CN113701173A - 一种等离子熔融烟气二次燃烧室及燃烧方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种等离子熔融烟气二次燃烧室,其可以确保等离子熔融炉尾气中的CO彻底燃烧,确保燃烧后的尾气中CO含量达标。包括连接等离子炉的二燃室烟气入口、连接下游尾气处理装置的二燃室烟气出口;自下而上依次设置的互相连通的灰斗、文丘里段、烟气滞留段;二燃室烟气入口设置于灰斗的底部侧面;文丘里段的段身横截面小于其进烟口、出烟口的横截面,在文丘里段上设置辅助燃烧器、二次进风装置;在烟气滞留段的底部、文丘里段的出烟口上方设置三次进风装置,三次进风装置的出风口向下;二次进风装置、三次进风装置都采用高压旋流形式进风,且二者旋流方向相反。同时,本专利也公开了一种等离子熔融烟气二次燃烧方法。
Description
技术领域
本发明涉及固废等离子熔融处理技术领域,具体为一种等离子熔融烟气二次燃烧室及燃烧方法。
背景技术
在应用等离子熔融技术处理固废、危废时,通过等离子装置产生高温,危废中的有机物和可能存在的二噁英,在等离子体产生的高温及紫外线的共同作用下,化学键被打断,形成小分子或原子,并在还原性气氛下进行重组,生成等离子熔融烟气,等离子熔融烟气中包括:单质碳、CO、H2、CH4、HCl等有害物质。
一般在等离子炉出口设置二次燃烧室,在二次燃烧室中通入二次助燃风,在确保“3T+E”原则的前提下,即在足够的烟气温度(>1100℃)、足够的停留时间(1100℃时>2s)、足够的扰动(二燃室喉口用二次风使气流形成漩流)、足够的过剩氧气的条件下,对等离子熔融烟气中的可燃成分和有害物质进行充分焚烧、分解。
然而,等离子熔融炉尾气中的CO浓度非常高,特别是基于还原性气氛的热等离子体熔融炉烟气中CO占比可达30~40%以上,如果采用传统的二次燃烧技术难以保证烟气和助燃空气的混合强度,无法确保烟气中的CO焚烧充分、彻底,进而导致后续尾气处理流程中排放CO超标。
发明内容
为了解决现有技术中等离子炉出口尾气中的CO难以彻底燃烧的问题,本发明提供一种等离子熔融烟气二次燃烧室,其可以确保等离子熔融炉尾气中的CO彻底燃烧,确保燃烧后的尾气中CO含量达标。同时,本专利也公开了一种等离子熔融烟气二次燃烧方法。
本发明的技术方案是这样的:一种等离子熔融烟气二次燃烧室,其包括连接等离子炉的二燃室烟气入口、连接下游尾气处理装置的二燃室烟气出口;
其特征在于,其还包括:自下而上依次设置的互相连通的灰斗、文丘里段、烟气滞留段;
所述二燃室烟气入口设置于所述灰斗的底部侧面;
所述文丘里段的段身横截面小于其进烟口、出烟口的横截面,在所述文丘里段上设置辅助燃烧器、二次进风装置;
在所述烟气滞留段的底部、所述文丘里段的出烟口上方设置三次进风装置,所述三次进风装置的出风口向下;
所述二次进风装置、所述三次进风装置都采用高压旋流形式进风,且二者旋流方向相反。
其进一步特征在于:
所述烟气滞留段为垂直的直筒结构,所述二燃室烟气出口设置于所述烟气滞留段顶部侧面;
其还包括:急排烟囱,所述急排烟囱连通所述烟气滞留段的顶端;
所述灰斗的内腔侧壁上设置一次进风装置,所述一次进风装置采用高压分布式进风;
所述三次进风装置采用高压分布式旋风装置。
一种等离子熔融烟气二次燃烧方法,其特征在于,其包括以下步骤:
S1:通过灰斗将等离子炉排出的等离子熔融烟气的烟气流速降低;
S2:在文丘里段引入第二次助燃风,通过文丘里段的结构将等离子熔融烟气和助燃风进行充分混合,实现充分燃烧;
所述第二次助燃风含氧量满足烟气燃烧全部需氧量;
S3:通过烟气滞留段使充分燃烧后的等离子熔融烟气继续停留2秒以上时间,同时引入第三次助燃风,调整燃烧后烟气的含氧量和降低烟气温度;
S4:含氧量、温度调整完毕的等离子熔融烟气排出到后续尾气处理流程。
其进一步特征在于:
步骤S1中,补充第一次助燃风,控制烟气中的含氧量,所述第一次助燃风的含氧量仅满足等离子熔融烟气充分燃烧全部需氧量的50%以下;
步骤S3中,所述第三次助燃风的含氧量为确保燃烧后的烟气含氧量达到>6%的氧气量,同时整体进风量使二燃室出口烟气温度保持在1100~1150℃范围。
本发明提供的一种等离子熔融烟气二次燃烧室及燃烧方法,通过分阶段供氧控制烟气中可燃气体进行分阶段的燃烧、逐级放热,在避免可燃气体瞬间集中燃烧带来的超温、超压、爆炸等风险的基础上,确保烟气中的CO燃尽;设置大容量的灰斗使等离子熔融烟气的烟气流速降低,降速后的等离子熔融烟气通过旋流方向相反的二次进风装置、三次进风装置加强了助燃风与烟气的紊流效应,使助燃风与烟气混合的更充分,确保进行充分燃烧,进而确保烟气中的CO能够燃尽;最后在直筒结构的烟气滞留段,一方面延长燃烧中的烟气在1100℃以上的停留时间,进一步确保烟气中的CO能够燃尽,另一方面第三次助燃风可有效调整出口烟气温度在可控范围,确保出口烟气温度稳定、含氧量达标。
附图说明
图1为本专利中的等离子熔融烟气二次燃烧室的结构示意图;
图2为本专利中的二次进风装置、三次进风装置进风布置方式示意图。
具体实施方式
如图1~图2所示,本发明包括一种等离子熔融烟气二次燃烧室,其包括连接等离子炉的二燃室烟气入口5、连接下游尾气处理装置的二燃室烟气出口6;自下而上依次设置的互相连通的灰斗1、文丘里段2、烟气滞留段3、急排烟囱4。
二燃室烟气入口5设置于灰斗1的底部侧面,灰斗1中侧壁上设置一次进风装置7;在灰斗1中采用侧面分布式的高压一次进风装置,确保了一次风与烟气的充分混合和足够的停留时间,有效实现第一阶段的有限燃烧、有限放热效果。
文丘里段2的段身横截面小于其进烟口2-1、出烟口2-2的横截面,在文丘里段2中设置辅助燃烧器10、在文丘里段2内腔中设置二次进风装置8,从较大的进烟口2-1进入的等离子熔融烟气二进入变小的文丘里段2的段身,烟气流速会增加,同时二次进风装置8引入旋风的更容易与等离子熔融烟气进行充分融合,确保在文丘里段2的燃烧更充分。
烟气滞留段3为垂直的直筒结构,在烟气滞留段3的底部、文丘里段2的出烟口2-2上方设置三次进风装置9,三次进风装置9的出风口风向向下;二次进风装置8、三次进风装置9旋流方向相反,二者的进风布置方式具体参照说明书附图2。三次进风装置9都采用高压旋流形式进风,确保第三次助燃风能够进入到文丘里段2内部,与第二次助燃风、等离子熔融烟气相遇,发生紊流现象。
二燃室烟气出口6设置于烟气滞留段3顶部侧面。急排烟囱4连通烟气滞留段3的顶端,当内部发生爆燃等导致压力急剧增大的情况时,急排烟囱4可自动打开泄压,确保二次燃烧室安全运行。
基于本专利中的一种等离子熔融烟气二次燃烧室实现的燃烧方法,将等离子炉排出的等离子熔融烟气分为三个阶段进行处理:有限燃烧阶段、充分燃烧阶段、过氧滞留阶段,通过分阶段供氧控制烟气中可燃气体进行分阶段的燃烧、逐级放热,避免可燃气体瞬间集中燃烧带来的超温、超压、爆炸等风险;其具体包括以下步骤。
S1:在有限燃烧阶段,将等离子炉排出的等离子熔融烟气通过二燃室烟气入口5自下而上引入过灰斗1,灰斗1的长度和横截面按照等离子炉的排烟量以及等离子熔融烟气的烟气热容量进行设计,确保在较大的灰斗1的内部,烟气流速被降低,进行有限燃烧,进而确保烟气温度可控,避免可燃气体瞬间集中燃烧带来的超温、超压、爆炸等风险;在灰斗1中烟气降速产生的沉降物质从灰斗底部的排渣口11排出。
同时,在灰斗1中,通过一次进风装置7引入第一次助燃风,第一次助燃风的含氧量为使等离子熔融烟气的有限燃烧所需含氧量,本实施例中,第一次助燃风的含氧量仅满足全部需氧量的50%以下;第一次助燃风的混入一方面降低了烟气温度,另一方面提供少量氧气使烟气中CO等可燃物质及有机物有限燃烧和分解,避免充分燃烧导致温度突然升高引起装置使用安全问题的发生。
S2:在文丘里段2中,烟气进入充分燃烧阶段,来自灰斗有限燃烧的同时降速后的等离子熔融烟气从较宽的进烟口2-1进入较窄的文丘里段2的段身,会加速,流速变化的烟气更容易与二次助燃风进行充分混合,确保充分的二次燃烧。
通过二次进风装置8向流速降低后的等离子熔融烟气中引入第二次助燃风,第二次助燃风为高压旋流进风,可使等离子熔融烟气与二次助燃风发生紊流效果,将等离子熔融烟气和助燃风进行充分搅拌混合,进行充分燃烧。
同时,文丘里段2的段身横截面小于其底部的进烟口2-1横截面和其顶部的出烟口2-2的横截面,即,文丘里段2采用了收口结构,可确保二次进风的扰动和混合区域能够深入到二燃室截面的中部,进一步确保助燃风与等离子熔融烟气的混合;在文丘里段2之中,等离子熔融烟气中可燃成分与氧气接触几率被大大提高,有助于包括CO在内的可燃物的充分燃烧和分解,第二次助燃风的风量设置为确保其能提供燃烧能所需100%需氧量,同时在文丘里段2侧面也设有辅助燃烧器10,可根据需要补充燃烧所需的热量。
S3:燃烧中的等离子熔融烟气在文丘里段2中剧烈混合之后,向上进入烟气滞留段3,在烟气滞留段3下部起始段导入第三次助燃风。
作为二次风的补充,第三次助燃风风量设置满足以下两点:
其含氧量满足二次燃烧室出口氧含量>6%;
其总体送风量满足将二燃室出口烟气温度控制在1100~1150℃范围。
在烟气滞留段3内,充分燃烧后等离子熔融烟气进入燃烧后的过氧滞留阶段,与三次助燃风充分混合后的烟气在该段保持高温(>1100℃)停留2秒以上,确保可燃成分及有机物充分燃尽和分解。
同时,三次助燃风是二次助燃风为进风旋向相反的高压旋流进风,从文丘里段2的排烟口吹入文丘里段2内部;第三次助燃风向下吹入,与第二次助燃风混合,强化离子熔融烟气与第一次助燃风、第二次助燃风的混合和紊流效果,进而确保文丘里段2内部的进行更充分的燃烧。
S4:经过过氧滞留阶段后,燃烧充分的烟气经烟气滞留段3侧面的二燃室烟气出口6排出,进入下游处理设施烟气排出到后续尾气处理流程。
使用本专利的技术方案后,二次燃烧室混合效果好,烟气中CO更容易燃尽,可确保出口CO含量达标。
Claims (7)
1.一种等离子熔融烟气二次燃烧室,其包括连接等离子炉的二燃室烟气入口、连接下游尾气处理装置的二燃室烟气出口;
其特征在于,其还包括:自下而上依次设置的互相连通的灰斗、文丘里段、烟气滞留段;
所述二燃室烟气入口设置于所述灰斗的底部侧面;
所述灰斗的内腔侧壁上设置一次进风装置,所述一次进风装置采用高压分布式进风;
所述文丘里段的段身横截面小于其进烟口、出烟口的横截面,在所述文丘里段上设置辅助燃烧器、二次进风装置;
在所述烟气滞留段的底部、所述文丘里段的出烟口上方设置三次进风装置,所述三次进风装置的出风口向下;
所述二次进风装置、所述三次进风装置都采用高压旋流形式进风,且二者旋流方向相反。
2.根据权利要求1所述一种等离子熔融烟气二次燃烧室,其特征在于:所述烟气滞留段为垂直的直筒结构,所述二燃室烟气出口设置于所述烟气滞留段顶部侧面。
3.根据权利要求1所述一种等离子熔融烟气二次燃烧室,其特征在于:其还包括:急排烟囱,所述急排烟囱连通所述烟气滞留段的顶端。
4.根据权利要求1所述一种等离子熔融烟气二次燃烧室,其特征在于:所述三次进风装置采用高压分布式旋风装置。
5.一种等离子熔融烟气二次燃烧方法,其特征在于,其包括以下步骤:
S1:通过灰斗将等离子炉排出的等离子熔融烟气的烟气流速降低;
S2:在文丘里段引入第二次助燃风,通过文丘里段的结构将等离子熔融烟气和助燃风进行充分混合,实现充分燃烧;
所述第二次助燃风含氧量满足烟气燃烧全部需氧量;
S3:通过烟气滞留段使充分燃烧后的等离子熔融烟气继续停留2秒以上时间,同时引入第三次助燃风,调整燃烧后烟气的含氧量和降低烟气温度;
S4:含氧量、温度调整完毕的等离子熔融烟气排出到后续尾气处理流程。
6.根据权利要求5所述一种等离子熔融烟气二次燃烧方法,其特征在于:步骤S1中,补充第一次助燃风,控制烟气中的含氧量,所述第一次助燃风的含氧量仅满足等离子熔融烟气充分燃烧全部需氧量的50%以下。
7.根据权利要求5所述一种等离子熔融烟气二次燃烧方法,其特征在于:步骤S3中,所述第三次助燃风的含氧量为确保燃烧后的烟气含氧量达到>6%的氧气量,同时整体进风量使二燃室出口烟气温度保持在1100~1150℃范围。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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