富氧燃燒法處理炭化爐黃煙技術(shù)

1、活性炭炭化爐尾氣高效環(huán)保處理-富氧燃燒法 編寫單位：寧夏大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院 指導(dǎo)教師：胡奇林 編寫人員：馬飛龍 編寫時(shí)間：2014年6月目錄1、 研究背景 1、炭化爐黃煙 2、富氧燃燒技二、研究思路三、富氧燃燒工藝及相關(guān)圖紙 1、工藝介紹 2、工藝框圖 3、設(shè)備示意圖 4、工藝流程圖4、 設(shè)備選型 1、主要設(shè)備選型 2、主要操作條件 3、設(shè)備清單五、創(chuàng)新設(shè)計(jì)六、富氧燃燒技術(shù)指標(biāo)1 研究背景1.1 炭化概念及傳統(tǒng)工藝介紹1.1.1 炭化概念 炭化是活性炭生產(chǎn)的第一道熱處理工序，是指在低溫下（500 左右）煤及煤瀝青的熱分解、固化以及煤焦油中低分子物質(zhì)的揮發(fā)。1.1.2 炭化目的 排除成型料中的揮

2、發(fā)分及水分，提高炭顆粒強(qiáng)度，使炭顆粒形成初步孔隙。1.1.3 常用設(shè)備 煤基活性炭常用設(shè)備為回轉(zhuǎn)式炭化爐。1.1.4 炭化料的工藝指標(biāo)1.1.5 炭化典型傳統(tǒng)工藝1 物料流程成型顆粒經(jīng)提升機(jī)直接加入回轉(zhuǎn)爐的加料室，靠重力落入回轉(zhuǎn)爐內(nèi)，沿回轉(zhuǎn)爐內(nèi)的螺旋板帶到抄板上，靠筒體的坡度和轉(zhuǎn)動(dòng)物料由爐尾向爐頭出料口移動(dòng)。物料首先經(jīng)過溫度為200 的預(yù)熱干燥階段，進(jìn)入350550 的炭化階段，在這個(gè)過程中，炭顆粒與熱氣流接觸而進(jìn)行炭化，排出水分及揮發(fā)分，同時(shí)不可避免因摩擦?xí)a(chǎn)生一些粉末料，最后經(jīng)卸料口卸出。2 氣體流程補(bǔ)燃燃料（煤、煤氣、柴油、重油）由爐頭進(jìn)入炭化爐，由于爐尾引風(fēng)機(jī)和煙囪的作用，與炭化料的水

3、分和揮發(fā)分一起流向爐尾，爐尾設(shè)置焚燒室通過外加燃料提高溫度，使溫度達(dá)到尾氣燃點(diǎn)溫度，點(diǎn)燃后經(jīng)補(bǔ)充燃燒室焚燒后排入煙囪。3工藝的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：投資少。 缺點(diǎn)：運(yùn)行費(fèi)用高（主要是爐頭爐尾補(bǔ)充燃燒需人工和外加燃料）；不能保證煙囪不冒黑煙；能源沒有充分利用。4 炭化工藝相關(guān)問題的提出與分析A 煙囪冒黑煙造成的原因 經(jīng)取樣分析證實(shí)：形成黑煙的固體物質(zhì)主要成分是碳元素，黑煙是有很多細(xì)小含碳微顆粒組成，它可在空氣中飄游很遠(yuǎn)，對人體危害很大。黑煙的產(chǎn)生，是由各種燃料不完全燃燒（主要是化學(xué)不完全燃燒）碳原子在高溫條件下還原成極細(xì)的微粒（小于1um），其顏色很黑，稱為炭黑，當(dāng)隨煙氣排出時(shí)產(chǎn)生黑煙。即解決黑煙問題主

4、要是研究充分燃燒問題。B 炭化爐尾氣黃煙的成分 成型料在炭化過程中受溫度作用，發(fā)生熱分解反應(yīng)，產(chǎn)生大量的揮發(fā)物質(zhì)，這是一種黃色煙氣，慣稱黃煙，其主要成分是笨、萘、菲、酚、硫化氫及衍生物等有機(jī)化合物。這些物質(zhì)對生物危害極大，同時(shí)這些物質(zhì)又是有價(jià)值的化工原料，活性炭制造的粘合劑，還可以用作燃料。C 炭化尾氣含塵量 理論的炭化工藝是不產(chǎn)生粉塵的，但實(shí)際由于炭化料在爐體中相互之間以及與爐體間長達(dá)30-50 min的相互摩擦，不可避免地會產(chǎn)生粉塵，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，粉塵量很大，而且粉塵主要是煤粉，也是能量的一部分。新工藝必須考慮粉塵的收集和利用問題，既是節(jié)能又是環(huán)保。D 炭化料炭化過程中的能量平衡 炭化

5、過程是把原料隔絕空氣加熱，在一定的低溫范圍內(nèi)，物料中的低分子物質(zhì)首先揮發(fā)，然后煤及煤焦油瀝青分解和固化。整個(gè)炭化過程中物料會發(fā)生一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)變化，其中物理變化主要是脫水、脫氣和干燥過程；化學(xué)變化主要是熱分解和熱縮聚兩類反應(yīng)。物料在熱分解和熱縮聚反應(yīng)過程中析出煤氣和煤焦油。在傳統(tǒng)工藝中，為保證炭化溫度，在爐頭通過燃燒外加燃料提供爐頭溫度，尾部為了使煙氣達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行焚燒，兩頭外加燃料，與其矛盾的是炭化料炭化過程中排出的黃煙本身又是燃料，能否將黃煙的熱值循環(huán)利用于炭化爐，以及如何使尾部煙氣能量返回爐頭是解決這一矛盾的焦點(diǎn)。5 碳化爐尾氣研究處理現(xiàn)狀炭化爐尾氣濃度低，不易燃燒，同時(shí)由于炭

6、化料顆粒的磨損和氣流速度的影響，煙氣中還帶有一定量的煤粉。目前主要的處理方法主要是脫硫脫硝裝置。最新研究主要利用焚燒爐對炭化爐尾氣進(jìn)行處理。焚燒爐設(shè)計(jì)需要考慮粉塵的收集、煙氣燃燒溫度的大小、配風(fēng)的合理、爐頭返回?zé)煔夥祷攸c(diǎn)的設(shè)計(jì)和量的分配等一系列問題。綜合考慮，對尾氣中含有大量的低濃度可燃?xì)怏w和可燃固體顆粒的尾氣，采用先使用高品位燃料補(bǔ)燃，在焚燒爐內(nèi)溫度達(dá)到700-900 ，分段強(qiáng)制配風(fēng)，分段燃燒、蓄熱恒溫、M型煙道回程、絕熱燃燒技術(shù)，使尾氣中的可燃?xì)怏w和固體顆粒有充足的時(shí)間與氧氣接觸、燃盡，降低污染排放，使其能量得到充分利用。大的粉塵通過擴(kuò)容減速慣性分離在焚燒爐進(jìn)口進(jìn)行首次分離。1.2 方案提

7、出思路 結(jié)合活性炭炭化爐尾氣黃煙的成分特點(diǎn)，大量的可燃?xì)怏w均可進(jìn)行燃燒，限于其濃度較低導(dǎo)致了污染問題的產(chǎn)生。若將這部分可燃?xì)怏w進(jìn)行燃燒，同時(shí)不增加燃料煤的補(bǔ)充，盡可能減少設(shè)備固定投資1、炭化爐黃煙 煤在燃燒過程中，如果不能充分燃燒就會產(chǎn)生大量的黃色煙氣，黃煙主要是由于煤中的硫分不能充分燃燒所造成。如果不能采取有效措施對其加以處理，就會對周圍環(huán)境造成極大的危害，直接對人體健康造成威脅。所以能夠采取最有效，最適合企業(yè)自身特點(diǎn)的有效方法極為重要，目前主要的處理方法主要是脫硫脫硝裝置。2、富氧燃燒技術(shù) 通常海平面空氣中氧的含量為20.93、氮為78.1及少量惰性氣體等，而在高原比如在昆明地區(qū)（海拔10

8、00米）空氣中氧的含量約為18左右。人們把含氧量大于20.93的空氣叫做富氧空氣。富氧空氣參與燃燒給燃燒提供了足夠的氧氣，使可燃物充分燃燒，減少了固體不完全燃燒熱損失，減少了過量空氣系數(shù)的熱能損失，具有十分顯著的節(jié)能和環(huán)保效應(yīng)。 目前富氧空氣可以通過深冷分離法、變壓吸附法及膜滲透法獲得。膜法富氧技術(shù)與其他方法相比，具有流程簡單、體積小、自身能耗低、使用壽命長、投資較少等特點(diǎn)，被工業(yè)發(fā)達(dá)國家稱之為“資源的創(chuàng)造性技術(shù)”。膜法富氧是利用高分子復(fù)合膜對空氣中的氧氣分子和氮?dú)夥肿泳哂羞x擇性滲透的特性，制取富氧空氣。當(dāng)空氣在膜的高壓側(cè)流過，在壓力的驅(qū)動(dòng)下，空氣中的氧氣分子透過膜的滲透速率比氮?dú)夥肿油高^膜的

9、滲透速率大，氧氣分子富集在膜的滲透側(cè)，得到富氧空氣。然后用比通常空氣（含氧21%）含氧濃度高的富氧空氣進(jìn)行燃燒，使可燃物充分燃燒，減少了固體不完全燃燒熱損失，減少了過量空氣系數(shù)的熱能損失，它是一項(xiàng)高效節(jié)能的燃燒技術(shù)，在玻璃工業(yè)、冶金工業(yè)及熱能工程領(lǐng)域均有應(yīng)用。與用普通空氣燃燒有以下優(yōu)點(diǎn)： a、高火焰溫度和黑度 b、加快燃燒速度，促進(jìn)燃燒安全。 c、降低燃料的燃點(diǎn)溫度和減少燃盡時(shí)間。 d、降低過量空氣系數(shù)，減少燃燒后的煙氣量。 e、和其它CO2控制技術(shù)相比較，具有競爭力； f、既適合新建鍋爐，又適合舊鍋爐的改造； g、NOx的重大減少； h、為整合其它污染物的控制，提供了一條新的途徑；2、 研究

10、思路 經(jīng)過前期科學(xué)合理的分析得出，炭化爐排放尾氣出現(xiàn)黃煙問題，主要是由于炭化爐噴汽熄火控溫，硫分不能充分燃燒所造成。按照低成本、高安全、高節(jié)能、無害化處理的理念，我們研究提出用膜法富氧燃燒技術(shù)來處理炭化爐黃煙問題。所以，我們可以通過給爐膛通入富氧膜組件提供的富氧空氣，為了能夠使得富氧空氣均勻分布在爐膛的各個(gè)空間，使助燃效果達(dá)到最大化，我們?yōu)榇藢ｉT設(shè)計(jì)了富氧膜均噴器，此均噴器可以改變富氧空氣的壓力大小和噴射方向，達(dá)到富氧氧分布最大化和均勻化，從而使硫分充分燃燒，以此達(dá)到解決炭化爐尾氣黃煙問題。三、富氧燃燒工藝及相關(guān)圖紙 1、工藝介紹 鼓風(fēng)機(jī)在0.6Mpa的工作壓力下，將空氣由空氣濾清器抽送到膜組

11、件，然后4寸膜組件在在20/-0.076Mpa工藝條件下，將空氣轉(zhuǎn)變?yōu)?0m3/h的富氧空氣；未透過膜的空氣排入大氣。水環(huán)真空泵在0.676Mpa的工作壓力下將40m3/h富氧空氣送入氣水分離器，在經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)的作用下將富氧空氣增壓后送入穩(wěn)壓罐儲存。最后增壓富氧空氣在以恒定的壓力、40m3/h的流量經(jīng)噴嘴送入燃燒爐體內(nèi)。 2、工藝框圖 現(xiàn)場安裝調(diào)試可以在完全不影響原燃燒設(shè)備整體結(jié)構(gòu)及正常生產(chǎn)狀況下進(jìn)行，工藝框圖如下：圖1 膜法富氧燃燒工藝框圖3、設(shè)備示意圖 富氧燃燒設(shè)備主要包括空氣濾清器、鼓風(fēng)機(jī)、富氧膜組件、水環(huán)真空泵、汽水分離器、增壓風(fēng)機(jī)、穩(wěn)壓罐、富氧均噴器，依照富氧燃燒技術(shù)工藝，做出富氧燃燒

12、技術(shù)設(shè)備示意圖如下：穩(wěn)壓罐富氧均噴器水環(huán)真空泵鼓風(fēng)機(jī)增壓風(fēng)機(jī)膜組件汽水分離器空氣濾清器圖2 富氧燃燒設(shè)備示意圖 4、工藝流程圖 目前廣泛應(yīng)用的膜富氧技術(shù)采用的是負(fù)壓操作工藝，其技術(shù)構(gòu)成包括空氣過濾器、鼓風(fēng)機(jī)、富氧膜組件、水環(huán)真空泵、真空表、調(diào)節(jié)閥、氣水分離器、除濕增壓電控系統(tǒng)、富氧預(yù)熱器和噴嘴以及管路、閥門、電控器。具體工藝流程如下：4、 設(shè)備選型 1、主要設(shè)備選型 富氧燃燒設(shè)備主要包括鼓風(fēng)機(jī)、膜組件、水環(huán)真空泵、汽水分離器、穩(wěn)壓罐、富氧均噴器等。以2.5噸炭化爐作為標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)富氧燃燒設(shè)備選型如下： a、鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī)主要是給富氧膜組件提供空氣的動(dòng)力設(shè)備，以供膜組件分離出富氧空氣，由于鼓風(fēng)機(jī)必須全

13、天候工作的特點(diǎn)，在設(shè)備選型過程中必須要考慮到鼓風(fēng)的壽命和功率等因素。 b、空氣濾清器空氣濾清器的功能室過濾空氣中的塵埃和一些固體顆粒雜質(zhì)等，我們選用柴油空氣濾清器。 c、膜組件 富氧膜組件是膜法富氧助燃節(jié)能系統(tǒng)的最重要的核心部件。德國進(jìn)口的GKSS富氧膜透量是國產(chǎn)膜的35倍。GKSS富氧膜的a在2.1左右，國產(chǎn)膜一般達(dá)不到2。（a值指的是氮?dú)馀c氧氣的分離系數(shù)比），2.5噸鍋爐需要一臺膜組件即可，但是考慮到企業(yè)的實(shí)際應(yīng)用，必須工作一臺備用一臺。富氧膜組件的實(shí)物圖及具體參數(shù)如下：表1 膜組件性能參數(shù)表 名稱型號尺寸富氧空氣量富氧濃度富氧膜組件PURI-SW-V-20200mm500mm20m3/h

14、291.0%（在20/-0.076Mpa工藝條件下）圖3 富氧膜膜組件實(shí)物圖4 卷式富氧膜結(jié)構(gòu) d、水環(huán)真空泵 水環(huán)真空泵主要是給富氧膜提供負(fù)壓，將富氧空氣排出，功率必須大于鼓風(fēng)機(jī)功率，而且全天候工作，必須保證水環(huán)真空泵的壽命和功率達(dá)到要求。 e、汽水分離器 由于2.5噸炭化爐需要富氧量大約為20m3/h，因?yàn)榱髁枯^小，汽水分離器液相應(yīng)選用小規(guī)格的設(shè)備。 f、增壓風(fēng)機(jī) 增壓風(fēng)機(jī)主要是給穩(wěn)壓罐提供充足穩(wěn)定的壓力，以保證穩(wěn)壓罐對外供氣的壓力始終保持恒定。為此增壓風(fēng)機(jī)不僅要有較好的壽命，而且要保證風(fēng)機(jī)功率較大。 g、穩(wěn)壓罐 穩(wěn)壓罐的功能主要是對外提供壓力持久恒定的富氧空氣，以保證爐膛溫度恒定和燃燒的

15、充分性，達(dá)到處理尾氣黃煙問題。 h、富氧均噴器富氧均噴器主要是將富氧空氣最大化的均勻噴灑在爐膛里，保證煤料中的硫分充分燃燒。 i、智能控制柜 智能控制柜主要用于所有電啟動(dòng)設(shè)備的啟動(dòng)控制工作，控制柜必須要科學(xué)合理的進(jìn)行設(shè)計(jì)，我們依據(jù)采用德力西公司制造的智能控制柜，具有很高的安全性和可靠性。 2、主要設(shè)備操作條件 以2.5噸炭化爐為標(biāo)準(zhǔn)，制定相關(guān)富氧燃燒技術(shù)工藝條件，其主要設(shè)備操作條件如下表：表2 主要設(shè)備操作條件名稱功率/kw操作壓力/Mpa流量(m3/h)溫度/鼓風(fēng)機(jī)0.750.620水環(huán)真空泵5.50.67620 增壓風(fēng)機(jī)0.7待定富氧膜組件-0.07620穩(wěn)壓罐 3、設(shè)備清單 富氧燃燒設(shè)備

16、主要包括膜組件、濾清器、汽水分離器、穩(wěn)壓罐等，具體設(shè)備如下表所示：表3 主要設(shè)備清單名稱型號規(guī)格主要部件材質(zhì)廠家聯(lián)系電話價(jià)格/元鼓風(fēng)機(jī)CZ-370W重量：15（kg）轉(zhuǎn)速：2800（r/mim）功率：0.37（kw）鋁上海宣風(fēng)環(huán)保設(shè)備有限公司152166629384052=810膜組件PURI-SW-V-20200mm*500mm不銹鋼大連普瑞科爾科技有限公司86-848047462800水環(huán)真空泵2SK5.5kw鑄鐵上?？崛鸨瞄y制造有限公3840氣水分離器AF2000-02口徑：1/4（mm）重量：0.14（kg）鋁合金富陽瓦爾精密機(jī)械有限公司1381607400

17、880穩(wěn)壓罐2L至8000L容積：2L至8000L（m3）外形尺寸：0.35-3.0碳鋼 上海宇豐自控設(shè)備有限公司15895696068800增壓風(fēng)機(jī) 2BHB210A11升壓：12（kPa）重量：12（kg）鋁合金深圳市瑞貝克精密機(jī)電有限公司13823218238820壓力真空表0.1-0.9MAP1.6級 Y-100公稱直徑：100（mm）測量范圍：0.1-0.9MAP（MPa）不銹鋼南京雷爾達(dá)儀表銷售部86-025-58073307802=190恒壓閥ZZYDN20-300（mm）不銹鋼杭州泉通儀表閥門有限公司15068828311100氧表YO-150測量范圍：16（MPa）公稱直徑：150（mm）不銹鋼北京布萊迪儀器儀表有限公司1350111