CN202371729U - 用于通过燃烧处理液体废料的炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于通过燃烧处理液体废料的炉。该炉用于通过使燃料与富含氧气的氧化剂燃烧来处理液体废料、特别是废酸或脏酸，该炉具有或包括至少三个燃烧器，这些燃烧器位于水平面内并定位在炉的侧壁中，使得所述燃烧器的喷射方向具有在竖直轴线周围和炉的侧壁内侧形成一闭合的多边形的水平分量。

Description

用于通过燃烧处理液体废料的炉

技术领域

本实用新型总体涉及一种用于通过燃烧处理液体废料的炉。更具体地，本实用新型涉及一种用于通过加热以热和氧化地离解(dissociate)液体废料来处理废酸或脏酸、尤其是废硫酸或脏硫酸的炉。

背景技术

液体废弃物的产生是许多工业过程中存在的一个普遍问题。例如，在许多工业过程的过程中产生废酸或脏酸。特别要提到的是在通过所谓的ACH过程制造甲基丙烯酸甲酯的过程中大量产生的脏硫酸。

在通过ACH过程生产甲基丙烯酸甲酯的过程中产生的硫酸被水、硫酸铵、硫酸氢铵和各种有机物种污染。通过燃烧处理这种废硫酸已在各种专利文献中描述，尤其是当所述炉是硫酸回收或再生设施的一部分时。

在一个这样的硫酸回收设施中，燃料、氧化剂和废酸被引入炉内。使用氧化剂燃烧燃料以产生所需的热量来使废酸蒸发并使酸及其相关的污染物离解。在硫酸再生的情况下，气态燃烧和离解产物主要由水、二氧化碳和二氧化硫以及可选的氧化剂中含有的氮组成。

在所述炉下游的设备中，这些气态燃烧产物例如首先通过废热锅炉以回收废热然后通过气体净化单元以脱水。脱水后，使含有二氧化硫的气流通过催化转化器，其中二氧化硫与氧反应而产生三氧化硫。然后使得到的产品通过吸收塔，其中三氧化硫通过接触过程与水反应以产生硫酸和/或发烟硫酸。

使用空气来支持燃烧过程伴有其特定问题。空气中所含的惰性气体(主要为氮气)显著加重了热负荷，这是因为它们在燃烧过程中也必须被加热至合适的温度。实际上，燃料燃烧过程中产生的热量很大一部分由于不得不加热空气中所含的惰性气体而被浪费。结果，空气燃烧器的热效率显著降低。

此外，在炉为专用于硫酸回收(下文称为SAR)的单元的一部分的情况下，空气中的惰性气体稀释了转化器(其中二氧化硫与氧反应而形成三氧化硫)中二氧化硫的浓度，从而限制了将二氧化硫转化为三氧化硫。对于给定的生产率，惰性气体还减少了反应物在转化器中的停留时间，从而使得必须使用大量催化剂来实现所想要的反应。其中炉利用空气来支持燃烧的SAR设备存在的又一个问题是炉的处理速度低于气体净化单元和转化器单元的处理速度。此外，炉内产生的热量可能不会有效地使充足的硫酸蒸发和离解以产生用于有效的下游处理的足够的二氧化硫浓度。在这些情况下，可能需要将额外的硫供给至炉并使其燃烧以便产生额外的二氧化硫。这明显增加了SAR处理的成本。

一般而言，使用空气作为氧化介质使得必须使用大型炉，并且由于空气中含有的惰性气体被向前携带至SAR过程随后的级，所以这里也需要大的设备尺寸以及大型涡轮压缩机来抽吸炉内产生的通过过程的各级的气体产物，结果造成大量使用能量。

已提出使用氧或富氧的空气来代替正常空气作为燃烧过程中的氧化剂。这种替代伴有其明显的优点，其中最显著的优点是量减小的氮气被引入炉内，或者完全避免了氮气的引入。因此，炉和其中结合有炉的SAR设备的生产量能够显著提高。使用氧或富氧的空气还充分减小了为了处理给定量的液体废料而消耗的燃料的量，这是因为减少或甚至消除了通过加热正常空气中含有的大量惰性气体发生的燃料浪费。此外，当氧或富氧空气用于燃烧时通过SAR设备输送的惰性气体的量的减小能够显著节省用于驱动设备压缩机的电能的量。使用氧或富氧空气还使得燃料更强地燃烧，从而产生更热的火焰，这种更热的火焰能够以更高的速率将液体废料转化为最终产品，例如将硫酸转化为二氧化硫。此外，在液体废料为废硫酸的情况下，较高的火焰温度倾向于减小炉内不希望有的三氧化硫的形成。

理论上，当使用氧或富氧的空气来支持炉内的燃烧时可实现较多的能量使用和燃料消耗的节省，此外，当这种炉为SAR设备的一部分时，与其中在燃烧过程中使用空气作为氧化剂的设备相比，能够在不降低设备的处理能力的情况下缩小下游设备的尺寸。

然而，主要问题发生在使用富氧的空气或特别是使用氧气作为氧化剂来支持燃烧时，其引起显著提高的火焰温度以及更局部化、即更小的火焰，导致不均匀的热量分布和局部热点。减小的火焰区域覆盖会引起液体废料的离解程度降低，因为一些液体废弃物可能绕开火焰。较高的火焰温度会引起对炉的耐火衬里的损坏。此外，较高的火焰温度倾向于导致以无法接受的量产生氮氧化物(NOx)。

本实用新型的一个目的是提供一种用于通过燃烧处理液体废料的改进的炉，该炉提供了富氧燃烧的能量效率和尺寸益处。本实用新型的一个特别的目的是提供这样一种炉：其能够实现液体材料的高程度离解，优选液体废料基本完全的离解。本实用新型的又一个目的是提供这样一种炉：其中能够基本避免损坏炉的耐火衬里。

实用新型内容

根据本实用新型的第一方面，提供一种用于通过燃料处理液体废料的炉。该炉具有竖直轴线、顶端、底端和将顶端与底端相连的大致圆筒形侧壁。该炉包括一个或多个用于从炉的顶端向下喷射液体废料的喷射器。此外，该炉包括用于喷射和燃烧燃料和氧化剂的装置，使得喷射的燃料与喷射的氧化剂的至少一部分燃烧以在炉内产生热量。该炉还装备有用于控制喷射到炉内的燃料的量的装置和用于控制喷射到炉内的氧化剂的量以便产生充足的热量来使炉内的液体废料蒸发并分解或离解从而产生气态废弃物流的装置。该炉还包括使气态废弃物流在炉的底端处离开的装置。排出的气态废弃物流通常如上所述被发送至下游的处理装置。

根据本实用新型，用于喷射氧化剂的装置与富氧氧化剂的源相连。富氧氧化剂具有66％vol(按体积计)至100％vol氧的氧含量。优选地氧化剂具有80％vol至100％vol且更优选地90％vol至100％vol氧的氧含量。有利地，可以使用基本上纯的氧气。

本实用新型的炉包括安装在炉的侧壁中并位于第一水平面中的第一组三个或更多个燃烧器。所述第一组燃烧器均具有燃烧器喷射方向，燃料和氧化剂根据所述燃烧器喷射方向被喷射到炉内。这样，炉内产生火焰。这些火焰基本上沿燃烧器喷射方向延伸。第一组中的每个燃烧器的燃烧器喷射方向在炉的竖直轴线周围具有相同的取向/方位。换言之，第一组中的所有燃烧器具有在竖直轴线周围为顺时针方向的燃烧器喷射方向，或者它们都具有在竖直轴线周围为逆时针方向的燃烧器喷射方向。第一组中的每个燃烧器的燃烧器喷射方向在第一水平面内具有水平分量。由于燃烧器的燃烧器喷射方向与水平面形成0°至30°的角度(0°的角度对应于水平燃烧器喷射方向且一般是优选的)，所以燃烧器喷射方向具有主要的水平分量。优选地，燃烧器喷射方向与第一水平面形成从0°至15°且更优选从0°至10°的角度。

中国专利申请CN-A-1224816中描述了特别有用的用于根据本实用新型的方法中的燃烧器。

通过这样将燃烧器安装在炉的侧壁中，避免了如具有安装在炉顶的燃烧器可能发生的对炉顶的热损坏。

根据本实用新型，第一组燃烧器的燃烧器喷射方向的水平分量在竖直轴线周围并沿侧壁在第一水平面内限定出一闭合的多边形，从而所述闭合的多边形位于侧壁内侧并且不会与所述侧壁相接触或相交。

出乎意料地发现，即使在这种构型中高温火焰以比较接近炉侧壁的方式被引导，也观察到侧壁的热损坏较小。推测这是由于当使用根据本实用新型的构型时火焰偏转的倾向性减小而实现的。

第一水平面中的燃烧器的数目尤其取决于所使用的燃烧器的类型和炉的截面积。通常，第一组燃烧器包括3至7个燃烧器，优选地3至5个燃烧器。

第一组燃烧器有利地均匀分布在竖直轴线周围。优选地，第一组燃烧器的燃烧器喷射方向的水平分量限定出一规则多边形。

该炉还可有利地装备有安装在炉的侧壁中并位于第一水平面内的第一组至少三个氧化剂喷枪。所述第一组中的氧化剂喷枪均具有喷枪喷射方向，氧化剂根据所述喷枪喷射方向被喷射到炉内。第一组氧化剂喷枪的喷枪方向满足与第一组燃烧器的燃烧器喷射方向相同的标准。换言之，第一组喷枪各者的喷枪喷射方向在竖直轴线周围具有与第一组燃烧器的燃烧器喷射方向相同的方位，具有在第一水平面内的水平分量，并与第一水平面形成从0°至30°、优选地从0°至15°且更优选地从0°到10°的角度。第一组喷枪的喷枪喷射方向的水平分量在竖直轴线周围并沿侧壁在第一水平面内限定出又一闭合的多边形，因此该又一闭合的多边形也位于侧壁内侧并且不会与所述侧壁相接触或相交。

有利地，第一组氧化剂喷枪中的至少一个位于第一组燃烧器中的每一对两个连续的燃烧器之间。

优选地，第一组喷枪均匀地分布在竖直轴线周围。

在第一水平面内设置这些氧化剂喷枪具有多个优点。例如，通过所述喷枪喷射氧化剂的一部分能实现喷射到第一水平火焰中的燃料的分级燃烧。这种分级燃烧提供了更低的火焰温度并因此提供了进一步降低的耐火材料损坏的风险。分级燃烧还提供了对炉截面的更好的交叉覆盖并因此提供了提高的液体废料离解过程的效率。

根据本实用新型的炉的一个特定的实施例，该炉包括用于检测通过所述一个或多个喷射器喷射到炉内的液体废料的量和/或性质的装置。在该情况下，所述用于控制氧化剂的量的装置有利地适于通过改变借助第一组氧化剂喷枪喷射的氧化剂的量来根据所检测到的喷射的液体废料的量和/或性质改变喷入第一水平面中的氧化剂的总量。实际上，在某些情况下，液体废料的组分(特别是水含量和/或污染程度)会随时间发生明显变化。同样，要在炉内处理的液体废料的量会随时间发生明显变化。

本实用新型的以上实施例的特别有利之处在于它允许将这些变化考虑在内并在炉的整个操作过程中维持高程度的液体废料转化。实际上，仅装备有燃烧器、即不具备氧化剂喷枪的炉的一个潜在缺点是大多数燃烧器仅能够在比较狭窄的功率范围内有效地工作。结果，如果不论以上变化都要实现高程度液体废料转化，则炉需要装备有这样的燃烧器，该燃烧器设计用于足够高的名义功率以处理大量的高含水量液体废弃物，从而在炉的大部分工作过程中实现炉的能量效率。氧化剂喷枪的设置能实现更大的过程灵活性并从而能量效率提高。

为了根据所喷射的液体废料的量和性质改变通过第一组喷枪喷射的氧化剂的量，所述用于检测液体废料的量和/或性质的装置可包括：

●用于测量喷射到炉内的液体废料的量的设备，和/或

●用于分析炉上游的液体废料的设备，和/或

●用于分析离开炉的气态废弃物流以便确定液体废料的离解程度的设备。

为了增加本实用新型的炉中每单位时间能够处理的液体废料的量，该炉可装备有附加加热装置。特别地，该炉可在不同的水平面中或在炉顶中装备有又一组或多组燃烧器，优选装备有相关的氧化剂喷枪组。

本实用新型因此还涵盖包括安装在炉的侧壁中并位于不同于第一水平面的第二水平面中的第二组三个或更多个燃烧器的如上所述的炉。所述第二组燃烧器均适于根据喷射方向将燃料和氧化剂喷射到炉内并在炉内产生火焰。第二组燃烧器各者的喷射方向在竖直轴线周围具有相同的取向，具有在第二水平面内的水平分量，并与第二水平面形成从0°至30°、优选地从0°至15°且更优选地从0°至10°的角度。第二组燃烧器的喷射方向的水平分量在竖直轴线周围并沿侧壁在第二水平面内限定出一闭合的多边形，从而该闭合的多边形位于侧壁内侧并且不会与所述侧壁相接触或相交。

第二组燃烧器可包括在第二水平面中的3至7个燃烧器，优选地3至5个燃烧器。

优选地，第二组燃烧器未定位在第一组燃烧器的正下方或正上方。

第二组燃烧器的燃烧器喷射方向在竖直轴线周围的取向可以与第一组燃烧器的燃烧器喷射方向相同或相反。

该炉有利地还包括安装在炉的侧壁中并位于第二水平面中的第二组至少三个氧化剂喷枪。所述第二组喷枪定位成根据喷枪喷射方向将氧化剂喷射到炉内。第二组喷枪各者的喷枪喷射方向在竖直轴线周围具有与第二组燃烧器的燃烧器喷射方向相同的取向，具有在第二水平面内的水平分量，并与第二水平面形成从0°至30°、优选地从0°至15°且更优选地从0°至10°的角度。第二组喷枪的喷枪喷射方向的水平分量在竖直轴线周围并沿侧壁在第二水平面内限定出又一闭合的多边形，从而所述闭合的多边形同样位于侧壁内侧并且不会接触所述侧壁或与所述侧壁相交。

第二组氧化剂喷枪中的至少一个有利地位于第二组燃烧器中的每一对两个连续的燃烧器之间并且第一组喷枪优选均匀地分布在竖直轴线周围。

同样，喷射到第二水平面中的氧化剂的总量能够通过用于控制氧化剂的量的装置、通过改变借助第二组氧化剂喷枪喷射的氧化剂的量来根据所检测到的喷射的液体废料的量和/或性质来改变，如以上针对第一组喷枪所述的那样。

所述一个或多个喷射器与液体废料的源相连并通常与废酸或脏酸的源相连。液体废料的源特别是可为废硫酸或脏硫酸、如含有20％至90％(按重量计)的硫酸和10％至80％(按重量计)的污染物的废硫酸的源。在该情况下，燃料燃烧所释放的热量用于离解硫酸以产生含有二氧化硫的燃烧气体。本实用新型的炉对于处理在制造甲基丙烯酸甲酯期间产生的废硫酸或脏硫酸(换言之，当液体废料的源是制造甲基丙烯酸甲酯的装置时)特别有用。

附图说明

下面将参考附图描述本实用新型的炉的一种类型，在附图中：

图1是适合用于本实用新型的过程中的炉的竖直截面的示意图。

图2是炉在第一水平面中的水平截面的示意图，该炉在第一水平面内具有安装在炉的侧壁中的六个氧-燃料燃烧器，但不具有氧化剂喷枪。

图3是炉在第一水平面中的水平截面的示意图，该炉在第一水平面内具有安装在炉的侧壁中的三个氧-燃料燃烧器和三个氧喷枪。

具体实施方式

如图1所示，液体废料(在本例中为废硫酸1)经位于炉3的圆顶4中的多个喷射器在炉3的顶端2处喷射，使得液体废酸平行于竖直炉轴线X-X从炉3的顶端2流到炉3的底端5。

一组氧-燃料燃烧器6在水平面8中安装在炉的侧壁7中，使得废液在其跨水平面8向下流动时与氧-燃料火焰9所产生的热量接触。废硫酸由此蒸发并氧化离解。由此获得的气态废料10经由位于炉的底端5的废气排气装置11从炉3排出以便进一步处理。

如图2所示，位于第一平面中的六个燃烧器6的燃烧器喷射方向的水平分量12在炉的竖直轴线周围形成一多边形，且更具体地形成一规则的六边形。该多边形整体位于炉的侧壁7内。结果，6个燃烧器所产生的热量有规则地跨越炉的截面传播，同时基本避免了对耐火材料的热损坏。

根据图3所示的可选构型，三个氧-燃料燃烧器安装在炉3的侧壁7中。位于第一平面中的三个燃烧器6的燃烧器喷射方向的水平分量12在炉的竖直轴线周围形成一多边形，更具体地形成一规则三角形。多边形整体位于炉的侧壁7内。除了这三个氧-燃料燃烧器6外，三个氧喷枪13在第一水平面内等距地安装在炉的侧壁3中。各氧喷枪13位于两个氧-燃料燃烧器6之间且各氧-燃料燃烧器6位于两个氧喷枪13之间。所述氧喷枪13的喷枪喷射方向的水平分量14在炉的竖直轴线周围形成又一多边形，更具体地又一规则三角形，所述又一多边形整体位于炉的侧壁7内。通过将氧射流15喷射到炉内，实现了分级的氧燃料燃烧。这种分级氧燃料燃烧的一个优点是通过经燃烧器6喷射的燃料的燃烧产生的热量更均匀地跨炉的整个截面传播并避免了过于局部化的峰值温度。氧-燃料喷枪13的存在也增加了炉的灵活性。实际上，可根据喷射到炉内的液体废料的量和/或成分匹配借助于氧射流15喷射到炉内的氧气的量，以便确保所有液体废料充分离解。通过仅改变或主要改变借助氧喷枪13喷射的氧气的量，确保了由氧-燃料燃烧器6产生的火焰9的稳定性。尽管在图1所示的实施例中燃料和氧仅在一个水平面中喷射，但根据本实用新型，也可在炉3的不同高度、特别是在不同的水平面中喷射燃料和氧气。这包括将仅燃烧器定位在其中的水平面与燃烧器和氧化剂喷枪定位在其中的又一水平面相结合的可能性，以及将燃烧器定位在其中的水平面——其中具有或不具有氧化剂喷枪——与仅氧化剂喷枪定位在其中的水平面相结合的可能性。

已发现本实用新型的炉的效率和寿命与已知的用于处理液体废料的炉相比得到大幅提高。

Claims (14)

1.一种用于通过燃烧处理液体废料的炉，所述炉(3)具有竖直轴线、顶端(1)、底端(5)和将所述顶端(4)与所述底端(5)相连的大致圆筒形侧壁(7)，所述炉还包括：

(a)用于在所述炉(3)的所述顶端(4)处向下喷射液体废料的一个或多个喷射器，

(b)用于喷射燃料的装置和用于将氧化剂喷射到所述炉(3)内的装置，以及用于使所述燃料与所述氧化剂的至少一部分燃烧以便在所述炉(3)内产生热量的装置，

(c)用于控制燃料的量的装置和用于控制喷射到所述炉内的氧化剂的量的装置，以便产生充足的热量以使所述炉(3)内的液体废料蒸发和离解从而产生气态废弃物流，以及

(d)气态废弃物流在所述炉(3)的所述底端(5)处离开，

·其中所述用于喷射氧化剂的装置与富氧氧化剂的源相连，并且

·其中所述炉(3)包括安装在所述炉(3)的所述侧壁(7)中并位于第一水平面(8)中的第一组三个或更多个燃烧器(6)，所述第一组燃烧器(6)均适于根据燃烧器喷射方向将燃料和氧化剂喷射到所述炉内并在所述炉内产生火焰(9)，所述第一组燃烧器各者的所述燃烧器喷射方向在所述竖直轴线周围具有相同的取向，具有在所述第一水平面(8)内的水平分量(12)，并与所述第一水平面(8)形成从0°至30°的角度，从而所述第一组燃烧器(6)的燃烧器喷射方向的水平分量(12)在所述竖直轴线周围并沿所述侧壁(7)在所述第一水平面(8)内限定出一闭合的多边形，其中所述闭合的多边形位于所述侧壁(7)的内侧且不会与所述侧壁(7)相接触或相交。

2.如权利要求1所述的炉，其特征在于，所述第一组燃烧器包括在所述第一水平面(8)中的3至7个燃烧器(6)。

3.如权利要求1所述的炉，其特征在于，所述第一组燃烧器(6)均 匀分布在所述竖直轴线周围。

4.如权利要求1至3中任一项所述的炉，其特征在于，所述炉还包括安装在所述炉(3)的所述侧壁(7)中并位于所述第一水平面(8)中的第一组至少三个氧化剂喷枪(13)，所述第一组喷枪(13)定位成根据喷枪喷射方向将氧化剂喷射到所述炉(3)内，所述第一组喷枪各者的所述喷枪喷射方向在所述竖直轴线周围具有与所述第一组燃烧器(6)的所述燃烧器喷射方向相同的取向，具有在所述第一水平面(8)内的水平分量(14)，并与所述第一水平面形成从0°至30°的角度，从而所述第一组喷枪(13)的所述喷枪喷射方向的所述水平分量(14)在所述竖直轴线周围并沿所述侧壁(7)限定出又一闭合的多边形，其中所述又一闭合的多边形等距地位于所述侧壁(7)的内侧且不会与所述侧壁(7)相接触或相交。

5.如权利要求4所述的炉，其特征在于，所述第一组氧化剂喷枪(13)中的至少一个位于所述第一组燃烧器中的每一对两个连续的燃烧器(6)之间。

6.如权利要求4所述的炉，其特征在于，所述第一组喷枪(13)均匀分布在所述竖直轴线周围。

7.如权利要求4所述的炉，其特征在于，所述炉包括用于检测被喷射到所述炉内的液体废料的量和/或性质的装置，并且其中所述用于控制喷射到所述炉内的氧化剂的量的装置适于通过改变借助所述第一组氧化剂喷枪(13)喷射的氧化剂的量来根据所检测到的喷射的液体废料的量和/或性质改变在所述第一水平面(8)中喷射的氧化剂的总量。

8.如权利要求1至3中任一项所述的炉，其特征在于，所述炉还包括安装在所述炉的所述侧壁中并位于不同于所述第一水平面(8)的第二水平面中的第二组三个或更多个燃烧器，所述第二组燃烧器均适于根据喷射方向将燃料和氧化剂喷射到所述炉内并在所述炉内产生火焰，所述第二组燃烧器各者的所述喷射方向在所述竖直轴线周围具有相同的取向，具有在所述第二水平面内的水平分量，并与所述第二水平面形成从0°至30°的角度，从而所述第二组燃烧器的所述喷射方向的所述水平分量在所述竖直轴 线周围并沿所述侧壁(7)在所述第二水平面内限定出一闭合的多边形，其中所述闭合的多边形位于所述侧壁(7)的内侧且不会与所述侧壁(7)相接触或相交。

9.如权利要求8所述的炉，其特征在于，所述第二组燃烧器包括在所述第二水平面中的3至7个燃烧器。

10.如权利要求8所述的炉，其特征在于，所述第二组燃烧器未定位在所述第一组燃烧器(6)的正下方或正上方。

11.如权利要求8所述的炉，其特征在于，所述炉还包括安装在所述炉的所述侧壁中并位于所述第二水平面中的第二组至少三个氧化剂喷枪，所述第二组喷枪定位成根据喷枪喷射方向将氧化剂喷射到所述炉(3)内，所述第二组喷枪各者的所述喷枪喷射方向在所述竖直轴线周围具有与所述第二组燃烧器的所述燃烧器喷射方向相同的取向，具有在所述第二水平面内的水平分量，并与所述第二水平面形成从0°至30°的角度，从而所述第二组喷枪的所述喷枪喷射方向的所述水平分量在所述竖直轴线周围并沿所述侧壁(7)在所述第二水平面内限定出又一闭合的多边形，其中所述又一闭合的多边形等距地位于所述侧壁(7)的内侧且不会与所述侧壁(7)相接触或相交。

12.如权利要求11所述的炉，其特征在于，所述第二组氧化剂喷枪中的至少一个位于所述第二组燃烧器中的每一对两个连续的燃烧器之间。

13.如权利要求1至3中任一项所述的炉，其特征在于，所述一个或多个用于喷射液体废料的喷射器与脏酸的源相连接。

14.如权利要求13所述的炉，其特征在于，所述脏酸的源是废硫酸的源。 

Images