一种以副产煤气为热源的高浓氨水低氮焚烧系统及工艺的制作方法

本发明涉及焦化/半焦废水处理，尤其涉及一种以副产煤气为热源的高浓氨水低氮焚烧系统及工艺。

背景技术：

1、半焦工业作为炼焦工业的重要组成部分，已初步形成完善的产业集群，市场集中在内蒙古、陕西、新疆等北方地区。半焦是泥煤、褐煤、烟煤等低阶煤在中温（500-700℃）条件下进行干馏得到的固体产物，具有高热值和较低的挥发分含量，是很好的高热值无烟燃料，主要用做工业或民用燃料，也用于合成气、电石生产等，少量用作铜矿或磷矿等冶炼时的还原剂，此外还用于炼焦配煤。但其在生产过程会产生大量的半焦废水，造成严重的环境污染风险。因此，半焦行业面临着巨大的环保压力，需要加强治理以及进行技术改造。

2、半焦废水中含有大量难降解的有机物，如焦油、酚类、杂环芳烃、苯胺类、硫氰化物等，已成为工业废水处理领域的重点难题之一。目前，废水处理方式主要有生物法、物理法、化学法及三者相结合的处理方法，其中生化法是焦化（半焦）废水最常规的处理方法。关键流程包括除油沉降、酚氨回收、生化处理、深度处理及盐水处理回用等。因为半焦废水具有成分复杂、环境毒性强、水质波动大等特点，采用常规的预处理+生化法时常因设备投入不足、运行不稳定等原因，出水水质很难达到《gb 16171-2012炼焦化学工业污染物排放标准》的要求。同时，焦化（半焦）企业中焦炉副产煤气普遍过剩，且因其热值低、杂质多，难以实现高附加值利用。基于上述生产实际现状，焦化废水焚烧处理工艺已被列入《焦化行业规范条件（2020版）》，且《db 65/t 3210-2020清洁生产标准 半焦行业》在半焦生产工艺与装备指标中，将污水焚烧列为一级清洁生产水平。

3、授权公告号为cn112313451b的中国发明专利公开了“一种废水的焚烧方法和装置”，废水经蒸发器蒸发后进入第一焚烧炉，排出流和第二焚烧炉排出流混合排出，混合排出流与新鲜空气流在第一热交换器、第二热交换器中进行热交换，并排放至大气。该方法节能效果好，但无法解决尾气氮氧化物超标问题，且适用范围较窄。

4、授权公告号为cn114963202b的中国发明专利公开了“一种高cod废水焚烧设备”，其包括卧式焚烧炉本体、烟囱组件、夹套旋转驱动机构、废水通入管道、管道除垢机构、盐垢收集箱等结构，其占地小、且考虑盐回收清洁系统，但其结构复杂，运维成本高。

5、授权公告号为cn110410804b的中国发明专利公开了“一种有机废水雾化焚烧装置及焚烧方法”，装置包括废水调节组件、雾化组件、焚烧组件和控制组件等，其具有雾化充分、效率高、结构简单寿命长等特点，并考虑了废气酸腐蚀的应对方法，但其应用范围较窄，更适用于低浓度废水。

技术实现思路

1、本发明提供了一种以副产煤气为热源的高浓氨水低氮焚烧系统及工艺，针对半焦/焦化等高浓酚氨废水（简称高浓废水），采用低氮焚烧耦合炉内pncr（高分子非催化还原）脱硝，降低烟气的氮氧化物浓度，通过余热锅炉及省煤器回收烟气余热并降低排烟温度，最终烟气经脱硝和热能回收后达标排放；利用厂区自有过剩副产煤气处理生产过程中产生的半焦/焦化废水，实现以废治废，同时产生有经济价值的产品--蒸汽；工艺适用范围广，有机物去除率超过99.9%，系统投资少、占地小、运维简单，并可实现全自动化运行。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

3、一种以副产煤气为热源的高浓氨水低氮焚烧系统，包括依次连接的焚烧炉、余热锅炉和省煤器，还包括烟气循环管道；所述焚烧炉为低氮焚烧炉，由焚烧炉本体、低氮燃烧器、废水喷嘴及pncr脱硝装置组成；所述低氮燃烧器及废水喷嘴均设于焚烧炉本体的上部，pncr脱硝装置设于焚烧炉本体内烟气温度600～750℃的区域；所述低氮燃烧器分别连接燃气管道、助燃空气管道及循环烟气管道，其中燃气管道与副产煤气管道相连；所述循环烟气管道由烟气管道一和烟气管道二组成，烟气管道一连接于省煤器与焚烧炉之间，烟气管道二连接于省煤器与低氮燃烧器之间。

4、进一步的，所述低氮燃烧器由燃烧器本体、进料中心燃料管、扰流器、循环烟气配气管、斗状挡气板及环状板组成；燃烧器本体沿轴向分为空气入口段、混合燃烧段及富氧燃烧段；燃烧器本体的中心处设进料中心燃料管，空气入口段的外端为空气入口，进料中心燃料管自空气入口伸入，向混合燃烧段延伸；空气入口段由依次连接的初混扩大段、初混收缩段及初混直段组成；空气入口段与混合燃烧段之间设扰流器，混合燃烧段由依次连接的扩大段、直段及收缩段组成；扩大段沿周向设若干循环烟气配气管，循环烟气配气管的烟气喷射方向朝向扰流器一侧，远离扰流器一侧的进料中心燃料管上设有斗状挡气板，进料中心燃料管在靠近直段一端设扩张燃料口，扩张燃料口与中心燃料管相连，中心燃料管的直径小于进料中心燃料管的直径；直段沿周向设若干支管燃料口；混合燃烧段与富氧燃烧段之间设环状板；靠近环状板的收缩段一侧设点火孔，中心燃料管延伸至点火孔附近并设中心燃气出口；进料中心燃料管连接燃气管道，支管燃料口通过支管燃料管连接燃气管道；富氧燃烧段设有向外扩大的锥筒形结构的空气配气挡板，富氧燃烧段沿周向设若干空气配气孔，空气配气孔与空气入口分别连接助燃空气管道；助燃空气管道上设空气预热器，空气预热器另外与烟气管道一相连；循环烟气配气管连接烟气管道一。

5、进一步的，所述扰流器由扰流器外壳及扰流叶片组成，扰流叶片可转动地设于扰流器外壳内；扰流叶片由多个叶片组成，并且每个叶片上均设有出气孔。

6、进一步的，所述废水喷嘴为三段式雾化喷嘴；喷嘴本体内设有废水通道，废水通道由依次连通的收缩腔、混合腔及旋流腔组成；收缩腔的外端为废水进口，收缩腔一端的喷嘴本体上设有多个压缩空气进口，压缩空气进口通过对应的压缩空气通道连接混合腔的起始端；混合腔与旋流腔之间设挡板，挡板上开设若干汽水混合通孔；旋流腔的腔壁上设有旋流膛线，旋流腔的外端设雾化出口，靠近雾化出口的旋流腔内设有旋挡片。

7、一种以副产煤气为热源的高浓氨水低氮焚烧工艺，包括如下步骤：

8、1）高浓废水进入废水贮池除去包括焦油、悬浮物在内的杂质后，泵送至低氮焚烧废水贮槽进行二次除杂；

9、2）除杂后的高浓废水经高压泵加压后，通过废水喷嘴雾化喷入低氮焚烧炉；

10、3）净化后的副产煤气通过低氮燃烧器与助燃空气、循环烟气充分混合后点燃；在低氮燃烧器附近的焚烧炉本体内形成缺氧燃烧区和富氧充分燃烧区；高浓废水雾滴经高温焚烧氧化分解为co2、n2和h2o；

11、4）焚烧产生的烟气在焚烧炉本体内烟气温度600～750℃的区域经pncr脱硝，然后进入余热锅炉，通过热能回收产生蒸汽供厂区自用或外供；部分烟气回流至焚烧炉本体内及低氮燃烧器，剩余烟气经省煤器再次回收余热后通过烟囱排放。

12、进一步的，所述pncr脱硝采用pncr脱硝计量喷射装置及pncr脱硝剂；pncr脱硝剂为粉剂，采用气力输送。

13、进一步的，所述pncr脱硝剂按重量百分比计包括以下组分：醛类12%～30%，氨水24%～60%，稳定剂3%～6%，还原剂10%～24%，分散剂0.1%～3%，ph调节剂1%～3%、聚氮异丙基丙烯酰胺1%～3%。

14、进一步的，所述pncr脱硝剂的制备方法为：厂区自产的剩余氨水经净化后预热至50～80℃，然后加入醛类，恒定温度下混合30～60min，调节混合液的ph值至4.5～5.5，再加入还原剂继续反应1～5h；取出混合液在100～180℃下分馏，馏分中加入分散剂和稳定剂后搅拌30～60min，最后加入聚氮异丙基丙烯酰胺；在100～180℃下经旋转蒸发结晶后得到pncr脱硝剂。

15、进一步的，所述低氮燃烧器中，燃气、循环烟气与助燃空气的摩尔比为1：(0.2～0.6)：(0.3～0.7)。

16、进一步的，进入低氮焚烧炉的循环烟气，在焚烧炉本体与低氮燃烧器环状板垂直位置进入，与焚烧炉本体的轴线成3～10°夹角斜射至炉膛中，循环烟气流速控制在1.5～3.0m/s。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

18、1）将半焦/焦化等高浓有机物难降解废水进行焚烧处理，采用针对该类废水焚烧炉专用的低氮燃烧器及废水喷嘴，并设定燃料、烟气与助燃空气的摩尔比，在烟气温度为600～750℃的区域喷入pncr脱硝剂，有效降低烟气氮氧化物浓度；

19、2）通过余热锅炉及省煤器回收烟气余热并降低排烟温度；

20、3）利用厂区自有过剩副产煤气处理生产过程中产生的半焦/焦化废水，实现以废治废；同时产生有经济价值的产品-蒸汽，供厂区使用；

21、4）工艺适用范围广，有机物去除率超过99.9%，系统投资少、占地小、运维简单，可实现全自动化运行；

22、5）适合小水量高浓废水处理，能够实现低成本零排放要求。