CN114806614A - 一种基于烟气引射循环回用的回转窑热解炭化装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于烟气引射循环回用的回转窑热解炭化装置及工艺，包括进料破碎装置、热解炭化装置、旋风分离器、焦油冷凝器、大功率风机、小型风机、引射器、燃烧室以及急冷净化装置，进料破碎装置与热解炭化装置物料入口相连，热解炭化装置气相出口与旋风分离器的入口相连，旋风分离器出口与焦油冷凝器入口相连，焦油冷凝器的主出气管经过大功率风机后与引射器相连，焦油冷凝器的副出气管经过小型风机后与急冷净化装置相连，引射器出口与燃烧室入口相连，燃烧室出口与热解炭化装置气相入口相连。本发明技术方案，提高了物料热解转化率和热解气热值，降低了污染物的生成排放，保护环境，此外，热解气的自循环节省燃料消耗，降低了成本。
Description
技术领域
本发明属于生物质热解炭化、固废资源化处理领域，具体涉及一种基于烟气引射循环回用的回转窑热解炭化装置及工艺。
背景技术
生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。近年来随着一次性能源如石油、天然气的不断消耗，生物质等可再生能源可利用化、资源化技术的突破成为可持续发展道路上必须解决的难题之一。根据中国产业发展促进会生物质能产业分会发布的蓝皮书显示，目前我国主要生物质资源年产生量约为34.94亿吨，生物质资源能源化利用量约为4.61亿吨，实现碳减排量约为2.18亿吨。我国每年产生大量农业废弃物、园林废弃物和厨余垃圾，而目前处理此三类固体废弃物的主要方法为直接焚烧发电或填埋，但此种种方式生物质能源资源化利用率低，且会造成严重的环境污染。
固废焚烧处理又分为直接焚烧和炭化焚烧两种。直接焚烧：物料投至焚烧炉本体燃烧室，经充分氧化、热解，产生的高温烟气进入二次燃烧室继续燃烧，产生的炉渣经出渣机排出；炭化焚烧：物料投至热解炭化室，在无氧情况下经充分热解，产生的热解烟气进入二次燃烧室继续燃烧，产生的固体炭化物残渣经热解炭化室排出。热解炭化处理方式, 由于耗电低、添加辅助燃料更少, 在焚烧环节每吨处理成本不足500元。热解炭化处理后, 每吨生物质还将产生120 kg左右生物质炭。传统的直接焚烧法处理成本较高，而采用热解炭化处理方式可以有效降低成本。
因此，研究开发一种热解炭化处理装置及工艺具有重要的现实意义，此外，将热解制得热解气用于自身循环，可以减少外部能源的消耗，参考锅炉的余热利用，满足固废处理需求，研究高效益的固废处理热解焚烧装置。
发明内容
针对上述问题情况，本发明提供一种基于烟气引射循环回用的回转窑热解炭化装置及工艺，解决传统处理工艺处理成本较高、资源利用率低以及污染环境等技术问题。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种基于烟气引射循环回用的回转窑热解炭化装置，包括进料破碎装置、热解炭化装置、旋风分离器、焦油冷凝器、大功率风机、小型风机、引射器、燃烧室以及急冷净化装置，所述进料破碎装置与热解炭化装置物料入口相连，热解炭化装置气相出口与旋风分离器的入口相连，旋风分离器的顶部出口与焦油冷凝器的入口相连，焦油冷凝器的主出气管经过大功率风机后与引射器相连，焦油冷凝器的副出气管经过小型风机后与急冷净化装置相连，引射器的出口与燃烧室入口相连，燃烧室出口与热解炭化装置的气相入口相连。
作为进一步的技术方案，所述热解炭化装置为回转窑，所述回转窑固定在回转窑底座上，呈倾斜设置，回转窑顶部设有防爆口，所述回转窑包括窑体与内胆，在窑体与内胆中间设置有耐高温石棉，内胆的两端设置有内胆齿圈，所述内胆齿圈与齿轮座相啮合，齿轮座与旋转电机相连。
作为进一步的技术方案，在回转窑窑体上包裹有隔热夹套，所述隔热夹套上设置有第一燃烧器，用于主动加热。
作为进一步的技术方案，所述引射器内部设置有喷嘴，喷嘴锥角为60-65°，喷嘴连接引射管，引射管为三段式结构，前部为渐缩管，中部为渐扩管，尾部为突扩管。
作为进一步的技术方案，所述燃烧室设置有进气口及辅助燃烧器，在燃烧室的顶部设置有防爆口。
作为进一步的技术方案，所述急冷净化装置包括依次连接的洗涤塔和空气净化装置，小型风机的出口与洗涤塔的侧方入口相连，洗涤塔的排气口与空气净化装置相连。
作为进一步的技术方案，所述洗涤塔内的上部，设置有喷水莲蓬，在洗涤塔的底部，设置有蓄水箱，蓄水箱通过循环水泵将水送到喷水莲蓬。
作为进一步的技术方案，所述的空气净化装置为电子空气净化器，包括空气净化器外壳、高能电源、电磁隔离罩；空气净化装置的进气口与洗涤塔排气口相连接，空气净化装置的排气口和排烟烟囱相连接。
本发明还提出了一种基于烟气引射循环回用的回转窑热解炭化工艺，采用如上装置进行，包括如下工艺步骤：
S1：经过干燥破碎简单预处理后的物料经传送带送入回转窑，受燃烧室通入的高温烟气加热并热解，热解产生的热解碳从回转窑尾端排出；
S2：热解产生的粗热解气通过管道进入旋风分离器进行气固分离，将飞灰分离后粗热解气进入焦油冷凝器，进行粗热解气的洗涤及冷凝，冷凝分离出焦油后进行热解气的干燥经引射器引入燃烧室，同时一部分气体经小型风机送入急冷净化装置处理后排出到大气；
S3：干燥后的热解气混合新风在燃烧室内发生充分燃烧，燃烧产生的烟气携带大量的热返回回转窑热解炉作为热解氛围，同时为热解提供所需热量。
优选的，回转窑内高温热解段温度高于600℃；旋风分离器内的工作温度高于100℃；燃烧室内的温度控制在850℃以上，当燃烧室温度不足时通过辅助燃烧器加热到所需温度，同时控制流速保证燃烧室内的烟气停留时间不少于2S。
通过本发明技术方案与传统工艺相比具有如下有益效果：
（1）回转窑采用内热式烟气循环，相比较于外热式间接加热提高了传热传质能力，采用烟气为热解气氛，利用烟气自身含有的二氧化碳 、水蒸气成分，在反应过程中即提供反应气氛，又作为气化剂参与反应，研究表明一定的二氧化碳可以提高热解产物的气化率，从而提高物料热解转化率和热解气热值。
（2）该装置实现连续热解与热解气燃烧的循环运行，热解气化过程中所需热量由热解气燃烧提供，燃烧室燃烧所需能量由热解所得热解气提供，不足部分由外部燃料补充，为热解实现系统循环运行过程，且烟气氛围缺少氧气，能有效抑制 CO、NOx 等污染物的生成排放。
（3）该装置还可同时满足固体废弃物处理的要求，在处理病死畜禽时热解炭化炉炉内温度不低于600℃，燃烧室燃烧温度不低于850℃，炭化炉和燃烧室内均有温度检测装置，可以通过调节流量大小来实现温度控制，实现不同物料的处理需求。
（4）该装置利用引射结构用以节省风机设施，或减小所需风机功率，引射结构能够在喷嘴处产生较大的压力，裂解气在结构作用下能按设计进入引射结构的混合区域，形成均匀的混合气后流向燃烧室，同时热解气的自循环节省了燃料消耗，降低了成本。
附图说明
图1为本发明基于烟气引射循环回用的回转窑热解炭化装置示意图；
图2为本发明的引射器结构示意图；
图中：1、进料破碎装置；2、旋风分离器；3、焦油冷凝器；4、大功率风机；5、小型风机；6、引射器；7、燃烧室；8、热解炭化装置；9、主出气管；10、副出气管；11、回转窑；12、回转窑底座；13、防爆口；14、内胆齿圈；15、齿轮座；16、旋转电机；17、隔热夹套；18、第一燃烧器；19、喷嘴；20、引射管；21、进气口；22、辅助燃烧器；23、洗涤塔；24、空气净化装置；25、喷水莲蓬；26、蓄水箱；27、循环水泵；28、排烟烟囱。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种基于烟气引射循环回用的回转窑热解炭化装置，包括进料破碎装置1、热解炭化装置8、旋风分离器2、焦油冷凝器3、大功率风机4、小型风机5、引射器6、燃烧室7以及急冷净化装置，所述进料破碎装置1与热解炭化装置8物料入口相连，热解炭化装置8气相出口通过输气管道与旋风分离器2的入口相连，旋风分离器2的顶部出口通过输气管道与焦油冷凝器3的入口相连，焦油冷凝器3的主出气管9经过大功率风机4后与引射器6相连，焦油冷凝器3的副出气管10经过小型风机5后与急冷净化装置相连，引射器6的出口与燃烧室7入口相连，燃烧室7出口与热解炭化装置8的气相入口相连。
本发明的热解炭化装置8为回转窑11，所述回转窑11固定在回转窑底座12上，呈15°角倾斜设置，运行时受重力和倾斜角度影响，物料会按一定的速度向窑尾移动，能实现动态化的连续热解碳化反应。
回转窑11顶部设有防爆口13，防止回转窑内压力过大爆燃；侧方设置有第一燃烧器18。回转窑11的窑尾通过输气管道与旋风分离器2相连接，燃烧室7的上方通过输气管道与回转窑11的窑头相连接；所述回转窑11包括窑体与内胆，窑体与内胆间缝隙大小在15cm左右保证一定的气体流动空间，在窑体与内胆中间设置有耐高温石棉，内胆可在回转窑窑体内转动。内胆的两端设置有内胆齿圈14，所述内胆齿圈14与齿轮座15相啮合，齿轮座15与旋转电机16相连，旋转电机16驱动内胆齿圈14连带着内胆旋转，为回转窑11旋转提供动力。
回转窑11右侧底部设有出料口，物料在经过高温炭化后变成生物炭通过出料口排出；回转窑11两端有输气管道连接，左侧管道接入来自燃烧室7的高温烟气，右侧管道用于将热解所得热解气输出。回转窑11窑体外圈包裹有隔热夹套17，减少运行的热量损失。所述的隔热夹套17上设置有两个第一燃烧器18，用于主动加热。
所述进料破碎装置1的进料口呈漏斗状，下方连接破碎装置，物料破碎后进入回转窑11窑头的进料口处。
所述的旋风分离器2通过输气管道与焦油冷凝器3相连接，旋风分离器的作用是将热解气中飞灰分离得到粗热解气，其工作温度不低于100℃，以避免焦油提前凝结。
所述的焦油冷凝器3将热解气降温至200℃左右，使热解焦油从热解气中分离出来，焦油冷凝器3通过管道连接在旋风分离器2之后，通过温度的降低来使热解气中的焦油冷凝出，避免过多的焦油堵塞管道和设备。焦油冷凝器3设置有主出气管9、副出气管10和底部的出焦油管，主出气管9通过大功率风机4经过引射器6后连接至燃烧室7，副出气管10通过小型风机5连接至急冷净化装置，提高送风效率。
本发明的引射器6与大功率风机4连接，引射器6内喷嘴19前端可视连接情况改变结构尺寸，喷嘴19锥角为60-65°，优选60°，喷嘴19连接引射管20，引射管20为三段式结构，前部为渐缩管，中部为渐扩管，尾部为突扩管，保证可燃混气进入二燃室时呈现突扩结构，使之形成局部回流区以保证火焰燃烧。引射结构能够较好的在喷嘴处产生较大的压力，热解气在引射结构作用下能按设计进入引射结构的混合区域，使得到达喷嘴处的空气动力足以引射碳化炉的热解气与空气形成均匀的混合气后流向燃烧室7，引射结构出口为可燃混气，引射器6出口有一段锥形扩口管，可防止火焰向上游引射结构传播，并使之形成局部回流区以保证火焰燃烧。
本发明的燃烧室7设置有进气口21及辅助燃烧器22，在燃烧室7的顶部设置有防爆口13。燃烧室7连接在引射器6之后，燃烧室7内的温度控制在850℃以上，温度不足时通过辅助燃烧器22加热到所需温度，同时控制流速保证燃烧室内的烟气停留时间不少于2S，燃烧室7外部设有进风口21，通过开关控制进风口的数量来调节新风量，同时燃烧室7内部为负压状态，保证安全，燃烧室7通过输气管道与回转窑11窑头连接，燃烧产生的烟气携带大量的热返回热解炉作为热解氛围，同时为热解提供所需热量。
急冷净化装置连接在小型风机5之后，急冷净化装置内包含洗涤塔23和空气净化装置24两部分， 所述的洗涤塔23内的上部，设置有喷水莲蓬25，在洗涤塔23的底部，设置有蓄水箱26，蓄水箱26通过循环水泵27将水送到喷水莲蓬25。
空气净化装置24为一种电子空气净化器，空气净化装置24由空气净化器外壳、电源、隔离罩所构成；空气净化装置24的进气口通过输气管与洗涤塔23排气口相连接，空气净化装置24的排气口和排烟烟囱28相连接。
本发明的一种用于处理生物质的烟气引射循环回用的回转窑热解炭化装置的工艺如下：
物料从进料口进入进料破碎装置1内，经破碎后，进入回转窑11的内胆内；第一燃烧器18对设置于回转窑11窑体与内胆之间的高温燃烧腔体进行加热，使内胆的温度达到600℃以上。与此同时，旋转电机16驱动齿轮座15上的齿轮转动，齿轮带动内胆上的内胆齿圈14，使内胆作匀速旋转运动。由于回转窑11呈倾斜放置，处于内胆内的物料在热解炭化的同时，其残渣也向内胆的尾端移动，经过热解炭化处理后的残渣通过回转窑11窑尾排出，最后由专用的运输工具运走。
回转窑11内热解炭化产生的热解气经输气管道进入旋风分离器2内，此时旋风分离器2内工作温度不低于100℃，将飞灰分离出后通过输气管进入焦油冷凝器3，通过降低温度来凝结热解气中的焦油，此时的热解气经过处理后温度降低且只含少量焦油，减少了对风机运行的损害，分离焦油后一部分热解气通过副出气管10经小型风机5进入急冷净化装置，急冷净化装置包含洗涤塔23和空气净化装置24，热解气经洗涤塔23内多层喷雾处理后进入空气净化装置24进行空气净化处理，处理后从排烟烟囱28向大气排放，经处理过后的气体各项指标符合我国大气排放标准，另一部分热解气通过大功率风机4进入引射器6混合空气后再引入燃烧室7内燃烧，燃烧室7内燃烧产生的烟气携带大量热量给热解炭化提供热量达成循环。
其中回转窑内高温热解段温度不低于600℃，基本能够杀灭病菌，且该温度下利于物料热解气化，提高热解失重率，促进焦油裂解，增加气相产物中氢气和一氧化碳的含量，从而提升热解气热值和品质。
Claims (10)
1.一种基于烟气引射循环回用的回转窑热解炭化装置，其特征在于，包括进料破碎装置（1）、热解炭化装置（8）、旋风分离器（2）、焦油冷凝器（3）、大功率风机（4）、小型风机（5）、引射器（6）、燃烧室（7）以及急冷净化装置，所述进料破碎装置（1）与热解炭化装置（8）物料入口相连，热解炭化装置（8）气相出口与旋风分离器（2）的入口相连，旋风分离器（2）的顶部出口与焦油冷凝器（3）的入口相连，焦油冷凝器（3）的主出气管（9）经过大功率风机（4）后与引射器（6）相连，焦油冷凝器（3）的副出气管（10）经过小型风机（5）后与急冷净化装置相连，引射器（6）的出口与燃烧室（7）入口相连，燃烧室（7）出口与热解炭化装置（8）的气相入口相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于烟气引射循环回用的回转窑热解炭化装置，其特征在于，所述热解炭化装置（8）为回转窑（11），所述回转窑（11）固定在回转窑底座（12）上，呈倾斜设置，回转窑（11）顶部设有防爆口（13），所述回转窑（11）包括窑体与内胆，在窑体与内胆中间设置有耐高温石棉，内胆的两端设置有内胆齿圈（14），所述内胆齿圈（14）与齿轮座（15）相啮合，齿轮座（15）与旋转电机（16）相连。
3.根据权利要求2所述的一种基于烟气引射循环回用的回转窑热解炭化装置，其特征在于，在回转窑（11）窑体上包裹有隔热夹套（17），所述隔热夹套（17）上设置有第一燃烧器（18），用于主动加热。
4.根据权利要求1所述的一种基于烟气引射循环回用的回转窑热解炭化装置，所述引射器（6）内部设置有喷嘴（19），喷嘴（19）锥角为60-65°，喷嘴（19）连接引射管（20），引射管（20）为三段式结构，前部为渐缩管，中部为渐扩管，尾部为突扩管。
5.根据权利要求1所述的一种基于烟气引射循环回用的回转窑热解炭化装置，所述燃烧室（7）设置有进气口（21）及辅助燃烧器（22），在燃烧室（7）的顶部设置有防爆口（13）。
6.根据权利要求1所述的一种基于烟气引射循环回用的回转窑热解炭化装置，所述急冷净化装置包括依次连接的洗涤塔（23）和空气净化装置（24），小型风机（5）的出口与洗涤塔（23）的侧方入口相连，洗涤塔（23）的排气口与空气净化装置（24）进口相连。
7.根据权利要求6所述的一种基于烟气引射循环回用的回转窑热解炭化装置，所述洗涤塔（23）内设置有喷水莲蓬（25），在洗涤塔（23）的底部，设置有蓄水箱（26），蓄水箱（26）通过循环水泵（27）将水送到喷水莲蓬（25）。
8.根据权利要求6所述的一种基于烟气引射循环回用的回转窑热解炭化装置，所述的空气净化装置（24）为电子空气净化器，包括空气净化器外壳、高能电源、电磁隔离罩；空气净化装置（24）的进口与洗涤塔（23）排气口相连接，空气净化装置（24）的排气口和排烟烟囱（28）相连接。
9.一种基于烟气引射循环回用的回转窑热解炭化工艺，采用如权利要求1-8任意一项所述的装置进行，其特征在于，包括如下工艺步骤：
S1：经过干燥破碎简单预处理后的物料经传送带送入回转窑（11），受燃烧室（7）通入的高温烟气加热并热解，热解产生的热解碳从回转窑（11）尾端排出；
S2：热解产生的粗热解气通过输气管道进入旋风分离器（2）进行气固分离，将飞灰分离后粗热解气进入焦油冷凝器（3），进行粗热解气的洗涤及冷凝，冷凝分离出焦油后进行热解气的干燥经引射器（6）引入燃烧室（7），同时一部分气体经小型风机（5）送入急冷净化装置处理后排出到大气；
S3：干燥后的热解气混合新风在燃烧室（7）内发生充分燃烧，燃烧产生的烟气携带大量的热返回回转窑（11）热解炉作为热解氛围，同时为热解提供所需热量。
10.根据权利要求9所述的一种基于烟气引射循环回用的回转窑热解炭化工艺，其特征在于，回转窑（11）内高温热解段温度高于600℃；旋风分离器（2）内的工作温度高于100℃；燃烧室（7）内的温度控制在850℃以上，当燃烧室（7）温度不足时通过辅助燃烧器（22）加热到所需温度，同时控制流速保证燃烧室（7）内的烟气停留时间不少于2S。
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