CN115539969B - 脱硫废物制酸焚烧系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及脱硫废物制酸焚烧系统，包括立式焚烧炉，立式焚烧炉的顶部设有喷射器、上部侧壁上分别设有煤气补燃器和废液喷枪、中下部内壁上设有折流板、底部设有排渣口、下部通过下烟道与膜式壁锅炉连接，膜式壁锅炉依次与换热器和引风机连接；喷射器包括由内而外依次设计的进料通道、雾化通道和配风通道，进料通道、雾化通道和配风通道下端分别向内折弯设计，进料通道通入液态含硫混合物，雾化通道通入压缩气体，鼓风机给配风通道配风；排渣口处设有与引风机连接的排渣管路，排渣管路上设有旋风分离沉降室。本焚烧系统具体设计合理、运行周期长、高效焚烧、节能环保和经济效益好等优点，能够从根本解决脱硫废物不易处理、处理不彻底和结块的问题。

Description

脱硫废物制酸焚烧系统

技术领域：

本发明涉及焦炉煤气脱硫废物处理技术领域，具体涉及脱硫废物制酸焚烧系统。

背景技术：

焦化厂氨法煤气脱硫系统会产生大量的硫泡沫废液，硫泡沫废液经预处理形成固态含硫混合物(又叫硫膏)及脱硫废液，脱硫废液经过蒸发形成浓浆废液。含硫混合物中含有单质硫、部分盐类化合物、煤粉等物质，脱硫废液中含有硫氰酸铵、硫代硫酸铵、硫酸铵等盐类化合物，这些废物有一定的异味和腐蚀性，其储存和处理一直以来是本行业的一个难题。目前，普遍采用的方法是将脱硫废物进行焚烧，然后将焚烧产生的烟气进行处理制备硫酸，实现废物循环利用。其中焚烧工艺是整个脱硫废物制酸工艺的关键环节，但如何对实现脱硫废物进行高效、持续可靠、节能的焚烧一直困扰着相关科研人员。

目前，比较认可的解决方案是采用将含硫混合物和脱硫废液采用分区燃烧的技术方案，比如本公司之前申请的焦炉煤气脱硫废物高效处理系统(申请号202220648350.9)，又如中国专利中公开的一种脱硫废液及硫泡沫的处理方法(申请号：202110733771.1)，都是采用分区燃烧的设计理念对脱硫废物进行处理。该类解决方案通过将脱硫废物分离成硫膏和脱硫废液，然后将硫膏和脱硫废液分区燃烧，实现硫膏在沸腾段燃烧，然后利用硫膏焚烧产生的热量对喷入的脱硫废液直接引燃，实现只需补入少量煤气或焦炉煤气即可实现对脱硫废物焚烧处理，节能效果显著。目前比较成熟的实施方式为(可以参考本公司之前申请的专利附图)：采用焚烧炉和燃尽炉(即双筒焚烧炉)对脱硫废物进行焚烧，通过输送机将硫膏从下进料口送入焚烧炉内，通过喷枪将脱硫废液从上进料口送入焚烧炉内，焚烧炉底部设有风室，侧壁上设有补燃器，通过补燃器向焚烧炉内补充焦炉煤气对硫膏进行引燃焚烧，硫膏焚烧产生的热量可直接引燃喷入的脱硫废液，硫膏和脱硫废液在焚烧炉内焚烧产生的高温烟气从上烟道进入燃尽炉内进行高温除尘(也有少数采用除尘设备替代燃尽炉实施方案)，最后烟气从燃尽炉上的下烟道进入火管式余热锅炉进行余热回收。

虽然，上述方案在一定程度上解决了脱硫废物焚烧的部分问题，或者说给出了一种比较好的解决思路，但在实践应用中，仍发现存在着深层次技术难题亟待进一步从整个焚烧工艺进行深入研究解决，反馈比较突出的技术问题有三点：一是焚烧炉使用一段时间后焚烧炉底部存有大结块，这些大结块将焚烧炉底部的出风口堵塞，导致进风量减少，无法正常沸腾焚烧，只能停车人工清理大结块，根据用户反馈以及实际调研得知，大多数用户3～6天清理一次，个别用户每天清理一次，这无疑导致焚烧系统运行周期短，严重影响生产效率。产生大结块的主要原因在于含硫混合物中含有不易分解的盐类化合物会在沸腾段熔融结块，而脱硫废液中的盐类化合物也会结渣挂壁，最终掉落在沸腾床上，另外单质硫与煤粉、杂质混合也会形成较大的颗粒物。二是采用焚烧炉和燃尽炉这种双筒的沸腾焚烧炉在运行一段时间后两个炉体和烟道的沉降不一样，导致沉降缝扩大并发生漏风，烟气中的腐蚀性气体会蔓延到炉壳中，出现酸露点腐蚀问题，影响整个焚烧系统设备的寿命。三是火管式余热锅炉运行一段时间后出现管道堵塞的问题，主要原因在于冷却后的烟气在火管余热锅炉内会不可避免的析出部分盐分，这些盐分将管道堵塞，影响正常运行。

另外，还有一种比较认可的处理脱硫废物的方案，其核心是先对脱硫废物进行大量的分离处理(包括过滤器、硫泡沫储罐、多相分离器、氧化塔、清液储罐、蒸氨釜、浓缩釜和浓缩液储罐)，然后再进行焚烧，由于前期进行了分离处理，所以后续焚烧处理变的简单(直接采用一个焚烧炉即可)，比如中国专利公开的一种硫泡沫及脱硫废液半干法制取硫酸的系统及制酸方法，申请号为202010109316.X，这种依靠强大分离处理系统对脱硫废液先进行分离再焚烧的解决方案给出了另一种解决思路，在技术上是可行的，具有一定的积极作用。但在实践应用中发现，由于脱硫废物中含有硫单质、煤粉、多种盐分、杂质等，若将各种成分分离彻底然后分别进料，不仅需要设计专业分离工艺而且还需要各种专业的分离设备，这无疑导致前期分离成本会非常高且通常不能达到彻底分离，当然经过分离后结块问题肯定能得到缓解，焚烧系统运行周期延长，但具体能够延长多少还要取决于分离效果。

鉴于现有处理脱硫废物技术方案存在的一些不足，因此有必要继续深入研究脱硫废物焚烧系统，尤其是需要对整个焚烧系统进行系统性的深入优化改进，以期用较低的成本、节能环保的方式实现脱硫废物焚烧系统长久持续可靠的高效焚烧。

需要说明的是，上述内容属于发明人的技术认知范畴，并不必然构成现有技术。

发明内容：

本发明的目的在于解决现有技术所存在的问题，提供脱硫废物制酸焚烧系统，具有焚烧系统设计合理、运行周期长、高效焚烧、节能环保和经济效益好等优点，能够从根本解决脱硫废物不易处理、处理不彻底和结块的问题。

本发明通过采取以下技术方案实现上述目的：

脱硫废物制酸焚烧系统，包括立式焚烧炉、鼓风机和旋风分离沉降室，所述立式焚烧炉的顶部设有用于喷射液态含硫混合物的喷射器、上部侧壁上分别设有煤气补燃器和用于喷射浓浆废液的废液喷枪、中下部内壁上至少设有一层用于改善高温烟气分布和延长停留时间的折流板、底部设有排渣口，所述立式焚烧炉下部侧壁上设有下烟道，所述下烟道与膜式壁锅炉连接，所述膜式壁锅炉通过烟道与换热器连接，所述换热器与引风机连接；

所述喷射器包括由内向外依次设置的进料通道、雾化通道和配风通道，所述进料通道、雾化通道和配风通道下端分别向内折弯设计，所述进料通道通入液态含硫混合物，所述雾化通道通入压缩气体，所述压缩气体将液态含硫混合物雾化，所述鼓风机通过配风管路经过换热器换热后与配风通道连接；

所述排渣口处设有排渣管路，所述排渣管路与旋风分离沉降室连接，所述旋风分离沉降室通过烟气管路接入引风机。

所述进料通道通过进料管路依次与液硫输送泵和熔硫釜连接，所述熔硫釜将固态含硫混合物熔化成液态含硫混合物，所述液硫输送泵将液态含硫混合物输送至进料通道。

所述压缩气体采用压缩空气或压缩氮气。

所述废液喷枪距离立式焚烧炉顶部的竖向间距为2～3米，所述煤气补燃器与废液喷枪的高度相等。

所述立式焚烧炉的上部侧壁上沿圆周方向间隔设置多个废液喷枪，相邻两个废液喷枪的夹角为45°～180°。

所述折流板是从立式焚烧炉的墙体上沿水平方向引出的一层砖墙，所述折流板设计成半圆形，所述折流板底部与立式焚烧炉内壁之间设有多个支撑拱体。

所述立式焚烧炉的中下部内壁上自上而下间隔设有多层折流板，相邻两层折流板竖向间距为2～3米，相邻两层折流板夹角为180°。

所述膜式壁锅炉内自带有对流管束，所述膜式壁锅炉内设有多个折流结构，所述折流结构包括对流管束水平折弯而成的水平折弯部，所述水平折弯部上下两端分别打上一层耐火浇注料。

本发明采用上述结构，能够带来如下有益效果：

对整个焚烧系统进行系统性的重新设计，为了彻底解决双筒焚烧炉的沉降缝问题，采用单筒立式焚烧炉替代现有双筒焚烧炉。为了解决大结块堵塞进风口的问题，将脱硫废物焚烧由原先的从下往上焚烧设计成从上往下焚烧，即在立式焚烧炉顶部配风焚烧，高温烟气从立式焚烧炉的下烟道流出，这样从根本上解决大结块堵塞进风口的问题。为了进一步或彻底解决结块带来的不利影响，通过从立式焚烧炉顶部配风对液态含硫混合物进行雾化扩散焚烧，配风利用换热器升温，不仅提高焚烧效率，而且有助于彻底焚烧，同时设计折流板用于对高温烟气折流降速，增加烟气混合度，增强烟气湍动的程度，改善烟气在焚烧炉内的分布和延长停留时间，促使含硫混合物在炉内的充分燃烧，减小烟气流动过程中的死区，进一步确保充分焚烧，确保从源头上最大程度减少结块的产生；对不可避免产生的部分盐结块及渣块，采用负压抽吸的方式直接从排渣口处将熔融的盐及渣块吸走进入旋风分离沉降室进行烟尘分离，干净的烟气再次进入引风机；为了彻底解决火管式余热锅炉堵塞的问题以及增强换热效率，将下烟道直接与膜式壁锅炉连接，彻底解决堵塞问题，并且在膜式壁锅炉内设计折流结构，增强高温烟气湍动程度，改善高温烟气在膜式壁锅炉内的分布和延长停留时间，减小高度烟气流动过程中的死区，显著提高换热效率。整体达到成本相对较低、运行周期长、焚烧高效彻底、节能环保、经济效益好的技术效果，有效解决结块带来的不利影响。

附图说明：

图1为本发明焚烧系统的结构示意图；

图2为本发明喷射器的结构示意图；

图3为本发明折流板的结构示意图；

图4为本发明折流结构的结构示意图；

图中，1、立式焚烧炉，2、鼓风机，3、旋风分离沉降室，4、喷射器，401、进料通道，402、雾化通道，403、配风通道，5、煤气补燃器，6、废液喷枪，7、折流板，8、排渣口，9、下烟道，10、膜式壁锅炉，11、烟道，12、换热器，13、引风机，14、配风管路，15、排渣管路，16、烟气管路，17、进料管路，18、液硫输送泵，19、熔硫釜，20、支撑拱体，21、对流管束，22、折流结构，2201、水平折弯部，2202、耐火浇注料。

具体实施方式：

为了更清楚的阐释本发明的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

此外，术语“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的位置。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设有”、“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-4所示，脱硫废物制酸焚烧系统，包括立式焚烧炉1、鼓风机2和旋风分离沉降室3，所述立式焚烧炉1的顶部设有用于喷射液态含硫混合物的喷射器4、上部侧壁上分别设有煤气补燃器5和用于喷射浓浆废液的废液喷枪6、中下部内壁上至少设有一层用于改善高温烟气分布和延长停留时间的折流板7、底部设有排渣口8，这里的煤气补燃器5通煤气或焦炉煤气，所述立式焚烧炉1下部侧壁上设有下烟道9，所述下烟道9与膜式壁锅炉10连接，所述膜式壁锅炉10通过烟道11与换热器12连接，所述换热器12与引风机13连接；为了彻底解决双筒焚烧炉的沉降缝问题，采用单筒立式焚烧炉1替代现有双筒焚烧炉，为了解决大结块堵塞进风口的问题，将脱硫废物焚烧由原先的从下往上焚烧设计成从上往下焚烧，即在立式焚烧炉顶部配风焚烧，高温烟气从立式焚烧炉1的下烟道9流出，这样从根本上解决大结块堵塞进风口的问题；为了彻底解决火管式余热锅炉管路堵塞的问题，采用膜式壁锅炉10替代现有的火管式余热锅炉，由于膜式壁锅炉10的受热面在炉壁上，内部是空腔，冷却后的烟气以及烟气中的盐分不会堵塞锅炉；

所述喷射器4包括由内向外依次设置的进料通道401、雾化通道402和配风通道403，所述进料通道401、雾化通道402和配风通道403下端分别向内折弯设计，所述进料通道401通入液态含硫混合物，所述雾化通道402通入压缩气体，所述压缩气体将液态含硫混合物雾化，所述鼓风机2通过配风管路14经过换热器12换热后与配风通道403连接；利用换热器给液态含硫混合物配热风，通过设计压缩气体以及在喷射器下端进行折弯设计，可以造成切向扰动，有利于消除死角，液态含硫混合物喷射成雾状形成扩散燃烧，燃烧更加彻底、高效，从源头上有效解决含硫混合物的熔融燃烧和结块结焦问题。

所述排渣口8处设有排渣管路15，所述排渣管路15与旋风分离沉降室3连接，所述旋风分离沉降室3通过烟气管路16接入引风机13。对不可避免产生的部分盐结块进行处理，采用负压抽吸的方式直接从排渣口8处将熔融的盐及渣块吸走进入旋风分离沉降室3进行烟尘分离，干净的烟气再次进入引风机13。

所述进料通道401通过进料管路17依次与液硫输送泵18和熔硫釜19连接，所述熔硫釜19将固态含硫混合物熔化成液态含硫混合物，所述液硫输送泵18将液态含硫混合物输送至进料通道401。实现将固态含硫混合物处理成液态含硫混合物并进行密封输送，对液态含硫混合物从顶部进料焚烧(配合喷射器进行雾化扩散焚烧)，不仅有效避免底部进料沸腾结焦结块的问题，而且避免顶部进料气力输送燃烧爆炸的问题。

所述压缩气体采用压缩空气或压缩氮气。压缩气体优选采用压缩空气，采用压缩氮气，不仅成本很高，而且氮气高温燃烧会产生大量的氮氧化物，很容易造成烟气排放不达标，需要后续对氮氧化物进行处理才行。

所述废液喷枪6距离立式焚烧炉1顶部的竖向间距为2～3米，所述煤气补燃器5与废液喷枪6的高度相等。根据实际应用而进行的设计，便于煤气直接引燃浓浆废液，形成含硫混合物、煤气及浓浆废液共同燃烧，液态含硫混合物在喷射器的作用下火焰成扩散燃烧，火焰中心温度可达1200±100℃，炉膛中心温度可达1100±50℃，热效率高，废物分解彻底。

所述立式焚烧炉1的上部侧壁上沿圆周方向间隔设置多个废液喷枪6，相邻两个废液喷枪6的夹角为45°～180°。根据实际需求合理设置废液喷枪6的个数。

所述折流板7是从立式焚烧炉1的墙体上沿水平方向引出的一层砖墙，所述折流板7设计成半圆形，所述折流板7底部与立式焚烧炉1内壁之间设有多个支撑拱体20。给出折流板7的具体结构，结构设计合理、牢固可靠。折流板7的设计主要用于将高温烟气折流降速，增加烟气混合度，改变烟气流动方向，延长燃烧时间，焚烧炉中的烟气停留时间可达9～15s，废液中的铵盐彻底分解，高温烟气进入膜式壁锅炉10。

所述立式焚烧炉1的中下部内壁上自上而下间隔设有多层折流板7，相邻两层折流板7竖向间距为2～3米，相邻两层折流板7夹角为180°。根据实际需要可以设计多层折流板7。

所述膜式壁锅炉10内自带有对流管束21，所述膜式壁锅炉10内设有多个折流结构22，所述折流结构22包括由对流管束21水平折弯而成的水平折弯部2201，所述水平折弯部2201上下两端分别打上一层耐火浇注料2202。进一步将高温烟气折流降速，提高换热效率，同时沉降烟气中的杂质颗粒。

本申请的脱硫废物制酸焚烧系统的工作说明：

固态含硫混合物经熔硫釜19熔化，通过液硫输送泵18加压输送到立式焚烧炉1顶部喷射器4的进料通道401内，同时向雾化通道402通入压缩空气，鼓风机2将外界空气通过配风管路14经过换热器12换热升温后送入配风通道403，液态含硫混合物经压缩空气雾化成细小的颗粒进入炉内，通过鼓风机的配风，在中上部设置的煤气燃烧器引燃下进行扩散燃烧，根据处理的浓浆废液量均布在燃烧的高温区域水平方向布置1～8支废液喷枪，含硫混合物焚烧产生的高温热量可以直接引燃浓浆废液，浓浆废液中盐分解再放出热量，通过控制进炉的含硫混合物的量和浓浆废液的量，同时调节空气的过量系数及含硫混合物的配风温度，立式焚烧炉1内的温度可稳定在1100～1200℃，保证脱硫废物的高效分解，无需补充焦炉煤气或只需少量补充焦炉煤气即可实现热量平衡。含硫混合物和浓浆废液燃烧后的高温烟气通过炉腔中下部的折流板7折流充分混合燃烧后，从下烟道9进入膜式壁锅炉10，经膜式壁锅炉10换热后进入换热器12，经换热器12进入引风机13，引风机13将含有二氧化硫的烟气送入后续制酸工艺。而燃烧过程中不可避免的会有含硫混合物中的部分盐结块，在立式焚烧炉1运行负压状态下很难从底部排出，为此把排渣口8接至引风机13的进口，通过引风机13的负压抽力，把熔融的盐及渣块排出，熔融的盐及渣块进入设置在排渣管路上的旋风分离沉降室3进行烟尘分离，干净的烟气从旋风分离沉降室3的顶部再次回到引风机13进入后续工序。

上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.脱硫废物制酸焚烧系统，其特征在于，包括立式焚烧炉、鼓风机和旋风分离沉降室，所述立式焚烧炉的顶部设有用于喷射液态含硫混合物的喷射器、上部侧壁上分别设有煤气补燃器和用于喷射浓浆废液的废液喷枪、中下部内壁上至少设有一层用于改善高温烟气分布和延长停留时间的折流板、底部设有排渣口，所述立式焚烧炉下部侧壁上设有下烟道，所述下烟道与膜式壁锅炉连接，所述膜式壁锅炉通过烟道与换热器连接，所述换热器与引风机连接；

所述喷射器包括由内向外依次设置的进料通道、雾化通道和配风通道，所述进料通道、雾化通道和配风通道下端分别向内折弯设计，所述进料通道通入液态含硫混合物，所述雾化通道通入压缩气体，所述压缩气体将液态含硫混合物雾化，所述鼓风机通过配风管路经过换热器换热后与配风通道连接；

所述排渣口处设有排渣管路，所述排渣管路与旋风分离沉降室连接，所述旋风分离沉降室通过烟气管路接入引风机。

2.根据权利要求1所述的脱硫废物制酸焚烧系统，其特征在于，所述进料通道通过进料管路依次与液硫输送泵和熔硫釜连接，所述熔硫釜将固态含硫混合物熔化成液态含硫混合物，所述液硫输送泵将液态含硫混合物输送至进料通道。

3.根据权利要求2所述的脱硫废物制酸焚烧系统，其特征在于，所述压缩气体采用压缩空气或压缩氮气。

4.根据权利要求3所述的脱硫废物制酸焚烧系统，其特征在于，所述废液喷枪距离立式焚烧炉顶部的竖向间距为2～3米，所述煤气补燃器与废液喷枪的高度相等。

5.根据权利要求4所述的脱硫废物制酸焚烧系统，其特征在于，所述立式焚烧炉的上部侧壁上沿圆周方向间隔设置多个废液喷枪，相邻两个废液喷枪的夹角为45°～180°。

6.根据权利要求1或5所述的脱硫废物制酸焚烧系统，其特征在于，所述折流板是从立式焚烧炉的墙体上沿水平方向引出的一层砖墙，所述折流板设计成半圆形，所述折流板底部与立式焚烧炉内壁之间设有多个支撑拱体。

7.根据权利要求6所述的脱硫废物制酸焚烧系统，其特征在于，所述立式焚烧炉的中下部内壁上自上而下间隔设有多层折流板，相邻两层折流板竖向间距为2～3米，相邻两层折流板夹角为180°。

8.根据权利要求1或7所述的脱硫废物制酸焚烧系统，其特征在于，所述膜式壁锅炉内自带有对流管束，所述膜式壁锅炉内设有多个折流结构，所述折流结构包括对流管束水平折弯而成的水平折弯部，所述水平折弯部上下两端分别打上一层耐火浇注料。

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