CN207811276U - 燃料燃烧烟气裂解装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种燃料燃烧烟气裂解装置，包括内部呈负压状态的烟雾消纳舱和第一可燃物质形成舱。燃料燃烧得到的烟气经过烟雾消纳仓后，经过预热‑混合水蒸气‑奇数次对撞之后能够使烟气中气体分子中心温度达到瞬时3000度的高温，烟气中的CO₂分子能够在该高温下发生裂解反应，转换为离子态CO，之后经过第一可燃物质形成舱喷淋降温得到处于稳定状态的CO分子，完成了烟气转换为可燃气体的反应。本实用新型的上述方案，能够通过少量能量的消耗，完成烟气到可燃气体的转换过程，提高了能源的利用效率还能够保证烟气中的所有物质均不必向大气环境中排放。

Description

燃料燃烧烟气裂解装置

技术领域

本实用新型涉及废气处理技术领域，具体涉及一种燃料燃烧烟气裂解装置。

背景技术

现有燃料如煤炭、天然气垃圾、秸秆等，其燃烧后的烟气中，除了一部分微尘物质之外，主要包括CO₂、硫化物、氮化物等。

目前，对燃料燃烧的烟气处理过程一般包括如下步骤：对烟气进行除尘处理-对烟气进行脱硫脱硝处理-排放。烟气经过上述处理之后，排放到大气环境中物质的基本是CO₂。众所周知，由于温室效应，CO₂的排放量应尽可能的降低，而且C元素本身是可以燃烧生成热量的，以CO₂的形式排放至空气中也带来了一定程度的损失。

为此，现有技术中也有相关研究提出，在高温环境下能够将CO₂转换为CO，以使CO能够再次燃烧释放能量，但是为提供该高温环境，需要消耗大量的能源物质，实际效果显示这种方式是得不偿失的。

因此现有的烟气处理方式还有较大的改进空间。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种燃料燃烧烟气裂解装置，能够将燃烧生成的烟气中的CO₂处理为可燃烧的CO，处理得到的可燃气体可被继续利用，从而降低了CO₂的排放量并且提高了燃料能量的利用率。

为此，本实用新型提供一种燃料燃烧烟气裂解装置，包括内部呈负压状态的烟雾消纳舱和第一可燃物质形成舱，其中：

所述烟雾消纳舱，其舱壁顶部开设有烟气进口，其舱内自上而下包括加温区、喷淋区、裂解区和导流区；

所述加温区，其底部设置有用于放置热源的支撑部，待处理的烟气经所述烟气进口进入所述加温区，在所述热源的作用下得到被加热至预设温度的烟气；

所述喷淋区，其舱壁包括第一内壁和第一外壁，所述第一内壁与所述第一外壁之间形成第一储水腔；所述第一外壁上开设有与水源连通的第一进水口，所述第一内壁上开设有至少一个喷水口；所述被加热至预设温度的烟气进入所述喷淋区后，所述喷水口喷出水雾，所述水雾在所述喷淋区内气化形成水蒸气分散在所述被加热至预设温度的烟气中得到待裂解的烟气；

所述裂解区，其舱壁包括第二内壁和第二外壁，所述第二外壁上开设有可燃气体出口；所述导流区，其舱壁由所述第二外壁向与其中心轴线呈预设角度的方向延伸得到，其底部开设有废弃物出口；在所述导流区的引导下，所述待裂解的烟气在所述裂解区内进行奇数次气流对撞，使得所述待裂解的烟气中的气体分子温度达到瞬时3000度以上的温度，所述待裂解的烟气发生裂解反应得到离子态的可燃气体，所述离子态的可燃气体在负压作用下经所述可燃气体出口输出；

所述第一可燃物质形成舱，其顶部开设有第一出气口及与水源连通的第三进水口，其底部开设有第一排水口及与所述可燃气体出口连接的第一进气口；完成喷淋后的水由所述第一排水口排出，得到的可燃气体在负压作用下经所述第一出气口输出。

可选地，上述燃料燃烧烟气裂解装置中，所述第一可燃物质形成舱中：

所述第一进气口每进入1升的所述离子态的可燃气体，所述第三进水口进入至少10升的水进行喷淋。

可选地，上述燃料燃烧烟气裂解装置中，所述加温区，其舱壁包括第三内壁和第三外壁，所述第三内壁与所述第三外壁之间形成第二储水腔；

所述第三外壁，其顶部与所述烟气进口相邻位置处开设有用于与溢水管相连的溢水口，其底部侧面开设有与水源连通的第二进水口。

可选地，上述燃料燃烧烟气裂解装置中，所述热源为可燃烧物质或电热转换部件。

可选地，上述燃料燃烧烟气裂解装置中，所述喷淋区内的所述第一内壁上设置有至少一个温度传感器，所述喷水口处设置有开关控制器；所述温度传感器检测所述喷淋区内的温度值，当检测到的温度值达到或超过所述预设温度时，所述开关控制器控制所述喷水口打开。

可选地，上述燃料燃烧烟气裂解装置中，还包括：

废弃物收集舱，设置于所述烟雾消纳舱底部，接收所述废弃物出口排出的废弃物以及所述溢水口排出的水。

可选地，上述燃料燃烧烟气裂解装置中，所述第一可燃物质形成舱的所述进气口的气体流动速度在36-38米/秒的范围内。

可选地，上述燃料燃烧烟气裂解装置中，还包括：

第二可燃物质形成舱，其顶部开设有第二出气口及与水源连通的第四进水口，其底部开设有第二排水口及与所述第一出气口连接的第二进气口；其中，所述第二进气口进入的所述可燃气体，由所述第四进水口进入的水进行喷淋；水由所述第二排水口排出，经二次处理后的可燃气体经所述第二出气口输出。

可选地，上述燃料燃烧烟气裂解装置中，所述第二可燃物质形成舱的直径大于所述第一可燃物质形成舱的直径；

所述第二可燃物质形成舱的高度小于所述第一可燃物质形成舱的高度。

本实用新型提供的上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：燃料燃烧得到的烟气经过烟雾消纳仓后，经过预热-水蒸气混合-奇数次对撞之后能够使烟气中气体分子中心温度达到瞬时3000度以上的高温，烟气中的CO₂分子能够在该高温下发生裂解反应，转换为离子态CO，之后经过水的喷淋降温能够得到处于稳定状态的CO分子，即完成了烟气转换为可燃气体的反应。整个过程中只需要在初始阶段将烟气加温至1000度左右的预设温度，所需的能量消耗非常少，通过少量焦炭燃烧或者电热丝发热的形式即可实现。所以本实用新型的上述方案，能够通过少量能量的消耗，完成烟气到可燃气体的转换过程，提高了能源的利用效率还能够保证烟气中的所有物质均不必向大气环境中排放。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述燃料燃烧烟气裂解装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所述烟雾消纳舱的结构示意图；

图3为本实用新型实施例所述第一可燃物质形成舱的结构示意图；

图4为本实用新型实施例所述可燃物质二次形成舱的结构示意图。

具体实施方式

以下详细说明本实用新型的技术方案，在以下描述中，更为详细的限定了实施例的不同方面。如此限定的各个方面可以与任何其他一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤其是被认为优选的或者有利的任何特征可以与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征进行组合。

在以下实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在以下实施例的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等用于在类似要素之间进行区别，并且不一定是描述特定的次序或者按时间的顺序。要理解，这样使用的这些术语在适当的环境下是可互换的，使得在此描述的主题的实施例如是能够以与那些说明的次序不同的次序或者以在此描述的另外的次序来进行操作。

本实施例提供一种燃料燃烧烟气裂解装置，如图1所示，包括其内部呈负压状态的烟雾消纳舱100、第一可燃物质形成舱200、第二可燃物质形成舱300以及废弃物收集舱400，上述各部件可设置于设备底座500之上。实际应用时，可采用现有的形成负压的方法，常见方法如在装置末端设置风机，风机将装置内部的气体向外抽取使装置内部形成负压。

理论上，烟气经过烟雾消纳舱100和第一可燃物质形成舱200后就能够得到纯度较高的可燃气体，但是为了保证可燃气体的纯度达到90％以上，如图1所示，可以在第一可燃物质形成舱200后再增加第二可燃物质形成舱300，第二可燃物质形成舱300的工作原理与第一可燃物质形成舱200相同，其作用是将第一可燃物质形成舱200处理后的气体中的残留杂质除去，以提高最终得到的可燃气体的纯度。

下面对装置中各个部分进行详细说明。

如图2所示，所述烟雾消纳舱100，其舱内自上而下包括加温区101、喷淋区102、裂解区103和导流区104；所述加温区101的上方还可以包括一部分空间用于烟气流通，这部分空间定义为烟雾区105，所述烟雾消纳舱100的舱壁顶部开设有烟气进口，所述加温区101底部设置有用于放置热源的支撑部111，待处理的烟气106经所述烟气进口进入所述烟雾区105，之后进入所述加温区101，在所述热源的作用下被加热至预设温度的烟气。所述预设温度可以根据所述热源的热值来确定，例如选择热源为焦炭时，所述预设温度可设定为1000度。另外，在所述加温区101和所述烟雾区105外部，其舱壁包括第三内壁和第三外壁，所述第三内壁与所述第三外壁之间形成第二储水腔；所述第三外壁，其顶部与所述烟气进口相邻位置处开设有用于与溢水管402相连的溢水口，其底部侧面开设有与水源连通的第二进水口108，在所述第三内壁的内侧可以设置由耐高温陶瓷材料制备得到的耐火砖107。由于热源启动加热后会将烟雾区105和加温区101内的温度提升至几百甚至上千度，因此内部附加耐火砖外部设置储水腔能够有效的将热量隔绝在舱壁以内。在负压的作用下，被加热至预设温度的烟气进入到喷淋区102内。

如图，所述喷淋区102其舱壁包括第一内壁和第一外壁，所述第一内壁与所述第一外壁之间形成第一储水腔；所述第一外壁上开设有与水源连通的第一进水口109，所述第一内壁上开设有至少一个喷水口，所述被加热至预设温度的烟气进入所述喷淋区102后，所述喷水口喷出水雾。具体实现时，可以在所述喷淋区内的所述第一内壁上设置有至少一个温度传感器，所述喷水口处设置有开关控制器；所述温度传感器检测所述喷淋区内的温度值，当检测到的温度值达到或超过所述预设温度时，所述开关控制器打开所述喷水口。因为一旦被加热至预设温度的烟气进入到喷淋区内，喷淋区内的温度必然会在段时间内迅速上升，当温度传感器感应到喷淋区内的温度达到预设温度时，可以说明喷淋区内基本充满了被加热至预设温度的烟气，此时即可进行喷水操作。由于被加热至预设温度的烟气的存在，此时喷淋区内部的温度应该也在1000度左右，远远高于水的气化温度(100度)，因此水雾被喷淋至喷淋区内后迅速气化得到水蒸气，水蒸气分散在所述被加热至预设温度的烟气中得到待裂解的烟气。在负压作用下，待裂解的烟气进入到裂解区内103。

所述裂解区103，其舱壁包括第二内壁和第二外壁，所述第二外壁上开设有可燃气体出口110；所述导流区104，其舱壁由所述第二外壁向所述烟雾消纳舱中心轴线的延伸得到，其底部开设有废弃物出口；所述待裂解的烟气经过所述裂解区103后进入所述导流区104，在所述导流区104的引导下在所述裂解区103内进行奇数次气流对撞，使得所述待裂解的烟气中的气体分子的瞬时温度达到3000度以上，所述待裂解的烟气发生裂解反应得到离子态的可燃气体后经所述可燃气体出口输出；以上，裂解区103内气流对撞的次数由预设温度值以及导流区104的舱壁与烟雾消纳舱100的中心轴线的夹角决定，例如当预设温度为1000度时，其中的对撞次数可以设定为3次即可实现分子中心温度达到3000度的效果，而如果预设温度较低时，可以通过改变导流区的舱壁与烟雾消纳舱中心轴线的夹角增加气流对撞的次数。具体地，所述裂解区和所述导流区，可以采用北京万隆复合材料研究所生产的WL59工业废气裂解炉来实现。

如图3所示，所述第一可燃物质形成舱200，其顶部开设有第一出气口205及与水源连通的第三进水口，图中第三进水口经过进水管路202与水源连通，所述第一可燃物质形成舱200的底部开设有第一排水口204及与所述可燃气体出口连接的第一进气口203；其中，所述第一进气口每进入1升的所述离子态的可燃气体，所述第三进水口进入至少10升的水进行喷淋，为了使得离子态的可燃气体能够被更好地降温处理，可以控制气体流动速度尽可能慢，优选所述进气口的气体流动速度在36-38米/秒的范围内。最终，水由所述第一排水口排出，得到可燃气体经所述第一出气口输出。在所第三进水口的接口处设置有喷淋装置201，水经过喷淋装置后向进入到第一可燃物质形成舱200中的气体进行喷淋降温，进入到其内部的离子态的可燃物质降温之后，其中的部分水溶性物质可直接在喷淋水的作用下沉降最终输出至废弃物收集舱中，剩余的可燃物质经降温后可转换为稳定的气体分子状态，之后将其输出。

如前所述，所述第二可燃物质形成舱300可以和所述第一可燃物质形成舱200采用相同的结构实现，其顶部开设有第二出气口305及与水源连通的第四进水口，图中第四进水口通过给水管302与水源连通。所述第二可燃物质形成舱300，其底部开设有第二排水口304及与所述第一出气口205连接的第二进气口303；其中，所述第二进气口303进入的所述可燃气体，由所述第四进水口进入的水进行喷淋；水由所述第二排水口排出，经二次处理后的可燃气体经所述第二出气口输出。在所第三进水口的接口处设置有喷淋装置301，水经过喷淋装置301后向进入到第二可燃物质形成舱300中的气体进行喷淋降温。由于经过第一可燃物质形成舱200的处理之后，可燃气体中杂质已经被除去了一大部分，因此进入到第二可燃物质形成舱300的杂质的量比较小，所以可以设置第二可燃物质形成舱300的容积、进入气体与喷淋水量的比等都小于第一可燃物质形成舱200中的情况即可。对比图3和图4可以得到，所述第二可燃物质形成舱300的直径大于所述第一可燃物质形成舱200的直径；所述第二可燃物质形成舱300的高度小于所述第一可燃物质形成舱200的高度。

经过处理后得到的可燃气体，能够被收集利用，也可以通过气体管路直接输入至锅炉等需要热量的装置中。经过上述处理之后，燃料燃烧后的烟气不再向大气中排放，对于环境的污染程度降到最低，而烟气经过处理后依然能够再次被利用释放热量，降低了能量的损失。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种燃料燃烧烟气裂解装置，其特征在于，包括内部呈负压状态的烟雾消纳舱和第一可燃物质形成舱，其中：

所述烟雾消纳舱，其舱壁顶部开设有烟气进口，其舱内自上而下包括加温区、喷淋区、裂解区和导流区；

所述加温区，其底部设置有用于放置热源的支撑部，待处理的烟气经所述烟气进口进入所述加温区，在所述热源的作用下得到被加热至预设温度的烟气；

所述喷淋区，其舱壁包括第一内壁和第一外壁，所述第一内壁与所述第一外壁之间形成第一储水腔；所述第一外壁上开设有与水源连通的第一进水口，所述第一内壁上开设有至少一个喷水口；所述被加热至预设温度的烟气进入所述喷淋区后，所述喷水口喷出水雾，所述水雾在所述喷淋区内气化形成水蒸气分散在所述被加热至预设温度的烟气中得到待裂解的烟气；

所述裂解区，其舱壁包括第二内壁和第二外壁，所述第二外壁上开设有可燃气体出口；所述导流区，其舱壁由所述第二外壁向与其中心轴线呈预设角度的方向延伸得到，其底部开设有废弃物出口；在所述导流区的引导下，所述待裂解的烟气在所述裂解区内进行奇数次气流对撞，使得所述待裂解的烟气中的气体分子温度达到瞬时3000度以上的温度，所述待裂解的烟气发生裂解反应得到离子态的可燃气体，所述离子态的可燃气体在负压作用下经所述可燃气体出口输出；

所述第一可燃物质形成舱，其顶部开设有第一出气口及与水源连通的第三进水口，其底部开设有第一排水口及与所述可燃气体出口连接的第一进气口；完成喷淋后的水由所述第一排水口排出，得到的可燃气体在负压作用下经所述第一出气口输出。

2.根据权利要求1所述燃料燃烧烟气裂解装置，其特征在于，所述第一可燃物质形成舱中：

所述第一进气口每进入1升的所述离子态的可燃气体，所述第三进水口进入至少10升的水进行喷淋。

3.根据权利要求2所述的燃料燃烧烟气裂解装置，其特征在于：

所述加温区，其舱壁包括第三内壁和第三外壁，所述第三内壁与所述第三外壁之间形成第二储水腔；

所述第三外壁，其顶部与所述烟气进口相邻位置处开设有用于与溢水管相连的溢水口，其底部侧面开设有与水源连通的第二进水口。

4.根据权利要求2所述的燃料燃烧烟气裂解装置，其特征在于：

所述热源为可燃烧物质或电热转换部件。

5.根据权利要求2所述的燃料燃烧烟气裂解装置，其特征在于：

所述喷淋区内的所述第一内壁上设置有至少一个温度传感器，所述喷水口处设置有开关控制器；所述温度传感器检测所述喷淋区内的温度值，当检测到的温度值达到或超过所述预设温度时，所述开关控制器控制所述喷水口打开。

6.根据权利要求3所述的燃料燃烧烟气裂解装置，其特征在于，还包括：

废弃物收集舱，设置于所述烟雾消纳舱底部，接收所述废弃物出口排出的废弃物以及所述溢水口排出的水。

7.根据权利要求1-6任一项所述的燃料燃烧烟气裂解装置，其特征在于：

所述第一可燃物质形成舱的所述进气口的气体流动速度在36-38米/秒的范围内。

8.根据权利要求7所述的燃料燃烧烟气裂解装置，其特征在于，还包括：

第二可燃物质形成舱，其顶部开设有第二出气口及与水源连通的第四进水口，其底部开设有第二排水口及与所述第一出气口连接的第二进气口；其中，所述第二进气口进入的所述可燃气体，由所述第四进水口进入的水进行喷淋；水由所述第二排水口排出，经二次处理后的可燃气体经所述第二出气口输出。

9.根据权利要求8所述的燃料燃烧烟气裂解装置，其特征在于：

所述第二可燃物质形成舱的直径大于所述第一可燃物质形成舱的直径；

所述第二可燃物质形成舱的高度小于所述第一可燃物质形成舱的高度。