CN107894001B - 一种焚烧处理高沸点废液和废气的特种燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于基础化工技术领域，具体涉及一种焚烧处理高沸点废液和废气的特种燃烧器。本发明燃烧器由燃烧器本体和燃烧室两部分组成；其结构方案和分级配风燃烧理念适用于氯碱行业但不限于此行业的高沸点废液的无害化焚烧处理，实现了高沸点废液单烧或高沸点废液和废气混烧过程中有机物的完全分解，并最大限度低消减了废物焚烧过程产生的氮氧化物和二噁英，满足最新的排放标准。

Description

一种焚烧处理高沸点废液和废气的特种燃烧器
技术领域
本发明属于基础化工技术领域，具体涉及一种焚烧处理高沸点废液和废气的特种燃烧器。
背景技术
氯碱行业是基础化工原材料工业，同时也属于高能耗、高污染、高风险产业，涉及一类污染物、难降解环境积累物质等多要素环境问题。随着《GB15581-2016烧碱、聚氯乙烯工业污染物排放标准》的颁布和实施，氯碱行业的环保压力日趋严厉，不仅废气，较难处理的高沸点废液也只能通过热力焚烧进行处理。
由于高沸点废液含有少量固体杂质和大量重组分氯化物，沸点高、气化难且种类多，对燃烧方案的选择和燃烧器的设计是个较大的技术难题，经常出现废液雾化不充分、湍流强度差、流场和温度场分布不均等问题，造成废液不能完全分解，产生炭黑且氮氧化物和二噁英生成较多，无法达标排放。目前高沸点废液焚烧领域是我国产业升级的真空地带，自主技术尚属空白。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构合理、工作稳定的焚烧高沸点废液或高沸点废液和废气混烧的特种燃烧器，可以通过废液、废气的合理布置，以及调整一、二次风的配比来调节火焰形状、湍流强度，从而实现高沸点废液或气液混烧的焚烧完全，且排烟达标。
为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：
一种焚烧处理高沸点废液和废气的特种燃烧器，由燃烧器本体和燃烧室两部分组成；
燃烧器本体包括一次风风箱，一次风风箱上部设有一次风入口，一次风风箱内部设置有分风筒，所述分风筒用于均流一次风，避免偏烧现象；
一次风风箱中设置喷射装置，用于喷射维持焚烧温度所需的助燃燃气和待处理高沸点废液；
点火枪、火焰检测器设置于燃烧器本体前端板，点火枪采用二次点火方式，先通过高压直流放电引燃点火枪小火，然后再通过点火枪小火引燃燃烧器大火；火焰检测器用来检测点火枪的小火是否引燃，以及燃烧器大火是否处于安全范围之内；
燃烧器本体后部设置有与一次风风箱相通的燃烧室，燃烧室内壁敷设耐火材料，燃烧室是高沸点废液和废气进行完全燃烧的空间；
燃烧室前部设置蓄热壁，助燃燃气在蓄热壁表面贴壁燃烧，然后蓄热壁通过辐射传热把热量传递给高沸点废液，促进废液的蒸发汽化、裂解燃烧；
燃烧室上部设置废气环管，废气通过废气入口进入废气环管；
燃烧室上部设置二次风风腔，二次风通过二次风入口进入二次风风腔，二次风风腔上设有与燃烧室腔体相通的二次风流道，二次风流道按照设定角度呈几何切圆分布，其几何切圆直径为ФB；
燃烧室后部设置有挡焰环墙，挡焰环墙用来将部分燃烧火焰约束于燃烧室腔体之内，提高燃烧室容积热负荷和强化湍流燃烧效果。
进一步的，如上所述的一种焚烧处理高沸点废液和废气的特种燃烧器，一次风风箱中设置的喷射装置是气液组合枪，通过气液组合枪喷射维持焚烧温度所需的助燃燃气和待处理高沸点废液。
进一步的，如上所述的一种焚烧处理高沸点废液和废气的特种燃烧器，气液组合枪由助燃燃***和高沸点废液枪组成，助燃燃***上设置有助燃燃气入口，高沸点废液枪上设置有高沸点废液入口。
进一步的，如上所述的一种焚烧处理高沸点废液和废气的特种燃烧器，高沸点废液枪根据废液的粘度、含渣量选择以下喷嘴形式之一：机械介质雾化喷嘴、内混介质雾化喷嘴、外混介质雾化喷嘴、Y型介质雾化喷嘴；通过高沸点废液枪将高沸点废液喷入燃烧室腔体和随后连接的炉膛进行氧化焚烧。
进一步的，如上所述的一种焚烧处理高沸点废液和废气的特种燃烧器，气液组合枪的端部设置稳焰器，稳焰器根据燃烧形式的不同选择轴流式稳焰器、多孔锥形稳焰器两种结构之一，用于产生高温回流烟气，维持火焰稳定燃烧。
进一步的，如上所述的一种焚烧处理高沸点废液和废气的特种燃烧器，当废气为高压气体时，废气进入废气环管上设有与燃烧室腔体相通的废***；废***按照设定角度呈切圆分布，其几何切圆规格为ФA；
当废气为低压气体时，废气进入废气环管上设有与燃烧室腔体相通的通孔；废气通孔按照设定角度呈切圆分布，其几何切圆规格为ФA。
进一步的，如上所述的一种焚烧处理高沸点废液和废气的特种燃烧器，当废气为高压气体时，燃烧室上部还设置有掺混风风腔，掺混风通过掺混风入口进入掺混风风腔；掺混风风腔上设有与燃烧室腔体相通的掺混风流道，该掺混风流道内部设置有废***；掺混风流道的分布和规格与废***相同。
进一步的，如上所述的一种焚烧处理高沸点废液和废气的特种燃烧器，二次风流道和掺混风流道的位置根据待处理高沸点废液和废气的燃烧物性进行前后调整，当掺混风流道位于二次风流道之前时，ФA＞ФB；当掺混风流道位于二次风流道之后时，ФA＜ФB。
进一步的，如上所述的一种焚烧处理高沸点废液和废气的特种燃烧器，对两段式分级配风进行如下控制：一次风风量和高沸点废液流量、助燃燃气量按比例调节，用于满足助燃燃气的燃烧和作为根部风防止高沸点废液团聚结焦；二次风风量通过后***测量的烟气含氧量进行调节，二次风沿周向高速切入燃烧室，强化废液微粒、废气和助燃风的混合燃烧效果。
本发明的有益效果在于：本发明特种燃烧器采用蓄热壁蓄热、两段式分级配风和强旋流燃烧等技术，将助燃燃气、高沸点废液、废气和助燃空气有序、充分混合，并形成高速强旋流燃烧火焰。在旋流燃烧区域内，废气和二次风从切向进入，并且通过合理布置助燃燃气、废气和高沸点废液的燃烧空间，避免气液抢风，实现废气、废液和助燃风的完全混合，产生高稳态火焰，并在极短时间内完全燃烧，火焰范围小，可以达到最好的燃烧效果和最大程度的销毁率(对废物中有机污染物的去除率大于99.999％)，二噁英和氮氧化物的生成量极低。
附图说明
图1是本发明特种燃烧器的主视图；
图2是本发明特种燃烧器的A-A剖面图；
图3是本发明特种燃烧器的B-B剖面图。
图中，(1)一次风入口、(2)一次风风箱、(3)点火枪、(4)气液组合枪(5)高沸点废液入口、(6)火焰检测器、(7)助燃燃气入口、(8)分风筒、(9)稳焰器、(10)耐火材料、(11)蓄热壁、(12)废气入口、(13)废气环管、(14)废***、(15)掺混风入口、(16)掺混风风腔、(17)掺混风流道、(18)二次风入口、(19)二次风风腔、(20)二次风流道、(21)燃烧室腔体、(22)挡焰环墙。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细说明。
如图1-3所示，本发明一种焚烧处理高沸点废液和废气的特种燃烧器，由燃烧器本体和燃烧室两部分组成；
燃烧器本体包括一次风风箱2，一次风风箱2上部设有一次风入口1，一次风风箱2内部设置有分风筒8，所述分风筒用于均流一次风，避免偏烧现象；
一次风风箱2中设置喷射装置，用于喷射维持焚烧温度所需的助燃燃气和待处理高沸点废液；
一次风风箱2中设置的喷射装置是气液组合枪4，通过气液组合枪4喷射维持焚烧温度所需的助燃燃气和待处理高沸点废液。气液组合枪4由助燃燃***和高沸点废液枪组成，助燃燃***上设置有助燃燃气入口7，高沸点废液枪上设置有高沸点废液入口5。高沸点废液枪根据废液的粘度、含渣量选择以下喷嘴形式之一：机械介质雾化喷嘴、内混介质雾化喷嘴、外混介质雾化喷嘴、Y型介质雾化喷嘴；通过高沸点废液枪将高沸点废液喷入燃烧室腔体21和随后连接的炉膛进行氧化焚烧。气液组合枪4的端部设置稳焰器9，稳焰器9根据燃烧形式的不同选择轴流式稳焰器、多孔锥形稳焰器两种结构之一，用于产生高温回流烟气，维持火焰稳定燃烧。
当废气为高压气体时，废气进入废气环管13上设有与燃烧室腔体21相通的废***14；废***14按照设定角度呈切圆分布，其几何切圆规格为ФA；燃烧室上部还设置有掺混风风腔16，掺混风通过掺混风入口15进入掺混风风腔16；掺混风风腔16上设有与燃烧室腔体21相通的掺混风流道17，该掺混风流道17内部设置有废***14；掺混风流道17的分布和规格与废***14相同。
当废气为低压气体时，废气进入废气环管13上设有与燃烧室腔体21相通的通孔；废气通孔按照设定角度呈切圆分布，其几何切圆规格为ФA。呈切圆分布的废气流迹可显著增强燃烧室的湍流强度。
点火枪3、火焰检测器6设置于燃烧器本体前端板，点火枪3采用二次点火方式，先通过高压直流放电引燃点火枪小火，然后再通过点火枪小火引燃燃烧器大火；火焰检测器6用来检测点火枪3的小火是否引燃，以及燃烧器大火是否处于安全范围之内；
燃烧器本体后部设置有与一次风风箱2相通的燃烧室，燃烧室内壁敷设耐火材料10，燃烧室是高沸点废液和废气进行完全燃烧的空间；
燃烧室前部设置蓄热壁11，助燃燃气在蓄热壁11表面贴壁燃烧，然后蓄热壁11通过辐射传热把热量传递给高沸点废液，促进废液的蒸发汽化、裂解燃烧；当待处理废物为国家规定的危险废物时，燃烧室焚烧温度为1100℃～1400℃，特别当废物中含有卤素元素时，燃烧室焚烧温度在1200℃以上；当待处理废物不属于国家规定的危险废物时，燃烧室焚烧温度为1000℃～1300℃。
燃烧室上部设置废气环管13，废气通过废气入口12进入废气环管13；
燃烧室上部设置二次风风腔19，二次风通过二次风入口18进入二次风风腔19，二次风风腔19上设有与燃烧室腔体21相通的二次风流道20，二次风流道20按照设定角度呈几何切圆分布，其几何切圆直径为ФB；二次风主要起增加燃烧室湍流强度，强化燃烧的作用。
燃烧室后部设置有挡焰环墙22，挡焰环墙22用来将部分燃烧火焰约束于燃烧室腔体21之内，提高燃烧室容积热负荷和强化湍流燃烧效果。
二次风流道20和掺混风流道17的位置根据待处理高沸点废液和废气的燃烧物性进行前后调整，当掺混风流道17位于二次风流道20之前时，ФA＞ФB；当掺混风流道17位于二次风流道20之后时，ФA＜ФB。
对两段式分级配风进行如下控制：一次风风量和高沸点废液流量、助燃燃气量按比例调节，用于满足助燃燃气的燃烧和作为根部风防止高沸点废液团聚结焦；二次风风量通过后***测量的烟气含氧量进行调节，二次风沿周向高速切入燃烧室，强化废液微粒、废气和助燃风的混合燃烧效果。
本燃烧器采用空气分级燃烧技术，在操作过程中，一次风风量和高沸点废液流量、助燃燃气量按比例调节，用于满足助燃燃气的燃烧和作为根部风防止高沸点废液团聚结焦。二次风风量通过后***测量的烟气含氧量进行调节，二次风沿周向高速切入燃烧室，加强雾化后废液微粒和助燃风的混合，提高燃烧火焰的湍流强度。
以下通过具体实施案例进一步说明本发明，提供该案例只是为了理解方便，绝不是限制本发明。
案例介绍：某氯碱行业生产过程中产生的高沸点废液、GWD干废气、GWW湿废气采用焚烧方式进行处理，其特点是废液主要成分是三氯甲烷、1,4-二氯-1,3-丁二烯、1,3-二氯-2-丁烯、氯苯、2-氯乙基苯、2-氯-丁烯基苯等高沸点物质，且含有一定量固体杂质，粘度又大，较难处理。特采用本发明燃烧器对高沸点废液和废气进行焚烧处理，废液采用压缩空气雾化内混枪，布置于燃烧器本体中心轴；为满足1200℃以上的焚烧温度，采用天然气进行助燃；GWD干废气和GWW湿废气于燃烧室周向切入燃烧室，强化燃烧效果；助燃风采用分级配风。运行中既有高沸点废液单烧工况，也有高沸点废液和废气混烧工况，混烧工况下，焚烧后的烟气中主要污染物成分如表1所示：
表1焚烧后烟气中污染物成分和排放标准对比
综上，本发明一种焚烧处理高沸点废液和废气的特种燃烧器，特别涉及其配备的强旋流燃烧室和两段式分级配风燃烧理念，适合焚烧处理高沸点废液或高沸点废液和废气混烧工况。本发明燃烧器的结构方案和分级配风燃烧理念适用于氯碱行业但不限于此行业的高沸点废液的无害化焚烧处理，实现了高沸点废液单烧或高沸点废液和废气混烧过程中有机物的完全分解，并最大限度低消减了废物焚烧过程产生的氮氧化物和二噁英，满足最新的排放标准。

Claims (1)

1.一种焚烧处理高沸点废液和废气的特种燃烧器，其特征在于：
由燃烧器本体和燃烧室两部分组成；
燃烧器本体包括一次风风箱(2)，一次风风箱(2)上部设有一次风入口(1)，一次风风箱(2)内部设置有分风筒(8)，所述分风筒用于均流一次风，避免偏烧现象；
一次风风箱(2)中设置喷射装置，用于喷射维持焚烧温度所需的助燃燃气和待处理高沸点废液；
点火枪(3)、火焰检测器(6)设置于燃烧器本体前端板，点火枪(3)采用二次点火方式，先通过高压直流放电引燃点火枪小火，然后再通过点火枪小火引燃燃烧器大火；火焰检测器(6)用来检测点火枪(3)的小火是否引燃，以及燃烧器大火是否处于安全范围之内；
燃烧器本体后部设置有与一次风风箱(2)相通的燃烧室，燃烧室内壁敷设耐火材料(10)，燃烧室是高沸点废液和废气进行完全燃烧的空间；
燃烧室前部设置蓄热壁(11)，助燃燃气在蓄热壁(11)表面贴壁燃烧，然后蓄热壁(11)通过辐射传热把热量传递给高沸点废液，促进废液的蒸发汽化、裂解燃烧；
燃烧室上部设置废气环管(13)，废气通过废气入口(12)进入废气环管(13)；
燃烧室上部设置二次风风腔(19)，二次风通过二次风入口(18)进入二次风风腔(19)，二次风风腔(19)上设有与燃烧室腔体(21)相通的二次风流道(20)，二次风流道(20)按照设定角度呈几何切圆分布，其几何切圆直径为ФB；
燃烧室后部设置有挡焰环墙(22)，挡焰环墙(22)用来将部分燃烧火焰约束于燃烧室腔体(21)之内，提高燃烧室容积热负荷和强化湍流燃烧效果；
一次风风箱(2)中设置的喷射装置是气液组合枪(4)，通过气液组合枪(4)喷射维持焚烧温度所需的助燃燃气和待处理高沸点废液；气液组合枪(4)由助燃燃***和高沸点废液枪组成，助燃燃***上设置有助燃燃气入口(7)，高沸点废液枪上设置有高沸点废液入口(5)；
高沸点废液枪根据废液的粘度、含渣量选择以下喷嘴形式之一：机械介质雾化喷嘴、内混介质雾化喷嘴、外混介质雾化喷嘴、Y型介质雾化喷嘴；通过高沸点废液枪将高沸点废液喷入燃烧室腔体(21)和随后连接的炉膛进行氧化焚烧；
气液组合枪(4)的端部设置稳焰器(9)，稳焰器(9)根据燃烧形式的不同选择轴流式稳焰器、多孔锥形稳焰器两种结构之一，用于产生高温回流烟气，维持火焰稳定燃烧；
当废气为高压气体时，废气进入废气环管(13)上设有与燃烧室腔体(21)相通的废***(14)；废***(14)按照设定角度呈切圆分布，其几何切圆直径为ФA；燃烧室上部还设置有掺混风风腔(16)，掺混风通过掺混风入口(15)进入掺混风风腔(16)；掺混风风腔(16)上设有与燃烧室腔体(21)相通的掺混风流道(17)，该掺混风流道(17)内部设置有废***(14)；掺混风流道(17)的分布和规格与废***(14)相同；
当废气为低压气体时，废气进入废气环管(13)上设有与燃烧室腔体(21)相通的通孔；废气通孔按照设定角度呈切圆分布，其几何切圆直径为ФA；
二次风流道(20)和掺混风流道(17)的位置根据待处理高沸点废液和废气的燃烧物性进行前后调整，当掺混风流道(17)位于二次风流道(20)之前时，ФA＞ФB；当掺混风流道(17)位于二次风流道(20)之后时，ФA＜ФB；
对两段式分级配风进行如下控制：一次风风量和高沸点废液流量、助燃燃气量按比例调节，用于满足助燃燃气的燃烧和作为根部风防止高沸点废液团聚结焦；二次风风量通过后***测量的烟气含氧量进行调节，二次风沿周向高速切入燃烧室，强化废液微粒、废气和助燃风的混合燃烧效果。
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