富氧燃烧法处理炭化炉黄烟技术

1、活性炭炭化炉尾气高效环保处理-富氧燃烧法 编写单位：宁夏大学 化学化工学院 指导教师：胡奇林 编写人员：马飞龙 编写时间：2014年6月目录1、 研究背景 1、炭化炉黄烟 2、富氧燃烧技二、研究思路三、富氧燃烧工艺及相关图纸 1、工艺介绍 2、工艺框图 3、设备示意图 4、工艺流程图4、 设备选型 1、主要设备选型 2、主要操作条件 3、设备清单五、创新设计六、富氧燃烧技术指标1 研究背景1.1 炭化概念及传统工艺介绍1.1.1 炭化概念 炭化是活性炭生产的第一道热处理工序，是指在低温下（500 左右）煤及煤沥青的热分解、固化以及煤焦油中低分子物质的挥发。1.1.2 炭化目的 排除成型料中的挥

2、发分及水分，提高炭颗粒强度，使炭颗粒形成初步孔隙。1.1.3 常用设备 煤基活性炭常用设备为回转式炭化炉。1.1.4 炭化料的工艺指标1.1.5 炭化典型传统工艺1 物料流程成型颗粒经提升机直接加入回转炉的加料室，靠重力落入回转炉内，沿回转炉内的螺旋板带到抄板上，靠筒体的坡度和转动物料由炉尾向炉头出料口移动。物料首先经过温度为200 的预热干燥阶段，进入350550 的炭化阶段，在这个过程中，炭颗粒与热气流接触而进行炭化，排出水分及挥发分，同时不可避免因摩擦会产生一些粉末料，最后经卸料口卸出。2 气体流程补燃燃料（煤、煤气、柴油、重油）由炉头进入炭化炉，由于炉尾引风机和烟囱的作用，与炭化料的水

3、分和挥发分一起流向炉尾，炉尾设置焚烧室通过外加燃料提高温度，使温度达到尾气燃点温度，点燃后经补充燃烧室焚烧后排入烟囱。3工艺的优缺点 优点：投资少。 缺点：运行费用高（主要是炉头炉尾补充燃烧需人工和外加燃料）；不能保证烟囱不冒黑烟；能源没有充分利用。4 炭化工艺相关问题的提出与分析A 烟囱冒黑烟造成的原因 经取样分析证实：形成黑烟的固体物质主要成分是碳元素，黑烟是有很多细小含碳微颗粒组成，它可在空气中飘游很远，对人体危害很大。黑烟的产生，是由各种燃料不完全燃烧（主要是化学不完全燃烧）碳原子在高温条件下还原成极细的微粒（小于1um），其颜色很黑，称为炭黑，当随烟气排出时产生黑烟。即解决黑烟问题主

4、要是研究充分燃烧问题。B 炭化炉尾气黄烟的成分 成型料在炭化过程中受温度作用，发生热分解反应，产生大量的挥发物质，这是一种黄色烟气，惯称黄烟，其主要成分是笨、萘、菲、酚、硫化氢及衍生物等有机化合物。这些物质对生物危害极大，同时这些物质又是有价值的化工原料，活性炭制造的粘合剂，还可以用作燃料。C 炭化尾气含尘量 理论的炭化工艺是不产生粉尘的，但实际由于炭化料在炉体中相互之间以及与炉体间长达30-50 min的相互摩擦，不可避免地会产生粉尘，根据实际生产经验，粉尘量很大，而且粉尘主要是煤粉，也是能量的一部分。新工艺必须考虑粉尘的收集和利用问题，既是节能又是环保。D 炭化料炭化过程中的能量平衡 炭化

5、过程是把原料隔绝空气加热，在一定的低温范围内，物料中的低分子物质首先挥发，然后煤及煤焦油沥青分解和固化。整个炭化过程中物料会发生一系列复杂的物理、化学变化，其中物理变化主要是脱水、脱气和干燥过程；化学变化主要是热分解和热缩聚两类反应。物料在热分解和热缩聚反应过程中析出煤气和煤焦油。在传统工艺中，为保证炭化温度，在炉头通过燃烧外加燃料提供炉头温度，尾部为了使烟气达到排放标准进行焚烧，两头外加燃料，与其矛盾的是炭化料炭化过程中排出的黄烟本身又是燃料，能否将黄烟的热值循环利用于炭化炉，以及如何使尾部烟气能量返回炉头是解决这一矛盾的焦点。5 碳化炉尾气研究处理现状炭化炉尾气浓度低，不易燃烧，同时由于炭

6、化料颗粒的磨损和气流速度的影响，烟气中还带有一定量的煤粉。目前主要的处理方法主要是脱硫脱硝装置。最新研究主要利用焚烧炉对炭化炉尾气进行处理。焚烧炉设计需要考虑粉尘的收集、烟气燃烧温度的大小、配风的合理、炉头返回烟气返回点的设计和量的分配等一系列问题。综合考虑，对尾气中含有大量的低浓度可燃气体和可燃固体颗粒的尾气，采用先使用高品位燃料补燃，在焚烧炉内温度达到700-900 ，分段强制配风，分段燃烧、蓄热恒温、M型烟道回程、绝热燃烧技术，使尾气中的可燃气体和固体颗粒有充足的时间与氧气接触、燃尽，降低污染排放，使其能量得到充分利用。大的粉尘通过扩容减速惯性分离在焚烧炉进口进行首次分离。1.2 方案提

7、出思路 结合活性炭炭化炉尾气黄烟的成分特点，大量的可燃气体均可进行燃烧，限于其浓度较低导致了污染问题的产生。若将这部分可燃气体进行燃烧，同时不增加燃料煤的补充，尽可能减少设备固定投资1、炭化炉黄烟 煤在燃烧过程中，如果不能充分燃烧就会产生大量的黄色烟气，黄烟主要是由于煤中的硫分不能充分燃烧所造成。如果不能采取有效措施对其加以处理，就会对周围环境造成极大的危害，直接对人体健康造成威胁。所以能够采取最有效，最适合企业自身特点的有效方法极为重要，目前主要的处理方法主要是脱硫脱硝装置。2、富氧燃烧技术 通常海平面空气中氧的含量为20.93、氮为78.1及少量惰性气体等，而在高原比如在昆明地区（海拔10

8、00米）空气中氧的含量约为18左右。人们把含氧量大于20.93的空气叫做富氧空气。富氧空气参与燃烧给燃烧提供了足够的氧气，使可燃物充分燃烧，减少了固体不完全燃烧热损失，减少了过量空气系数的热能损失，具有十分显著的节能和环保效应。 目前富氧空气可以通过深冷分离法、变压吸附法及膜渗透法获得。膜法富氧技术与其他方法相比，具有流程简单、体积小、自身能耗低、使用寿命长、投资较少等特点，被工业发达国家称之为“资源的创造性技术”。膜法富氧是利用高分子复合膜对空气中的氧气分子和氮气分子具有选择性渗透的特性，制取富氧空气。当空气在膜的高压侧流过，在压力的驱动下，空气中的氧气分子透过膜的渗透速率比氮气分子透过膜的

9、渗透速率大，氧气分子富集在膜的渗透侧，得到富氧空气。然后用比通常空气（含氧21%）含氧浓度高的富氧空气进行燃烧，使可燃物充分燃烧，减少了固体不完全燃烧热损失，减少了过量空气系数的热能损失，它是一项高效节能的燃烧技术，在玻璃工业、冶金工业及热能工程领域均有应用。与用普通空气燃烧有以下优点： a、高火焰温度和黑度 b、加快燃烧速度，促进燃烧安全。 c、降低燃料的燃点温度和减少燃尽时间。 d、降低过量空气系数，减少燃烧后的烟气量。 e、和其它CO2控制技术相比较，具有竞争力； f、既适合新建锅炉，又适合旧锅炉的改造； g、NOx的重大减少； h、为整合其它污染物的控制，提供了一条新的途径；2、 研究

10、思路 经过前期科学合理的分析得出，炭化炉排放尾气出现黄烟问题，主要是由于炭化炉喷汽熄火控温，硫分不能充分燃烧所造成。按照低成本、高安全、高节能、无害化处理的理念，我们研究提出用膜法富氧燃烧技术来处理炭化炉黄烟问题。所以，我们可以通过给炉膛通入富氧膜组件提供的富氧空气，为了能够使得富氧空气均匀分布在炉膛的各个空间，使助燃效果达到最大化，我们为此专门设计了富氧膜均喷器，此均喷器可以改变富氧空气的压力大小和喷射方向，达到富氧氧分布最大化和均匀化，从而使硫分充分燃烧，以此达到解决炭化炉尾气黄烟问题。三、富氧燃烧工艺及相关图纸 1、工艺介绍 鼓风机在0.6Mpa的工作压力下，将空气由空气滤清器抽送到膜组

11、件，然后4寸膜组件在在20/-0.076Mpa工艺条件下，将空气转变为40m3/h的富氧空气；未透过膜的空气排入大气。水环真空泵在0.676Mpa的工作压力下将40m3/h富氧空气送入气水分离器，在经增压风机的作用下将富氧空气增压后送入稳压罐储存。最后增压富氧空气在以恒定的压力、40m3/h的流量经喷嘴送入燃烧炉体内。 2、工艺框图 现场安装调试可以在完全不影响原燃烧设备整体结构及正常生产状况下进行，工艺框图如下：图1 膜法富氧燃烧工艺框图3、设备示意图 富氧燃烧设备主要包括空气滤清器、鼓风机、富氧膜组件、水环真空泵、汽水分离器、增压风机、稳压罐、富氧均喷器，依照富氧燃烧技术工艺，做出富氧燃烧

12、技术设备示意图如下：稳压罐富氧均喷器水环真空泵鼓风机增压风机膜组件汽水分离器空气滤清器图2 富氧燃烧设备示意图 4、工艺流程图 目前广泛应用的膜富氧技术采用的是负压操作工艺，其技术构成包括空气过滤器、鼓风机、富氧膜组件、水环真空泵、真空表、调节阀、气水分离器、除湿增压电控系统、富氧预热器和喷嘴以及管路、阀门、电控器。具体工艺流程如下：4、 设备选型 1、主要设备选型 富氧燃烧设备主要包括鼓风机、膜组件、水环真空泵、汽水分离器、稳压罐、富氧均喷器等。以2.5吨炭化炉作为标准，关富氧燃烧设备选型如下： a、鼓风机鼓风机主要是给富氧膜组件提供空气的动力设备，以供膜组件分离出富氧空气，由于鼓风机必须全

13、天候工作的特点，在设备选型过程中必须要考虑到鼓风的寿命和功率等因素。 b、空气滤清器空气滤清器的功能室过滤空气中的尘埃和一些固体颗粒杂质等，我们选用柴油空气滤清器。 c、膜组件 富氧膜组件是膜法富氧助燃节能系统的最重要的核心部件。德国进口的GKSS富氧膜透量是国产膜的35倍。GKSS富氧膜的a在2.1左右，国产膜一般达不到2。（a值指的是氮气与氧气的分离系数比），2.5吨锅炉需要一台膜组件即可，但是考虑到企业的实际应用，必须工作一台备用一台。富氧膜组件的实物图及具体参数如下：表1 膜组件性能参数表 名称型号尺寸富氧空气量富氧浓度富氧膜组件PURI-SW-V-20200mm500mm20m3/h

14、291.0%（在20/-0.076Mpa工艺条件下）图3 富氧膜膜组件实物图4 卷式富氧膜结构 d、水环真空泵 水环真空泵主要是给富氧膜提供负压，将富氧空气排出，功率必须大于鼓风机功率，而且全天候工作，必须保证水环真空泵的寿命和功率达到要求。 e、汽水分离器 由于2.5吨炭化炉需要富氧量大约为20m3/h，因为流量较小，汽水分离器液相应选用小规格的设备。 f、增压风机 增压风机主要是给稳压罐提供充足稳定的压力，以保证稳压罐对外供气的压力始终保持恒定。为此增压风机不仅要有较好的寿命，而且要保证风机功率较大。 g、稳压罐 稳压罐的功能主要是对外提供压力持久恒定的富氧空气，以保证炉膛温度恒定和燃烧的

15、充分性，达到处理尾气黄烟问题。 h、富氧均喷器富氧均喷器主要是将富氧空气最大化的均匀喷洒在炉膛里，保证煤料中的硫分充分燃烧。 i、智能控制柜 智能控制柜主要用于所有电启动设备的启动控制工作，控制柜必须要科学合理的进行设计，我们依据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、主要设备操作条件 以2.5吨炭化炉为标准，制定相关富氧燃烧技术工艺条件，其主要设备操作条件如下表：表2 主要设备操作条件名称功率/kw操作压力/Mpa流量(m3/h)温度/鼓风机0.750.620水环真空泵5.50.67620 增压风机0.7待定富氧膜组件-0.07620稳压罐 3、设备清单 富氧燃烧设备

16、主要包括膜组件、滤清器、汽水分离器、稳压罐等，具体设备如下表所示：表3 主要设备清单名称型号规格主要部件材质厂家联系电话价格/元鼓风机CZ-370W重量：15（kg）转速：2800（r/mim）功率：0.37（kw）铝上海宣风环保设备有限公司152166629384052=810膜组件PURI-SW-V-20200mm*500mm不锈钢大连普瑞科尔科技有限公司86-848047462800水环真空泵2SK5.5kw铸铁上海酷瑞泵阀制造有限公3840气水分离器AF2000-02口径：1/4（mm）重量：0.14（kg）铝合金富阳瓦尔精密机械有限公司1381607400

17、880稳压罐2L至8000L容积：2L至8000L（m3）外形尺寸：0.35-3.0碳钢 上海宇丰自控设备有限公司15895696068800增压风机 2BHB210A11升压：12（kPa）重量：12（kg）铝合金深圳市瑞贝克精密机电有限公司13823218238820压力真空表0.1-0.9MAP1.6级 Y-100公称直径：100（mm）测量范围：0.1-0.9MAP（MPa）不锈钢南京雷尔达仪表销售部86-025-58073307802=190恒压阀ZZYDN20-300（mm）不锈钢杭州泉通仪表阀门有限公司15068828311100氧表YO-150测量范围：16（MPa）公称直径：150（mm）不锈钢北京布莱迪仪器仪表有限公司1350111