CN1163692C

CN1163692C - 处理有机废水的燃烧系统及方法

Info

Publication number: CN1163692C
Application number: CNB998099090A
Authority: CN
Inventors: 吴硕仁
Original assignee: KEY ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: KEY ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 1998-08-21
Filing date: 1999-08-21
Publication date: 2004-08-25
Anticipated expiration: 2019-08-21
Also published as: CN1313944A; US6397766B1; ATE267982T1; CA2339294A1; WO2000011405A1; EP1105679B1; DE69917653T2; JP2002523718A; JP3534702B2; DE69917653D1; KR19980082082A; EP1105679A1; AU5308799A

Abstract

本发明涉及一种处理有机废水的燃烧系统和方法。该系统包括：一个蒸发有机废水的蒸发器；一个具有一对陶瓷层的使废气氧化的再生热氧化器；一个将氧化后的气体排放到大气的鼓风机；和依照再生热氧化器的正/反方向操作，限定蒸发废气和氧化后的气体路径的第一和第二阀门。该方法包括：将有机废水引入蒸发器中；将引入的废水加热蒸发；将蒸发出的废气引入再生热氧化器中；用空气氧化引入的废气；和将氧化后的气体排放到大气中。该系统和方法利用使废水蒸发形成的废气氧化产生的热能再使废水蒸发，可以经济、有效地对有机废水进行处理，达到提高热回收效率、降低操作费用的技术效果。

Description

处理有机废水的燃烧系统及方法

技术领域

本发明涉及一种用于燃烧有机废水和挥发性有机化合物的系统以及相应方法，具体地说，涉及一种用再生热氧化器氧化蒸发包含有机化合物的废水产生的废气，以便经济有效地除去有机化合物的蒸发和再生式废水燃烧系统。

技术背景

一般地，包含所有烃类化合物的挥发性有机化合物通常产生于化工厂、废水处理厂、和在汽车制造厂的喷漆工作过程中的物质，它会引起光化学烟雾、使地球变暖、破坏同温层中的臭氧层，等等，而且对人体和人类环境有致命的毒性，如致癌等。

已知的处理挥发性有机化合物的技术有燃烧、吸收除去、吸附、冷却冷凝、生物处理和层分离方法等，而尤其再生热氧化法是被广泛应用的。

再生热氧化器(亦称为“RTO”)的操作，是燃烧包含挥发性有机化合物的废气，并采用陶瓷填充材料收集在燃烧过程中产生的热能，从而大大降低系统操作费用，并且减小装备空间。RTO的处理效率很高，超过99％，而且二次污染小，并且，如果在废气中的挥发性有机化合物的浓度超过300vppm，通过利用系统本身的燃烧能量，不需要补充供给能量。

其操作更详细地叙述为，RTO最大程度地收集废气放出的余热能量作为预热引入的气体的能量。为达到这一目的，它采用直接加热和冷却陶瓷进行热交换，来代替典型的热交换器。

也就是说，当利用管壳式热交换器或板式热交换器进行气体的热交换时，热交换器入口和出口之间的气体的温差是100到200℃，因而限制了应用。但是，陶瓷具有950℃的最高使用温度，并且当进行热交换时，入口和出口的温差可降到20℃，因而可取得98％的热回收率。

图1和图2出了在典型的RTO中的正/反方向的操作状态，在操作开始，将位于排列在RTO的左侧和右侧的陶瓷层1、2中间的的燃烧室加热到适于燃烧室的操作后，引入废气。

废气通过陶瓷层1预热到燃烧室的温度，同时废气中的有机气体开始氧化，并且当以一定时间间隔通过燃烧室时，全部有机化合物在约800℃的温度下被氧化。

在此时，当处理过的高温气体通过陶瓷层2时，气体放出几乎全部的热，从而气体恰好冷却到比在陶瓷层1处的入口温度高10到30℃的温度。

在此时，过一会儿，气体入口路径切换成如图2中所示。

以一定的时间间隔(约1.5到3分钟)重复切换图1和图2所示的操作，从而减少气体燃烧所需能量。

在图1和2中所示的系统称为二床型RTO，并且二床型RTO是一种经济型系统。但是，在阀门切换过程中存在于RTO的陶瓷上的未处理气体和绕道通过RTO的燃烧室的其它未处理气体，在阀门切换时间中被放出，因此，由于未处理气体的放出，使整个有机化合物的除去效率约为95％。

为解决这一问题，可使用三床型RTO或气体缓冲器。使用缓冲器的情况在图3中给出。

也就是说，燃烧系统由RTO、气体缓冲器、和鼓风机组成。

使用缓冲器12的正向操作叙述如下：

在阀门5打开时，来自前述步骤的未处理废气被引入到二床型RTO一端的陶瓷层3中，在室温下引入的气体被热交换陶瓷加热到800℃的氧化温度，以使空气中的有机化合物(VOC)被氧化。氧化后气体的温度升至830℃，比热交换陶瓷高30℃。在此温度下的气体通过另一侧的陶瓷层4冷却下来。大部分热传递给陶瓷层4从而使陶瓷层4的温度上升。冷却后的气体依次通过阀门8、鼓风机13、和阀门10，并排放到大气中。

如上所述，在正方向操作过程中，阀门5、8是打开的而阀门6、7是关闭的，气体缓冲器前面的缓冲器阀门9是关闭的。

当正方向操作保持2分钟后，预热气体的陶瓷层3的陶瓷被冷却，陶瓷层4吸收热气体的热量并被加热。在此时气体的引入开始启动反方向操作。

正方向和反方向操作的条件是相同的，而废气的引入方向变到另一侧的陶瓷层4。在正/反方向操作之间有一个切换时间。

由于反方向操作的阀门5、8是关闭的，而阀门6、7是打开的，存在于陶瓷层3和阀门5之间的未处理气体，通过阀门7经过鼓风机13、再由阀门10排放到大气中。

通过使用气体缓冲器12可防止这一现象，缓冲阀门9是打开的，而通向烟囱的管道上的阀门10是关闭的。

因此，未处理气体经过缓冲阀门9收集到气体缓冲器12中，而在气体缓冲器12的上部的处理过的气体直接排放到烟囱中。

在切换时间过后，RTO后的气体路径转到排放管，并且阀门9是关闭的。

在气体缓冲器12内部装备挡板，以减小引入气体的混合。缓冲器的下边与未处理气体入口管线连接，而气体缓冲器的上边与通大气排放管连通。储存在缓冲器中的未处理气体，在阀门11打开时自动循环到RTO之前，并且缓冲器的内部变成从大气中引入的气体，直到下一个切换时间。

同时，在印染厂、化工厂、废水处理厂和汽车制造公司，产生大量除上述有机化合物以外的其它种类的废水。当有机废水中有机化合物的浓度低(即COD低于5000ppm)时，用活性油处理剂处理，但在高浓度(即COD高于10,000ppm)的情况下，活性油处理剂不能满足要求，并且不经济，因此采用燃烧处理。

在此时，使用典型燃烧炉的废水燃烧操作，是将含有机化合物(包括挥发性有机化合物)的废水引入到燃烧炉中，然后通过加热废水到950℃，氧化废水中的有机化合物。但是，尽管可用热交换器收集能量，热回收率也非常低，并且燃烧炉的操作费用巨大。

因此，装备这种典型的燃烧炉，由于它生产费用增加，导致防污染方法的费用大幅提高，因此需要发展低能耗的经济型废水处理系统。

一般地，在燃烧系统中，有机废水直接喷雾到高温炉中，以便在炉中气化废水、氧化气态有机化合物。在废水中含有盐类的情况下，采用如图4所示的骤冷型燃烧炉，而在废水中没有盐类的情况下，采用如图5所示的热交换燃烧炉。

但是，在如上所述的典型燃烧方法中，废水都是直接喷雾到炉中，因而向其中过量供给热能，并且因为使用一般的回收热交换器，由于缺少热交换媒介，热回收率非常低。

发明简述

本发明提供了一种处理有机废水和挥发性有机化合物的燃烧系统，同时，所述系统提供的效率与相关技术的燃烧系统相同或更高，并且至少节省系统操作费用80％。

本发明的主要构思和目标可归纳为以下三点：

第一，采用用于处理包含有机化合物的废气的再生热氧化器(此后记作RTO)处理废水，并且采用蒸发器产生用于上述目的的废气。

第二，废气中的有机化合物的氧化产生的热能可以回收，用于操作蒸发器的能源，同时最大限度地体现RTO消耗很少能量进行氧化的特性。

第三，在正/反方向操作切换过程中产生的，上一步存在的残余未处理气体，在下一批处理过程前，储存在一定空间中。

根据本发明的一个方面，提供了一种通过利用蒸发器将含有机化合物的有机废水加热到一定温度，进行蒸发后，在RTO中燃烧废气的燃烧方法。

根据本发明的另一方面，提供了一种蒸发和再生式有机废水燃烧系统，其中含有有机化合物的有机废水经蒸发产生废气，产生的废气用空气氧化，并且氧化过程的热能回收用于蒸发废水。

我们可以认为，前面的一般叙述和接下来的详细叙述，两者都是示范性和说明性的，并且意味着为本发明的权利要求提供进一步的解释。

附图简要描述

在附图中：

图1给出了二床型RTO正方向操作状态；

图2给出了图1的反方向操作状态；

图3是使用气体缓冲器的典型二床型RTO配置图；

图4给出了典型含盐废水燃烧炉；

图5给出了典型无盐废水燃烧炉；

图6给出与本发明相应的有机废水燃烧系统。

优选实施例的详细描述

现在给出本发明的优选实施例的详细资料，用附图进行图解说明。

图6是根据本发明的蒸发和再生式废水燃烧系统。

正如附图说明的那样，典型的二床型再生热燃烧系统和特别设计的缓冲器与蒸发器互相配合。换句话说，在典型的再生热燃烧系统的再生热氧化器(RTO)18之前，有一个蒸发器15，用来在引入燃烧系统之前加热和蒸发废水。

根据本发明的用于废水处理的蒸发和再生式废水燃烧系统，参考图6进行详细叙述。

首先，未处理废水经热交换器14加热并引入到蒸发器15中，从废水中蒸发出的废气从蒸发器15中输出，然后，蒸发出的废气与储存在缓冲器25中的未处理气体混合，接着通过缓冲冷凝器16和热交换器17预热，这一步骤将在后面解释，最后混合气体引入到二床型RTO18中。这一步骤产生的冷凝废水，回流到废水罐。

在废气引入到左侧陶瓷层19的情况下，三通阀21的C和B是打开的，而A是关闭的。

引入到左侧陶瓷层19的混合气体被加热到约850℃，并且有机化合物随着温度升高被氧化，因此炉内气体的温度保持在950℃。

氧化后的热气体通过右侧的陶瓷层20冷却下来，然后，在此步骤，三通阀22打开B阀门和A阀门而关闭C阀门，气体被吸收到鼓风机23中。

上述正方向操作保持约2分钟，然后是反方向操作，通过转换气流路径依次保持约2分钟。

也就是说，依照反方向操作混合气体引入到右侧的陶瓷层20中，并且在本步骤，三通阀22的C和B是打开的，而A是关闭的。

引入到右侧陶瓷层20中的混合废气，被上一步积累的热能预热后的陶瓷层加热到850℃，并且有机化合物随着温度升高被氧化，因此，炉内气体的温度保持在950℃的温度。

氧化后的热气体通过左侧的陶瓷层19冷却下来，然后，通过三通阀21吸收到鼓风机23中，从而排放到空气中，在本步中，三通阀21的B和A是打开的，而C是关闭的。

在上述正和反方向操作切换过程中，引入上述混合废气的陶瓷层19、20的前部存在未处理气体。残余未处理气体在正和反方向操作切换过程中储存在缓冲器中，下面进行详细介绍。

首先，假定正方向操作完成，三通阀22的B和C是打开的而A是关闭的，同时反方向操作开始的三通阀21的B和A是打开的而C是关闭的。

在本步骤中，鼓风机23吸收上述残存未处理气体，并且三通阀24的B和C是打开的，而A是关闭的，上述气体通过陶瓷制成的缓冲冷凝器16储存在缓冲器25中。高温的未处理气体通过陶瓷的缓冲冷凝器16冷却下来，并且上述气体的体积由于冷却而减小，因而可减小缓冲器25的尺寸。

由于其体积依赖于切换时间，缓冲器25是与大气连通的，并且在预定的切换时间过程中储存引入的未处理气体。当未处理气体储存在缓冲器25中时，在上一步引入到缓冲器25中的空气从缓冲器中排放到大气中。当未处理气体从缓冲器25排放时，空气从大气进入缓冲器中。

如上所述，随着反方向操作的开始，从蒸发器15排放的废气，与储存在缓冲器25中的通过缓冲冷凝器16并经热交换器17预热后的未处理气体混合。这里，冷凝缓冲器16被从引入的未处理气体中取得的热能加热，因此，该未处理气体通过缓冲冷凝器16时被预热。

依照本发明，RTO18的操作只需少量的热能。相应地，来自引入的混合废气中的有机化合物的氧化的热能仅有一部分被利用，而其它热能提供给蒸发器15，或作为余热的通过排放管线P，作为其它热源。因此，在整个系统的操作过程中，可有效地利用热能。

下面将进行更详细的叙述。

如果废气中的有机化合物的放热反应的卡路里回收率为85％，废气的燃烧和RTO内部的废水的蒸发所需要的卡路里可计算出来。如果包含有机化合物的废水是2MT(水1950kg和废有机化合物50kg)，燃烧蒸发出的废气所需空气的数量按照废气∶空气＝1∶1确定为1200m³。

蒸发废水所需的卡路里是1950kg×540kcal/kg＝1,053,000kcal。在此步骤，蒸汽的潜热是540kcal/kg。如果计算在RTO中燃烧所需的卡路里，并且假设废气和空气的总和＝2400m³，CP＝0.38(热容量)，而在入口和出口之间的温度差ΔT＝50，卡路里是2400m³×0.38kcal/m³℃×50℃＝45,600kcal。因此，蒸发废水和燃烧废气的卡路里是

1,053,000kcal+45,600kcal＝1,098,600kcal (1)

如果废气中的有机化合物放热的能量是500,000kcal/MT(MT为公吨)，总能量是500,000kcal/MT×2MT＝1,000,000kcal。如上所述，如果回收率是85％，用于蒸发和燃烧的总卡路里是

1000,000kcal×0.85＝850,000kcal (2)

因此，外部供给的卡路里可由从(1)中减去(2)计算出。也就是，1,098,600kcal-850,000kcal＝248,600kcal/2MT＝124,300kcal/MT。

同时，在典型燃烧系统中所需的卡路里计算如下：

在典型燃烧方法中，包含有机化合物的废水是加热燃烧的。为达到这一目的，它应在加热到950℃来蒸发废水中的水，并氧化有机化合物。如果计算所需空气的量，例如在120％空气的情况下(用气比率适当过量)，为12.5m³对1m³(10,000kcal)的LNG(液化天然气)。

因此，当引入燃烧系统的空气温度为30℃时，使空气(12.5m³)升温到950℃所需的卡路里是12.5m³×0.35kcal/m³℃×(950℃-30℃)＝4,000kcal。该4,000kcal是使空气的温度升高的卡路里，它自身升到950℃的温度，而用于蒸发的卡路里是10,000kcal中的6,000kcal。

换句话说，在2MT包含有机化合物废水(水1950kg，有机化合物50kg)的情况下，蒸发所需的卡路里是1950kg×900kcal＝1,755,000kcal，而卡路里供给总量是1,755,000kcal×10,000kcal(毛)÷6,000kcal(净)＝2,925,000kcal。除去放热反应的卡路里，500,000kcal/MT×2MT＝1,000,000kcal，要从外部供给的卡路里是2,925,000kcal-1,000,000kcal＝1,925,000kcal。如果在废热回收中的热能回收率是50％，利用的真实卡路里是1,925,000kcal×0.5＝962,500kcal/2MT＝481,250kcal/MT。因此，所需的单位卡路里率比本发明的情况高约3.9倍。

也就是说，依照本发明的有机废水燃烧系统，所需卡路里与典型燃烧系统相比每1MT可节省356,950kcal。

如上所述，依照本发明，系统的装备费用低于典型系统，因而操作效率可节省80％。

另外，在典型系统中，是将废水直接引入到燃烧炉中，并加热到950℃，而依照本发明，由于废水在提供给RTO之前先蒸发并随后与空气混合，在引入RTO之前，只有蒸发的能量可由外部供给，其余的操作能量回收可超过95％。

还有，因为RTO由于其操作特性只消耗很少能量，也就是说，利用了一部分混合废气中有机化合物氧化的能量，其余能量提供给蒸发器，在整个系统中热能效率很高。

显然对于那些所属技术领域的一般技术人员而言，可以根据对本发明的精神进行各种各样的修改和改进。因此，本发明受所附权利要求的限定和保护。

Claims

1.一种处理有机废水的燃烧方法，包括的步骤为：

a)将包含有机化合物的所述的有机废水引入一个蒸发器中；

b)将引入的废水加热到一定温度并蒸发；

c)将蒸发出的废气引入到再生热氧化器中；

d)用空气氧化引入的废气；并且

e)将氧化后的气体排放到大气中。

2.根据权利要求1所述的处理有机废水的燃烧方法，其中所述的有机废水在引入蒸发器之前进行预热。

3.根据权利要求1所述的处理有机废水的燃烧方法，其中所述的氧化废气产生的一部分热能是提供给蒸发器的。

4.根据权利要求1所述的处理有机废水的燃烧方法，其中所述的废气与由于再生热氧化器的操作方向切换所产生的未处理气体混合，然后引入到再生热氧化器中，并且所述的未处理气体是再生热氧化器中陶瓷层前部的、后被存于一个缓冲装置中的未处理气体。

5.根据权利要求1所述的处理有机废水的燃烧方法，其中，由于再生热氧化器的操作方向切换所产生的未处理气体暂存在一个缓冲装置中，并且所述的未处理气体是再生热氧化器中陶瓷层前部的未处理气体。

6.根据权利要求5所述的处理有机废水的燃烧方法，其中未处理气体在进入缓冲装置前通过一个陶瓷制成的缓冲冷凝器冷却下来。

7.根据权利要求6所述的处理有机废水的燃烧方法，其中所述的缓冲装置中储存的未处理气体在进入再生热氧化器前在通过缓冲冷凝器时被加热。

8.根据权利要求1所述的处理有机废水的燃烧方法，其中再生热氧化器是一种二床型再生热氧化器。

9.一种处理有机废水的燃烧系统，包括：

a)一个容纳包含有机化合物的有机废水并将其加热进行蒸发的蒸发器；

b)一个具有一对陶瓷层，而燃烧室位于这对陶瓷层之间的再生热氧化器，其中蒸发出的废气通过一个陶瓷层引入、预热、在燃烧室中用空气氧化，并通过另一个陶瓷层排放出来；

c)一个将再生热氧化器排放的气体排放到大气的鼓风机；

以及

d)用来在同一时间依照再生热氧化器的正/反方向操作，限定接受蒸发出的废气的路径，和接受从再生热氧化器排放出的废气的路径的第一和第二阀门。

10.根据权利要求9所述的处理有机废水的燃烧系统，进一步包括一个缓冲器，用来暂时储存在再生热氧化器的正/反方向操作切换过程中，上一步骤中再生热氧化器陶瓷层前的没有引入到再生热氧化器中的残余未处理废气，直到下一步骤。

11.根据权利要求10所述的处理有机废水的燃烧系统，进一步包括一个三通阀，用来切换从再生热氧化器中排放出的气体排放到大气中的路径，以及未处理气体被输送到缓冲器中的路径。

12.根据权利要求10所述的处理有机废水的燃烧系统，其中一个陶瓷制成的缓冲冷凝器安装在缓冲器之前，与未处理气体进行热交换。

13.根据权利要求9所述的处理有机废水的燃烧系统，进一步包括一个用来将再生热氧化器的燃烧室中的废气氧化产生的热能提供给蒸发器的装置。

14.根据权利要求9所述的处理有机废水的燃烧系统，其中所述第一和第二阀门是三通阀。