第一蓄热换热室4的出口助燃空气温度降至第二预设阈值(例如但不限于800℃左右)时，再次进行上述切换控制，并依此循环运行。

在焚烧处理阶段，可根据实际处理需要开启再循环烟气管道12上的电动磁阀，使得低含氧量的烟气通过再循环烟气管道12重新作为助燃空气，降低助燃空气的含氧量，有助于实现高温低氧燃烧，同时抑制燃烧过程中NO_x产生。

综上所述，本方案结合蓄热高温低氧还原气氛低氮燃烧原理，提供一种MN回收塔驰放气焚烧处理工艺及系统，将废气、废液燃烧技术，烟气余热回收技术和控制技术合理地组成一完整的燃烧系统，热回收效率超过90％；同时，本方案协同炉膛中间布置的氨水喷嘴，作为备用SNCR反应装置，实现还原性高温碳氢气体脱硝和SNCR高效协同脱硝，整个系统脱硝效率可达到88％～96％，实现MN回收塔高含氮驰放气焚烧烟气NO_x排放浓度低于50mg/Nm³以下。相比于传统化工废液、废气焚烧系统，可实现高效节能、低NO_x污染排放，节约废气环保处理成本。具有广泛的应用价值。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种MN回收塔高含氮驰放气焚烧处理系统，其特征在于，包括：

炉窑本体；

氨水喷嘴，设置在所述炉窑本体的中部；

两个助燃器，分别设置在所述炉窑本体两侧端部，所述助燃器上具有待处理废气进口；

两个蓄热换热室，分别与两个所述助燃器的内腔对应连通设置；

换向阀，具有可输入助燃空气的第一接口、可排出焚烧烟气的第二接口、与第一蓄热换热室连通的第三接口和与第二蓄热换热室连通的第四接口；所述换向阀可切换于两个连通工作位之间，并配置为：在第一连通工作位，所述第一接口与所述第三接口连通、所述第二接口与所述第四接口连通；在第二连通工作位，所述第一接口与所述第四接口连通、所述第二接口与所述第三接口连通。

2.根据权利要求1所述的MN回收塔高含氮驰放气焚烧处理系统，其特征在于，所述炉窑本体的炉膛中部具有缩径段，所述缩径段两侧的炉膛形成两个燃烧室。

3.根据权利要求2所述的MN回收塔高含氮驰放气焚烧处理系统，其特征在于，所述氨水喷嘴设置为沿所述缩径段周向均布的多个。

4.根据权利要求3所述的MN回收塔高含氮驰放气焚烧处理系统，其特征在于，所述缩径段包括直线段和位于所述直线段两侧的渐缩段。

5.根据权利要求1所述的MN回收塔高含氮驰放气焚烧处理系统，其特征在于，所述换向阀的阀壳为圆柱状，所述第一接口、第二接口、第三接口和第四接口沿圆柱状所述阀壳的外周表面均布；所述阀壳的阀腔内设置有同轴转动切换于两个所述连通工作位之间的阀板。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的MN回收塔高含氮驰放气焚烧处理系统，其特征在于，还包括：

鼓风机，设置在与所述换向阀的第一接口连通的助燃空气管道上；

引风机，设置在与所述换向阀的第二接口连通的焚烧烟气管道上。

7.根据权利要求6所述的MN回收塔高含氮驰放气焚烧处理系统，其特征在于，所述引风机的下游侧的所述焚烧烟气管道与所述鼓风机的上游侧的所述助燃空气管道之间，连通设置有再循环烟气管道。

8.根据权利要求7所述的MN回收塔高含氮驰放气焚烧处理系统，其特征在于，还包括：

再循环开关阀，设置在所述再循环烟气管道上。

9.根据权利要求8所述的MN回收塔高含氮驰放气焚烧处理系统，其特征在于，所述换向阀和所述再循环开关阀均为电控阀。

10.采用权利要求1至9中任一项所述MN回收塔高含氮驰放气焚烧处理系统的工艺，其特征在于，包括下述阶段步骤：

起炉阶段：所述换向阀位于第一连通工作位，启动与所述第一蓄热换热室连通的第一助燃器，关闭与所述第二蓄热换热室连通的第二助燃器，至所述炉窑本体内温度升至第一预设阈值；

焚烧处理阶段：所述换向阀切换至第二连通工作位，启动所述第二助燃器、关闭所述第一助燃器，待处理废气经由所述第二助燃器喷入炉膛，氨水经由所述氨水喷嘴喷入炉膛；所述第二蓄热换热室的出口助燃空气温度降至第二预设阈值时，所述换向阀切换至第一连通工作位，启动所述第一助燃器、关闭所述第二助燃器，待处理废气经由所述第一助燃器喷入炉膛，氨水经由所述氨水喷嘴喷入炉膛；所述第一蓄热换热室的出口助燃空气温度降至所述第二预设阈值时，再次进行上述切换控制，并依此循环运行。

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