CN117847531A - 水泥窑焚烧兼热解中高热值固废燃料的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及废弃物资源化利用技术领域，尤其是涉及一种水泥窑焚烧兼热解中高热值固废燃料的系统和方法。该系统依托水泥生产线而设置，包括焚烧单元、水泥窑取热单元、热解单元、渣料处置单元以及热解产物利用单元；水泥窑取热单元通过取热管道分别连接水泥窑三次风管和焚烧单元；焚烧单元焚烧中高热值固废燃料所需热量主要来自水泥窑取热单元；热解单元用于对中高热值固废燃料进行热解；所需热解气氛和热量来自焚烧单元产生的烟气；渣料处置单元用于将焚烧单元和热解单元产生的中高热值固废燃料渣一并输送至水泥窑生料系统；热解产物利用单元分别连接热解单元和煤粉炉，热解产物油和气输送至热解产物利用单元混合均匀后，输送至窑尾分解炉。
Description
技术领域
本发明涉及废弃物资源化利用技术领域，尤其是涉及一种水泥窑焚烧兼热解中高热值固废燃料的系统和方法。
背景技术
我国固体废弃物量大面广、环境影响突出，其中诸如油泥、秸秆、废纺、废塑料等都具有一定的热值，利用前景广阔，是资源综合利用的核心领域。推进这一类具有热值的固废综合利用对提高资源利用效率、改善环境质量、促进经济社会发展全面绿色转型具有重要意义。
油泥作为上述废弃物的典型代表，是国家危险废弃物名录中的一种，不仅产生量大，而且成分复杂、处理难度大，其处理处置一直是困扰石油石化行业的难题。同时，油泥中含有大量的石油类资源，可作为燃料资源化利用。
热解作为一种能实现有热值物质资源化、无害化的处理技术，是指在无氧或缺氧条件下加热到200-550℃，将待热解物质中的轻质油组分蒸馏和重质油类分解成带挥发性的低碳烃类燃料、液态燃料和固体碳等。待热解物质通过高温热解反应后，主要产生可回收油气、水蒸气、不可冷凝可燃气体(不凝气)、炭渣和无机固体颗粒等物质。待热解物质热解时往往需要进行油气冷凝分离以及烟气净化排放，油气冷凝分离是将可回收油气和不可冷凝可燃气体的混合气体从分气包进入冷凝器，在换热器的冷凝作用下，可回收油气变成液体油与不可冷凝的可燃气体一起进入储油系统，液体油经过滤处理后进油储系统，可燃气经水封后进入焚烧系统，补充热风焚烧系统所需热量。烟气净化排放是指热解炉焚烧产生的烟气经强化喷雾吸收塔脱硫除尘、同时降温，然后经UV装置充分脱臭分解净化后，烟气达标排放。
水泥窑处置中高热值固废燃料一般是将中高热值固废燃料经过脱水等预处理后输送至窑头或者分解炉处置，存在处置量有限，一次性投加对水泥窑系统冲击多大，易造成生产系统不稳定等情况。利用水泥窑热解中高热值固废燃料存在水泥窑窑尾或烟气温度低影响中高热值固废燃料热解，或取气时含尘量多，需要利用其他设施实现固气分离，不分离则与中高热值固废燃料混合在一起，影响中高热值固废燃料热解气品质，或氧含量多，无法对中高热值固废燃料热解。可见水泥窑用热存在气体温度高但含氧量高、或者含氧量低但气体温度低等不适宜中高热值固废燃料热解的缺陷，为此，发明了一种适宜于水泥窑热解中高热值固废燃料的系统和方法。
中国专利CN202210624770.8公开了“一种利用水泥窑高效资源化处置油泥的系统和方法”，通过水泥窑窑尾不同部位温度和含氧量的配合来热解油泥，极易造成油泥气体温度和含氧量的波动，影响其热解，同时通过水泥窑窑尾不同两点取气混合条件苛刻，实际生产中存在选点难的问题，另外由于混合气温度低，不能大规模处置油泥。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种水泥窑取气方便，且对含氧量不受限制，能大规模处置中高热值固废燃料的水泥窑焚烧兼热解中高热值固废燃料的系统和方法，通过在三次风管取的高温气体焚烧中高热值固废燃料，根据中高热值固废燃料的成分结合公式，定量取高温三次风，使得中高热值固废燃料不完全燃烧，焚烧产生的热量用于后续部分中高热值固废燃料的热解，同时焚烧产生的烟气提供热解所需的缺氧环境，同时中高热值固废燃料热解产生的油和气输送至煤粉管道，在管道内实现与水泥厂用燃料均化，杜绝了油和气从分解炉或者窑头加入可能造成的温度波动。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种水泥窑焚烧兼热解中高热值固废燃料的系统，所述中高热值固废燃料指收到基发热量满足≥5MJ/kg的废弃物；该系统依托水泥生产线而设置，包括水泥窑取热单元、热解单元、渣料处置单元以及热解产物利用单元；还包括焚烧单元；
所述水泥窑取热单元通过取热管道分别连接水泥窑三次风管和焚烧单元；
所述焚烧单元用于焚烧中高热值固废燃料，焚烧所需热量主要部分来自水泥窑取热单元，当温度不达标时，需要对焚烧单元辅以燃料加热，焚烧产生的烟气携带热量通入热解单元；
所述热解单元用于对中高热值固废燃料进行热解；所需热解气氛来自焚烧单元产生的烟气，热量同样由焚烧单元的烟气携带；当温度不达标时，需要对热解单元辅以电加热；
所述渣料处置单元用于将焚烧单元焚烧和热解单元产生的残渣一并输送至水泥窑生料系统参与配料；
所述热解产物利用单元分别连接热解单元和煤粉输送管道，热解产物油和气输送至热解产物利用单元与煤粉混合均匀后，输送至窑尾分解炉，供水泥窑用热。
作为优选的技术方案，所述中高热值固废燃料包括秸秆、油泥、废纺、废塑料。
作为优选的技术方案，所述同时满足焚烧和热解氛围所需的水泥窑三次风取气量为：V0/Q1t＝273/(273+T1)；其中，V0为标态下空气体积；Q1为三次风管取气流量，T1为三次风管取气温度；t为取气时间。
0.07112Car+0.212Har-0.02664(Oar-Sar)≤V0/m1≤0.0889Car+0.265Har-0.0333(Oar-Sar)；
该公式中，Car：中高热值固废燃料收到基碳含量；Har：中高热值固废燃料收到基氢含量；Oar：中高热值固废燃料收到基氧含量；Sar：中高热值固废燃料收到基硫含量；V0为标态下空气体积；m1为焚烧中高热值固废燃料质量。
作为优选的技术方案，所述焚烧单元中的焚烧温度在800℃至1000℃之间。
作为优选的技术方案，所述焚烧单元上端一侧设有加入中高热值固废燃料用的焚烧入口，顶部设有焚烧烟气出口。
作为优选的技术方案，所述热解单元为中高热值固废燃料热解炉，其上端一侧设有加入中高热值固废燃料用的热解入口，顶部设有热解气和油出口，用于将热解产物油和气输送至所述热解产物利用单元；热解单元底部一侧设有焚烧烟气入口，用于接入焚烧单元产生的带热烟气。
作为优选的技术方案，所述热解温度控制在250℃～450℃。
作为优选的技术方案，所述热解产物利用单元为水泥窑煤粉管道和高位储气罐，所述高位储气罐的进口连接热解单元的热解气和油出口；从高位储气罐输出的热解产物油和气作为热源与煤粉仓输出的煤粉在水泥窑煤粉管道均匀混合，然后混合物作为燃料再输送至窑尾分解炉。
本发明还公开了上述水泥窑焚烧兼热解中高热值固废燃料的系统的使用方法，包括如下步骤：
步骤一、首先对中高热值固废燃料进行元素分析，通过公式(1)算出标态下三次风管取气体积V0；
0.07112Car+0.212Har-0.02664(Oar-Sar)≤V0/m1≤0.0889Car+0.265Har-0.0333(Oar-Sar)；(公式1)
该公式中，Car：中高热值固废燃料收到基碳含量；Har：中高热值固废燃料收到基氢含量；Oar：中高热值固废燃料收到基氧含量；Sar：中高热值固废燃料收到基硫含量；V0：标态下空气体积；m1为焚烧中高热值固废燃料质量；
再利用公式(2)求出同时满足中高热值固废燃料焚烧和热解氛围所需的水泥窑三次风取气量Q1：
V0/Q1t＝273/(273+ T1)； (公式2)
其中，V0为标态下三次风管取气体积；Q1为三次风管取气流量，T1为三次风管取气温度；t为取气时间；
通过取热管道上的流量计显示控制取气量Q1，三次风管的热气输送至焚烧单元内部；
步骤二、所述热解单元：来自所述焚烧单元的带热烟气从热解单元底部上升，并与待热解中高热值固废燃料接触；产生的热解产物通过热解单元顶部输送至所述高位储气罐内储存；
步骤三、高位储气罐中的油和气输出至水泥窑煤粉管道，与来自煤粉仓的煤粉混合均匀后，输送至窑尾分解炉，供水泥窑用热。
本发明具有的优点和积极效果是：
本发明通过忽略中高热值固废燃料热解所需的含氧量限制，直接选取温度高、含尘量少但含氧量不适宜的三次风管部位取气，利用部分中高热值固废燃料对三次风管取的气进行脱氧处理，同时中高热值固废燃料焚烧提供的热量保障了后续中高热值固废燃料的热解，实现少部分中高热值固废燃料焚烧，大部分中高热值固废燃料热解的大规模处置中高热值固废燃料的方法。本发明同时不需要中高热值固废燃料热解过程中的油气冷凝分离以及烟气净化排放设施。
本发明利用水泥窑焚烧兼热解中高热值固废燃料，力求在取气环节对水泥窑影响最小，以中高热值固废燃料自身焚烧产生的热量和缺氧环境来热解剩余的中高热值固废燃料，实现中高热值固废燃料能源贡献最大化。同时热解产生的气和油不像中高热值固废燃料粘，难以均匀分散在其他燃料中，气和油能与水泥窑用煤粉均匀混合后再利用，避免了直接使用中高热值固废燃料时由于混合不均导致生产波动的情况。
附图说明
图1是本发明中水泥窑焚烧兼热解中高热值固废燃料的系统的整体示意图。
图中：1-取气管道；2-焚烧单元；21-焚烧入口；22-焚烧烟气出口；3-热解单元；31-热解入口；32-热解气和油出口；33-焚烧烟气入口；4-高位储气罐；5-水泥窑煤粉管道。
具体实施方式
下面将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。
本发明公开了一种水泥窑焚烧兼热解中高热值固废燃料的系统，所述中高热值固废燃料指收到基发热量满足≥5MJ/kg的废弃物，包括秸秆、油泥、废纺、废塑料等。本实施例中以油泥为例进行说明。该系统依托水泥生产线而设置，包括水泥窑取热单元、焚烧单元、热解单元、渣料处置单元以及热解产物利用单元；
所述水泥窑取热单元通过取热管道1分别连接水泥窑三次风管和焚烧单元，取热管道1上装有流量计和温度计，以便随时监测水泥窑的热气温度和流量变化。
所述焚烧单元所需热量部分来自水泥窑取热单元，当温度不达标时，需要对焚烧单元辅以燃料加热，焚烧产生的带热烟气通入热解单元。
所述热解单元所需气氛来自焚烧单元产生的烟气，热量则来自前端油泥焚烧产生的热量和电辅助加热。
所述渣料处置单元用于将焚烧单元焚烧和热解单元产生的油泥渣一并输送至水泥窑生料系统参与配料。
所述热解产物利用单元分别连接热解单元和煤粉炉，热解产物油和气输送至热解产物利用单元与煤粉混合均匀后，输送至窑尾分解炉，供水泥窑用热。
为了清楚展示本发明的技术要点，以下是对上述部件进行的详细描述：
优选的，所述焚烧单元具体为油泥焚烧炉、回转窑、反应釜等油泥焚烧设备，其上端一侧设有加入油泥用的油泥焚烧入口21，顶部设有焚烧烟气出口22；本发明中，区别于现有技术中所有油泥均在热解单元中进行处理的做法，而是将部分油泥通入焚烧单元进行焚烧，焚烧产生的热量用于热解单元中其余油泥的热解；公知的，油泥热解需要在缺氧环境中进行，因此专利CN202210624770.8中通过水泥窑窑尾不同两点取气混合，但是水泥窑窑尾不同部位的气体温度和含氧量有波动，实际生产中精准选点比较困难。而本发明通过设置所述焚烧单元，忽略了油泥热解所需气体的含氧量限制，利用部分油泥的焚烧过程对温度高、含尘量少但含氧量不适宜的三次风管取的气进行脱氧处理，焚烧后提供了含氧量为零的缺氧烟气来热解热解单元中的油泥，同时焚烧产生的热量也可以被热解单元利用，避免了现有技术中热解气体温度和含氧量的波动。
优选的，水泥窑取热单元供给的三次风热量和辅助热源一起维持焚烧炉中温度在800℃至1000℃之间，可保证油泥充分焚烧。
所述热解单元为油泥热解炉，其上端一侧同样设有加入油泥用的油泥热解入口31，顶部设有热解气和油出口32，用于将热解产物油和气输送至所述热解产物利用单元；底部一侧设有焚烧烟气入口33，用于接入焚烧单元产生的带热烟气；优选的，热解单元一侧底部烟气本身的热量以及针对热解单元的电辅助加热使得热解温度控制在250℃～450℃，该温度在尽可能实现油泥充分热解的条件下，减少能耗。所述辅助加热是指当烟气本身携带的热量达不到所需的温度，则需要对油泥热解炉额外电加热，使热解温度达标。
从维持油泥热解需要缺氧环境来考虑的话，焚烧产生的烟气在流动中把热解炉中的空气排出，并在保持热解气氛的基础上，通过烟气的流动带走热解产生的气和油，使得焚烧单元产生的烟气被充分利用。
现有技术一般直接将油泥送至水泥窑系统中，容易因为油泥成分波动给生产造成影响，需要频繁调节工况。本发明中所述热解产物利用单元为水泥窑煤粉管道和高位储气罐4，所述高位储气罐4的进口连接热解单元的热解气和油出口32，起到储存和流量缓冲的作用；从高位储气罐4输出的热解产物油和气作为优质热源与煤粉仓输出的煤粉在水泥窑煤粉管道5均匀混合，然后混合物作为燃料再输送至窑尾分解炉，杜绝了油和气从分解炉或者窑头分别加入可能造成的温度波动，避免了处置油泥时的波动对水泥生产造成影响。
本发明公开的水泥窑焚烧兼热解油泥的系统的使用方法，包括如下步骤：
(1)首先对油泥进行元素分析，通过公式(1)算出标态下三次风管取气体积V0；
0.07112Car+0.212Har-0.02664(Oar-Sar)≤V0/m1≤0.0889Car+0.265Har-0.0333(Oar-Sar)；(公式1)
该公式中，Car：油泥收到基碳含量；Har：油泥收到基氢含量；Oar：油泥收到基氧含量；Sar：油泥收到基硫含量；V0：标态下空气体积；m1为焚烧油泥质量；
再利用公式(2)求出同时满足油泥焚烧和热解氛围所需的水泥窑三次风取气量Q1：
V0/Q1t＝273/(273+ T1)； (公式2)
其中，V0为标态下三次风管取气体积；Q1为三次风管取气流量，T1为三次风管取气温度；t为取气时间；
通过取热管道上的流量计显示控制取气量Q1，三次风管的热气输送至焚烧单元内部；
以上公式是保证热解单元顺利热解的必要条件，通过该公式能保证进入焚烧单元的空气被焚烧单元的油泥全部转化为惰性气体，从而保证热解单元的缺氧环境。
(2)所述油泥在焚烧单元进行焚烧，焚烧温度在800～1000℃；焚烧产生的带热烟气通入热解单元中，热解温度控制在250℃～450℃；
(3)所述热解单元中加入其余待热解的油泥；来自所述焚烧单元的带热烟气从热解单元底部上升，并与待热解油泥接触；产生的热解气通过热解单元顶部输送至所述高位储气罐内储存；
(4)高位储气罐中的油和气输出至水泥窑煤粉管道，与来自煤粉仓的煤粉混合均匀后，输送至窑尾分解炉，供水泥窑用热。
本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (10)
1.一种水泥窑焚烧兼热解中高热值固废燃料的系统，该系统依托水泥生产线而设置，其特征在于：所述中高热值固废燃料指收到基发热量满足≥5MJ/kg的废弃物；包括水泥窑取热单元、热解单元、渣料处置单元以及热解产物利用单元；还包括焚烧单元；
所述水泥窑取热单元通过取热管道分别连接水泥窑三次风管和焚烧单元；
所述焚烧单元用于焚烧中高热值固废燃料，焚烧所需热量主要部分来自水泥窑取热单元，当温度不达标时，需要对焚烧单元辅以燃料加热，焚烧产生的烟气携带热量通入热解单元；
所述热解单元用于对中高热值固废燃料进行热解；所需热解气氛和热量来自焚烧单元产生的烟气；当温度不达标时，需要对热解单元辅以电加热；
所述渣料处置单元用于将焚烧单元焚烧和热解单元产生的中高热值固废燃料渣一并输送至水泥窑生料系统参与配料；
所述热解产物利用单元分别连接热解单元和煤粉输送管道，热解产物油和气输送至热解产物利用单元与煤粉混合均匀后，输送至窑尾分解炉，供水泥窑用热。
2.如权利要求1所述的水泥窑焚烧兼热解中高热值固废燃料的系统，其特征在于：所述中高热值固废燃料包括秸秆、油泥、废纺、废塑料。
3.如权利要求1所述的水泥窑焚烧兼热解中高热值固废燃料的系统，其特征在于：所述水泥窑取热单元的取热公式为：V0/Q1t＝273/(273+T1)；其中，V0为标态下空气体积；Q1为三次风管取气流量，T1为三次风管取气温度；t为取气时间。
4.如权利要求1所述的水泥窑焚烧兼热解中高热值固废燃料的系统，其特征在于：所述焚烧单元的中高热值固废燃料焚烧工艺需满足以下公式：
0.07112Car+0.212Har-0.02664(Oar-Sar)≤V0/m1≤0.0889Car+0.265Har-0.0333(Oar-Sar)；
该公式中，Car：中高热值固废燃料收到基碳含量；Har：中高热值固废燃料收到基氢含量；Oar：中高热值固废燃料收到基氧含量；Sar：中高热值固废燃料收到基硫含量；V0为标态下空气体积；m1为焚烧单元中高热值固废燃料质量。
5.如权利要求1所述的水泥窑焚烧兼热解中高热值固废燃料的系统，其特征在于：所述焚烧单元中的焚烧温度在800℃至1000℃之间。
6.如权利要求1所述的水泥窑焚烧兼热解中高热值固废燃料的系统，其特征在于：所述焚烧单元上端一侧设有加入中高热值固废燃料用的焚烧入口，顶部设有焚烧烟气出口。
7.如权利要求1所述的水泥窑焚烧兼热解中高热值固废燃料的系统，其特征在于：所述热解单元为中高热值固废燃料热解炉，其上端一侧设有加入中高热值固废燃料用的热解入口，顶部设有热解气和油出口，用于将热解产物油和气输送至所述热解产物利用单元；热解单元底部一侧设有焚烧烟气入口，用于接入焚烧单元产生的带热烟气。
8.如权利要求1所述的水泥窑焚烧兼热解中高热值固废燃料的系统，其特征在于：所述热解单元中的热解温度控制在250℃～450℃。
9.如权利要求6所述的水泥窑焚烧兼热解中高热值固废燃料的系统，其特征在于：所述热解产物利用单元为水泥窑煤粉管道和高位储气罐，所述高位储气罐的进口连接热解单元的热解气和油出口；从高位储气罐输出的热解产物油和气作为热源与煤粉仓输出的煤粉在水泥窑煤粉管道均匀混合，然后混合物作为燃料再输送至窑尾分解炉。
10.如权利要求1所述的水泥窑焚烧兼热解中高热值固废燃料的系统的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、首先对中高热值固废燃料进行元素分析，通过公式(1)算出标态下三次风管取气体积V0；
0.07112Car+0.212Har-0.02664(Oar-Sar)≤V0/m1≤0.0889Car+0.265Har-0.0333(Oar-Sar)；(公式1)
该公式中，Car：中高热值固废燃料收到基碳含量；Har：中高热值固废燃料收到基氢含量；Oar：中高热值固废燃料收到基氧含量；Sar：中高热值固废燃料收到基硫含量；V0：标态下空气体积；m1为焚烧中高热值固废燃料质量；
再将V0代入公式(2)求出同时满足中高热值固废燃料焚烧和热解氛围所需的水泥窑三次风取气量Q1：
V0/Q1t＝273/(273+ T1)； (公式2)
其中，V0为标态下三次风管取气体积；Q1为三次风管取气流量，T1为三次风管取气温度；t为取气时间；
通过取热管道上的流量计显示控制取气量Q1，三次风管的热气输送至焚烧单元内部；
步骤二、所述热解单元中加入其余待热解的中高热值固废燃料；来自所述焚烧单元的带热烟气从热解单元底部上升，并与待热解中高热值固废燃料接触；产生的热解气通过热解单元顶部输送至所述高位储气罐内储存；
步骤三、高位储气罐中的油和气输出至水泥窑煤粉管道，与来自煤粉仓的煤粉混合均匀后，输送至窑尾分解炉，供水泥窑用热。
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