专利名称：一种焚烧挥发性有机气体的工艺及其循环流化床焚烧炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种循环流化床焚烧炉，尤其涉及一种清洁焚烧挥发性有机废气的循环流化床焚烧炉及其焚烧工艺。
背景技术：
有机废气是石油化工、轻工、塑料、印刷、涂料等行业排放的常见污染物，有机废气中常含有烃类化合物、含氧有机化合物、含氮、硫、齒素及含磷有机化合物等，如苯、甲苯、苯乙烯、多环芳烃等挥发性有机化合物(VOCs)等。挥发性有机废气是主要大气污染物之一，对人体有害，引起的共同症状是疲乏无力、头晕头痛、恶心呕吐、心慌气喘、血象变化等，醛、胺等物质还有恶臭。挥发性有机废气还 能引起光化学烟雾，造成二次污染。在美国国家环境保护署(EPA)所列的有毒气体排放物清单(TRI)中的25种气体中，18种是有机物。有机废气中大多含有低浓度的苯、甲苯、苯乙烯、多环芳烃等挥发性有机化合物(VOCs)恶臭物质。这些带有异味(臭或香)的气态污染物会严重干扰居民的日常生活，恶化人们的生存环境，而且还会对人体健康和生态环境造成危害。随着我国国民经济的迅速发展，特别是化学工业和制造业的发展，工业VOCs的排放量不断增加，目前已经成为我国重点城市(群)和局部区域大气复合污染的主要原因之一。在废气治理方面，继除尘、脱硫、脱硝和机动车污染治理以后，工业挥发性有机废气的污染控制问题已经成为目前我国控制大气污染的最为重要的方向。目前对于VOCs的处理方法很多，主要可分为热处理法、物理法、生物降解法等。其中以热处理法应用最为普遍，它对VOCs种类以及浓度的适应范围很广。这类方法主要分为燃烧法和催化燃烧法。普通燃烧法系统简单，但能耗很大，蓄热式氧化焚烧改善了能耗大的缺点，但仍存在NOX排放较高的问题；催化燃烧法近年来发展很快，但催化剂价格较高，要求废气中不能含有导致催化剂中毒的成分，作为一种低温燃烧技术，其二恶英的生成抑制依然是制约催化技术推广应用的一项瓶颈。循环流化床技术是一种清洁燃烧技术，其运行温度一般在850 950°C，由于物料浓度高，气固混合强烈，燃烧效率高，污染物排放低，是一种清洁焚烧技术，采用循环流化床燃烧基础处理挥发性有机气体，其优点是不需预处理，对气体成分的适应能力强，处理效率高。因此，开发针对挥发性有机废气的循环流化床焚烧炉具有广阔的应用前景。挥发性有机气体的浓度往往比较低，其浓度范围低的为10 lOOOppm，浓度高的也不超过2 3%。因此，在采用高温燃烧法来处理挥发性有机气体时，挥发性有机气体对助燃风量的要求比较低。循环流化床的运行风速的选取与物料的密度的O. 528次方成正比，传统的循环流化床选用石英砂、煤渣作为床料，这些床料的堆积密度较大，一般为1100 1300kg/m3，因此，导致其临界流化风速较高，也导致运行风量比较高，远远高出实际燃尽挥发性有机气体所需的助燃空气量，相应地对流化风机的功率要求也高，另外，把这些助燃风加热到850°C，也浪费了大量的能量，导致处置成本高，限制了其应用范围。因此，减少惰性床料的密度，能有效降低运行成本。
发明内容
针对工业生产中产生的挥发性有机气体浓度低，对焚烧空气量要求低，而现有的循环流化床焚烧炉中床料密度高、所需流化风速大进而导致风量大的矛盾，本发明提供一种适合于挥发性有机气体焚烧的流化风速低的循环流化床焚烧炉。一种挥发性有机气体的循环流化床焚烧炉，包括炉膛；位于所述炉膛底部的风室；设置于所述炉膛中部的气体入口 ；与所述炉膛顶部连通的分离器，该分离器具有顶部出口和底部出口 ；·与所述顶部出口连通的尾部烟道；用于连接所述底部出口与炉膛的返料管；所述炉膛底部与风室之间隔有布风板；所述风室通过管路外接有流化风机；所述炉膛的底部铺设有床料，所述床料为氧化铝空心小球。挥发性有机气体和辅助燃煤被分别送入炉膛中燃烧，流化风机吹出来的流化风进入风室，然后通过布风板进入炉膛，把床料流化起来，细小的床料颗粒被烟气扬吸、夹带入分离器中通过离心力、重力落入返料管中送入炉膛，构成了床料循环。床料的循环提高了燃烧空间的颗粒浓度，成为一个较大的蓄热体，与炉膛内的空气和挥发性有机气体充分接触、传质，进行热交换，使整个炉膛空间温度均匀、稳定在850 950°C，使得挥发性有机气体的燃烧更加充分。床料的流化直接影响炉膛内燃料的燃烧效率。而流化过程与床料及流化风速密切相关，床料颗粒的密度越小，对流化风的要求越低。同时由于循环流化床焚烧炉中炉膛内的工作温度在850 950°C范围内，因此加入的床料必须具有耐高温的性能。作为优选，所述床料为氧化铝空心小球；氧化铝具有较高的熔点，能承受2000°C左右的高温，且将氧化铝制成空心小球，极大的降低了氧化铝的密度，使得对应的临界流化风速极大地降低，降低了对流化风机的功率要求。作为优选，所述氧化铝空心小球的堆积密度为600 900kg/m3。除了床料颗粒的堆积密度外，床料的其他物理特性参数如固体颗粒尺寸、球形度以及颗粒粒径分布等也决定着循环流化床是否能够高效、无故障的运行。床料粒径过大，正常的一次风量无法将床料吹起，长期运行后大量的大粒径床料将会沉积在床料层下部，影响整个床料层的流化，使炉膛内成为死床，而且可能出现床温、床压指示异常，焚烧炉参数无法维持，严重时会形成结焦，如不能及时扭转，很容易导致最终流化不正常被迫停炉；床料粒径过细，将会导致分离器分离效率降低，无法形成物料循环，降低燃烧空间的床料浓度。因此，作为优选，所述氧化铝空心小球的粒径为I 5mm。本发明还提供了利用所述循环流化床挥发性有机气体焚烧炉焚烧挥发性有机气体的工艺，所述挥发性有机气体从气体入口进入炉膛，在床料及流化风机的作用下与辅助燃料共同燃烧。
作为优选，所述炉膛内的温度范围为850 950°C。挥发性有机气体被送入炉膛后，由于采用氧化铝空心小球作为床料，所需的流化风速较低，所以挥发性有机气体在炉膛内的燃烧时间可达到大约3s，经过约3s的清洁燃烧后通过分离器进入尾部烟道排出。循环流化床可以方便实现大型化，所述挥发性有机气体的处理量可以适应100 10000m3/h的焚烧处理要求。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果本发明采用循环流化床来焚烧处理挥发性有机气体，可以使挥发性有机气体在循环流化床内850 950°C的燃烧条件下停留时间大于3秒，保证其焚烧效率。本发明采用氧化铝空心小球作为床料，氧化铝空心小球的堆积比重小，因此以氧化铝空心小球作床料的循环流化床的临界流化风速小，达到相同流化效果的循环流化床，其风量约是传统循环流化床的2/3，因此能显著地降低流化风量。由于流化风速低，其炉膛高度也可以比使用常规床料的循环流化床的高度低20%,降低了制造成本。 本发明循环流化床挥发性有机气体焚烧炉采用氧化铝空心小球作为床料，在焚烧挥发性有机气体时，随着临界流化风速的降低，流化风量随之减少，也意味着流化风机的电耗减少，因此能在清洁焚烧的同时，能更好地降低运行成本。本发明循环流化床挥发性有机气体焚烧炉采用氧化铝空心小球作为床料，使流化风量降低，相应的焚烧炉的排烟热损失也减少，具有节能的效果。
图I为本发明循环流化床挥发性有机气体焚烧炉的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图1，对本发明循环流化床挥发性有机气体焚烧炉的结构和运行过程作进一步的说明。如图I所示，本发明的循环流化床挥发性有机气体焚烧炉，包括炉膛I、位于炉膛I底部的风室2、设置于所述炉膛中部的气体入口 9、与炉膛I顶部连通的分离器4，该分离器4具有顶部出口和底部出口、与顶部出口连通的尾部烟道6、用于连接底部出口与炉膛的返料管5、炉膛底部与风室之间隔有布风板3、风室2通过管路外接有流化风机7。炉膛I的底部铺设一层厚度为400mm的氧化铝空心小球8，该氧化铝空心小球的粒径约为3mm。该循环流化床焚烧炉还设有与分离器4上端联通的尾部烟道6，燃烧过程中产生的烟气从该尾部烟道排出；流化风机7，用于向风室2提供流化风，进而将炉膛I内的床料流化。选用氧化铝空心小球作为床料，由于氧化铝空心小球堆积比重小，因此所需的循环流化床焚烧炉的临界流化风速小，也意味着流化风机的电耗减少。该循环流化床的临界流化风速比常规循环流化床低30%。本循环流化床焚烧炉运行时，氧化铝空心小球8先被加入炉膛1，挥发性有机气体和辅助燃煤被分别从气体入口 9和燃料入口送入炉膛I中，流化风机7吹出来的流化风进入风室2，然后通过布风板3进入炉膛I，把氧化铝空心小球8流化起来，氧化铝空心小球被一次风带入炉膛I中上部换热，氧化铝空心小球8被烟气扬吸、夹带入分离器4中通过离心力、重力落入返料管5循环回入炉膛1，而挥发性有机气体在温度约900±20°C的炉膛内的停留时间超过3秒，清洁燃烧后经过分离器4通过尾部烟道6排出，辅助燃煤焚烧产生的烟气也通过尾部烟道6排出。氧化铝空心小球8起到循环床料的作用，燃料燃烧放出的热量被氧化铝空心小球8吸收，确保炉膛内温度稳定在900°C左右。氧化铝空心小球在吹出炉膛I后，通过分离器4的分离作用，可以把产生的热量带回炉膛1，保证炉 膛I温度均匀。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种挥发性有机气体的循环流化床焚烧炉，包括 炉膛； 位于所述炉膛底部的风室； 设置于所述炉膛中部的气体入口； 与所述炉膛顶部连通的分离器，该分离器具有顶部出口和底部出口 ； 与所述顶部出口连通的尾部烟道； 用于连接所述底部出口与炉膛的返料管； 所述炉膛底部与风室之间隔有布风板； 所述风室通过管路外接有流化风机； 其特征在于，所述炉膛的底部铺设有床料，所述床料为氧化铝空心小球。
2.如权利要求I所述的挥发性有机气体的循环流化床焚烧炉，其特征在于，所述氧化铝空心小球的堆积密度为600 900kg/m3。
3.如权利要求I所述的挥发性有机气体的循环流化床焚烧炉，其特征在于，所述氧化铝空心小球的粒径为I 5mm。
4.利用权利要求I 3中任一项所述的挥发性有机气体的循环流化床焚烧炉焚烧挥发性有机气体的工艺，其特征在于，所述挥发性有机气体从气体入口进入炉膛，在床料及流化风机的作用下与辅助燃料共同燃烧。
5.如权利要求4所述的焚烧挥发性有机气体的工艺，其特征在于，所述炉膛内的温度范围为850 950°C。
6.如权利要求4所述的焚烧挥发性有机气体的工艺，其特征在于，所述挥发性有机气体的处理量范围为100 10000m3/h。
全文摘要
本发明公开了一种挥发性有机气体的循环流化床焚烧炉，以氧化铝空心小球作为床料。本发明还提供了利用所述循环流化床挥发性有机气体焚烧炉焚烧挥发性有机气体的工艺，所述挥发性有机气体从气体入口进入炉膛，在床料及流化风机的作用下与辅助燃料共同燃烧。本发明挥发性有机气体的循环流化床焚烧炉采用氧化铝空心小球作为床料，降低了循环流化床的临界流化风速，使流化风量降低，具有节能的效果。而且挥发性有机气体在850～950℃的高温条件下焚烧，能达到99.99％以上的燃烧效率，实现清洁焚烧处理的目标。
文档编号F23G7/06GK102913917SQ201210454939
公开日2013年2月6日 申请日期2012年11月13日 优先权日2012年11月13日
发明者马增益, 严建华, 池涌, 李晓东, 蒋旭光, 金余其, 黄群星, 陆胜勇, 王飞, 薄拯, 倪明江, 岑可法 申请人:浙江大学