CN117847532A - 用于水泥窑焚烧热解中高热值固废燃料的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于废弃物资源化利用领域，尤其涉及一种用于水泥窑焚烧热解中高热值固废燃料的系统和方法。该系统包括水泥窑取热单元、处理单元、渣料处置单元和热解产物利用单元；通过设置一体式的处理单元对中高热值固废燃料分别进行焚烧和热解处置，焚烧区域引入水泥窑三次风，中高热值固废燃料在焚烧区间充分不完全燃烧，产生的带热缺氧烟气通过烟气冷却器降温后到达热解区域，中高热值固废燃料热解完产生的热解油和气在引风机的作用下输送至热解产物利用单元。渣料处置单元用于处理焚烧和热解产生的渣料。本发明在实现中高热值固废燃料最大资源化的同时，避免了直接将中高热值固废燃料投加到分解炉这种方式导致生产波动的情况出现。
Description
技术领域
本发明属于废弃物资源化利用领域，尤其涉及一种用于水泥窑焚烧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，极易造成热解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
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供了一种适宜于水泥窑的网带式中高热值固废燃料焚烧热解系统和方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明首先公开了一种用于水泥窑焚烧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的固废燃料；该系统依托水泥生产线而设置，包括水泥窑取热单元、处理单元、渣料处置单元和热解产物利用单元；
所述水泥窑取热单元的两端分别连接水泥窑三次风管和处理单元；
所述处理单元包括两段式一体化网带窑及其内部的烟气冷却器；所述烟气冷却器将两段式一体化网带窑内部隔开为独立的焚烧区域和热解区域；来自水泥窑三次风管的三次风通入所述焚烧区域；焚烧产生的缺氧烟气在引风机的作用下，经过烟气冷却器降温后通往热解区域；
所述渣料处置单元用于将焚烧区域和热解区域产生的渣料输送至水泥窑生料配料系统；
所述热解产物利用单元分别连接热解区域和煤粉炉，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。
作为优选的技术方案，所述中高热值固废燃料包括油泥、秸秆、废纺、废塑料、轮胎粉、漆渣。
作为优选的技术方案，所述焚烧区域包括朝向烟气冷却器移动的焚烧网带；焚烧区域设有正对焚烧网带上料端的焚烧燃料进料口，焚烧区域还设有正对焚烧网带的三次风进口，焚烧区域底部设有正对焚烧网带出料端的焚烧渣料出口，用于将焚烧产生的渣料输送至渣料处置单元。
作为优选的技术方案，所述热解区域包括朝向烟气冷却器移动的热解网带；热解区域设有正对热解网带上料端的热解燃料进料口，热解区域底部设有正对热解网带出料端的热解渣料出口，用于将热解产生的渣料输送至渣料处置单元；热解产生的气和油通过设在热解区域顶部的热解产物出口进入所述热解产物利用单元。
作为优选的技术方案，所述烟气处理器为蛇形分布的水冷管，所述水冷管的一端通入冷却水进口，另一端设有冷却水出口。
作为优选的技术方案，所述渣料处置单元包括设在焚烧网带下方的灰渣皮带以及在热解皮带下方的热解渣皮带；所述灰渣皮带的上料端正对焚烧皮带的出料端，灰渣皮带的出料端设有灰斗；热解渣皮带的上料端正对热解皮带的出料端，热解渣皮带的出料端设有热解渣储存仓；灰斗与热解渣储存仓内的渣料一起被输送至水泥窑生料配料系统。
本发明还公开了上述的适宜于水泥窑的网带式中高热值固废燃料焚烧热解系统的工作方法，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：标态下三次风的体积；m1为参与焚烧的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中高热值固废燃料焚烧单元内部；
步骤二、所述中高热值固废燃料在焚烧网带进行焚烧，焚烧产生的高温缺氧烟气在引风机的作用下，经过烟气冷却器降温后通往热解区域；
步骤三、来自所述焚烧区域的带热烟气与热解网带上的待热解中高热值固废燃料接触；产生的热解产物输送至所述热解产物利用单元；
步骤四、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；
焚烧和热解产生的油渣一起被输送至水泥窑生料配料系统。
本发明具有的优点和积极效果是：
本发明通过设置一体式的处理单元对中高热值固废燃料分别进行焚烧和热解处置，焚烧区域引入高温水泥窑三次风，中高热值固废燃料在焚烧区间充分不完全燃烧，产生的带热烟气通过烟气冷却器降温后，缺氧烟气到达热解区域，满足中高热值固废燃料热解的温度和缺氧气氛条件，中高热值固废燃料热解完产生的热解油和气在引风机的作用下输送至热解产物利用单元。
本发明对能量整体利用率高，设备占地小，且对水泥窑影响小，同时产生的高品质油和气供水泥窑用热，在实现中高热值固废燃料最大资源化的同时，避免了直接将中高热值固废燃料投加到分解炉这种传统处置中高热值固废燃料方式导致生产波动的情况出现。
附图说明
图1为本发明中用于水泥窑焚烧热解中高热值固废燃料的系统的示意图。
图中：1、两段式一体化网带窑；11、焚烧区域；12、焚烧网带；13、热解区域；14、热解网带；15、烟气冷却器；2、焚烧进料口；3、热解进料口；4、灰渣皮带；5、灰斗；6、热解渣皮带；7、热解渣储存仓；8、引风机。
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。
如图1所示，本发明公开了一种用于水泥窑焚烧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的固废燃料，例如油泥、秸秆、废纺、废塑料、轮胎粉、漆渣；本实施例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、处理单元、渣料处置单元和热解产物利用单元；
所述水泥窑取热单元通过取热管道的进气端连接水泥窑三次风管，出气端连接焚烧区域11；取热管道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。
所述处理单元包括两段式一体化网带窑1及其内部的烟气冷却器；所述烟气冷却器将两段式一体化网带窑1内部隔开为独立的焚烧区域11和热解区域13；具体的，焚烧区域11包括按一定速率朝向烟气冷却器移动的焚烧网带12；焚烧区域11设有正对焚烧网带12上料端的焚烧燃料进料口，从而操作人员可将待处理的部分油泥投入到焚烧网带12上；焚烧区域11还设有正对焚烧网带12的三次风进口，从而可以将来自水泥窑三次风管的热风作用于油泥的焚烧，保证了油泥焚烧所需的空气量和热度；焚烧产生的缺氧烟气在引风机8的作用下，经过烟气冷却器降温后通往热解区域13；焚烧区域11底部设有正对焚烧网带12出料端的焚烧渣料出口，用于将焚烧产生的渣料输送至渣料处置单元。
所述热解区域13按一定速率朝向烟气冷却器移动的热解网带14；热解区域13设有正对热解网带14上料端的热解燃料进料口，从而操作人员可将待处理其余油泥投入到热解网带14上；来自焚烧区域11的降温缺氧烟气可以保证油泥热解所需的缺氧气氛和温度；热解区域13底部同样设有正对热解网带14出料端的热解渣料出口，用于将热解产生的渣料输送至渣料处置单元。热解产生的气和油通过设在热解区域13顶部的热解产物出口进入所述热解产物利用单元。
本发明中，之所以选择处理单元分段焚烧和热解油泥，是由于焚烧产生的热量可以供给烟气冷却器和热解区域13，能量损失小，同时能满足在同一两段式一体化网带窑1中焚烧和热解同时进行，且相互利用。
本发明中，由于焚烧区间温度过高，为800℃至1000℃，而热解要求温度较焚烧低，为250℃～450℃，烟气冷却器位于焚烧和热解步骤之间，起到换热和控制温度的作用，同事经过加热的冷却水排出后可以二次利用，避免了热能的浪费。具体的，所述烟气处理器为蛇形分布的水冷管，所述水冷管的一端通入冷却水进口，另一端设有冷却水出口。
所述渣料处置单元包括设在焚烧网带12下方的灰渣皮带4以及在热解皮带下方的热解渣皮带6；所述灰渣皮带4的上料端正对焚烧皮带的出料端，灰渣皮带4的出料端设有灰斗5；同样的，热解渣皮带6的上料端正对热解皮带的出料端，热解渣皮带6的出料端设有热解渣储存仓7；灰斗5与热解渣储存仓7内的渣料一起被输送至水泥窑生料配料系统。
所述热解产物利用单元分别连接热解区域13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：
本发明中，区别于现有技术中所有中高热值固废燃料均在热解区域13中进行处理的做法，而是将部分油泥通入焚烧区域11进行焚烧，焚烧产生的热量用于热解区域13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区域11，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区域13中的油泥，同时焚烧产生的热量也可以被热解区域13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维持焚烧炉中温度在800℃至1000℃之间，可保证油泥充分焚烧。
三次风从焚烧区域11左端进入参与焚烧，产生的高温缺氧烟气经过烟气换热器降温后进入热解区域13为热解提供缺氧环境，最后经引风机8将热解气和油引入到热解产物利用单元。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，使得焚烧区域11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，从热解区域13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工作方法，包括如下步骤：
步骤一、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：标态下三次风的体积；m1为参与焚烧的油泥质量；
再将V0代入公式(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油泥焚烧单元内部；
步骤二、所述油泥在焚烧网带12进行焚烧，焚烧产生的高温缺氧烟气在引风机8的作用下，经过烟气冷却器降温后通往热解区域13；
步骤三、来自所述焚烧区域11的带热烟气与热解网带14上的待热解油泥接触；产生的热解产物输送至所述热解产物利用单元；
步骤四、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；
焚烧和热解产生的油渣一起被输送至水泥窑生料配料系统。
以上对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 (7)
1.一种用于水泥窑焚烧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的固废燃料；该系统依托水泥生产线而设置，其特征在于：包括水泥窑取热单元、处理单元、渣料处置单元和热解产物利用单元；
所述水泥窑取热单元的两端分别连接水泥窑三次风管和处理单元；
所述处理单元包括两段式一体化网带窑及其内部的烟气冷却器；所述烟气冷却器将两段式一体化网带窑内部隔开为独立的焚烧区域和热解区域；来自水泥窑三次风管的三次风通入所述焚烧区域；焚烧产生的缺氧烟气在引风机的作用下，经过烟气冷却器降温后通往热解区域；
所述渣料处置单元用于将焚烧区域和热解区域产生的渣料输送至水泥窑生料配料系统；
所述热解产物利用单元分别连接热解区域和煤粉炉，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。
2.如权利要求1所述的用于水泥窑焚烧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油泥、秸秆、废纺、废塑料、轮胎粉、漆渣。
3.如权利要求1所述的用于水泥窑焚烧热解中高热值固废燃料的系统，其特征在于：所述焚烧区域包括朝向烟气冷却器移动的焚烧网带；焚烧区域设有正对焚烧网带上料端的焚烧燃料进料口，焚烧区域还设有正对焚烧网带的三次风进口，焚烧区域底部设有正对焚烧网带出料端的焚烧渣料出口，用于将焚烧产生的渣料输送至渣料处置单元。
4.如权利要求1所述的用于水泥窑焚烧热解中高热值固废燃料的系统，其特征在于：所述热解区域包括朝向烟气冷却器移动的热解网带；热解区域设有正对热解网带上料端的热解燃料进料口，热解区域底部设有正对热解网带出料端的热解渣料出口，用于将热解产生的渣料输送至渣料处置单元；热解产生的气和油通过设在热解区域顶部的热解产物出口进入所述热解产物利用单元。
5.如权利要求1所述的用于水泥窑焚烧热解中高热值固废燃料的系统，其特征在于：所述烟气处理器为蛇形分布的水冷管，所述水冷管的一端通入冷却水进口，另一端设有冷却水出口。
6.如权利要求1所述的用于水泥窑焚烧热解中高热值固废燃料的系统，其特征在于：所述渣料处置单元包括设在焚烧网带下方的灰渣皮带以及在热解皮带下方的热解渣皮带；所述灰渣皮带的上料端正对焚烧皮带的出料端，灰渣皮带的出料端设有灰斗；热解渣皮带的上料端正对热解皮带的出料端，热解渣皮带的出料端设有热解渣储存仓；灰斗与热解渣储存仓内的渣料一起被输送至水泥窑生料配料系统。
7.如权利要求1至5任一项所述的用于水泥窑焚烧热解中高热值固废燃料的系统的工作方法，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：标态下三次风的体积；m1为参与焚烧的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中高热值固废燃料焚烧单元内部；
步骤二、所述中高热值固废燃料在焚烧网带进行焚烧，焚烧产生的高温缺氧烟气在引风机的作用下，经过烟气冷却器降温后通往热解区域；
步骤三、来自所述焚烧区域的带热烟气与热解网带上的待热解中高热值固废燃料接触；产生的热解产物输送至所述热解产物利用单元；
步骤四、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；
焚烧和热解产生的油渣一起被输送至水泥窑生料配料系统。
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