一种处理电镀污泥烧结废气的蓄热式热力氧化装置及工艺
技术领域
本发明涉及废气处理技术领域，具体涉及一种处理电镀污泥烧结废气的蓄热式热力氧化(以下简称RTO)装置及工艺。
背景技术
由于电镀污泥烧结废气成分复杂，除含有粉尘、硫氧化物、氮氧化物等污染物外，还具有可燃组分(包括挥发性有机物、一氧化碳等)热值波动大、低自燃点组分占比高、含有机硅组分等特点，因此不能简单的套用其他行业已有成熟技术，需要根据行业实际情况开发适合的技术路线。
目前国内电镀污泥烧结装置普遍仅配置了除尘和脱硫设备，不具备脱除氮氧化物、挥发性有机物等污染物的要求，达不到新标准规定的排放要求。
该行业多污染物联合脱除改造处于起步阶段，中国专利CN208824269U公开了一种熔炼废气超低排放装置，废气首先通过换热器升温后进入RTO脱除挥发性有机物，然后经SCR脱除氮氧化物，再经立式除尘器后通过烟囱排放。中国专利CN109316952A公开了一种非电领域的烟气超低排放设备和工艺，废气首先通过烟道喷入脱硫剂脱硫，然后进入主体塔除尘，再通过RCO/RTO装置脱除挥发性有机废气，同时升温后进入SCR脱除氮氧化物，最后回收余热并排放。中国专利CN108057343A公开了一种蓄热式选择性还原脱硝设备及工艺，该工艺采用RTO高温区和蓄热层分段方法，在炉膛区域设置SNCR区块，在蓄热槽中设置一个SCR区块，通过至少三个转换阀的切换，实现挥发性有机物和氮氧化物的同时脱除。美国专利US 9314739 B2公开了一种蓄热式选择性还原脱硝装置及工艺，该工艺采用蓄热层分段方法，在两个蓄热层中间各设置一个SCR区块。上述专利的总体思路均是一方面利用RTO装置脱除废气中的挥发性有机物和其他可燃气体，另一方面利用RTO燃烧过程产生的热量提高废气温度以满足后续SCR单元的要求。
但是在电镀污泥烧结废气处理实际工程应用中，由于废气可燃组分热值波动大、低自燃点组分占比大、含有机硅组分等因素导致RTO蓄热体热回收效率低、床层堵塞不易清理，使得烟气净化系统无法长期安全高效运行。目前RTO处理工艺中存在下述技术问题：
1、由于电镀污泥烧结废气可燃组分热值波动大、低自燃点占比大，运行过程中低自燃点物质在蓄热室预热初期就已达到自燃点，在蓄热床层的中部甚至中下部就开始氧化燃烧放出大量的燃烧热，这些放出的热量使废气升温后引发更多高自燃点物质也在蓄热体内燃烧，当废气热值高时会导致蓄热体中部温度已经超过800℃，蓄热体蓄热性能下降，几乎一半的蓄热体没有起到蓄热作用。这样，蓄热体实际运行热回收效率只有60～70％，甚至更低，远远低于设计要求的85～95％。RTO排气温度升高，进出口温差变大，周而复始形成恶性循环。
另一方面，由于热回收效率显著降低，燃烧室温度不能维持，需通过燃烧器补充热量，造成天然气额外消耗。此外，因为RTO进出口温差大，在阀门切换运行过程中，RTO蓄热体支撑梁冷热变化大，热疲劳容易导致梁体失稳，存在安全隐患。
解决上述蓄热体中部温度超高导致蓄热体失去蓄热作用的现有方法之一是分级燃烧，中国专利CN106016305A公开了一种去除含有低自燃点有机废气的方法，即对于含有高浓度低自燃点废气通过低温热氧化预处理后进行水吸收操作以除去酸气，将除去酸气后的废气再送入RTO中进行处理。中国专利CN108488809A公开了一种用蓄热式氧化炉处理低自燃点有机废气的方法，其内容与专利CN106016305A原理大体类似。如果该种方法应用于电镀污泥烧结废气处理，一方面因为废气成分和浓度波动大，低自燃点物质浓度的在线检测就是个难题；另一方面，该方法需要增加整套的低温热氧化预处理装置和除去酸气的装置，工艺复杂，投资大；再就是电镀污泥烧结废气成分和浓度波动大，这种部分燃烧的预处理方法存在爆炸等安全风险。
解决蓄热体中部温度超高导致蓄热体失去蓄热作用的现有方法之二是移走大部分的蓄热体，仅保留低于约600mm高度的蓄热体，这样大部分可燃物在起燃前已通过蓄热体，避免在蓄热体内部燃烧。但是这种方法由于移走了大部分的蓄热体，剩余蓄热体的蓄热能力不足，只能获得60～70％的热回收效率，甚至更低，实际运行情况与未移走蓄热体时基本一致，实质是拿走了本不起作用的那部分蓄热体。因此，该方法虽然解决了蓄热体中部温度超高的问题，但并没有解决RTO热回收效率低、进出口温差大、额外消耗天然气的问题。
2、另外，电镀污泥烧结废气中含有有机硅成分，这些物质燃烧后生成二氧化硅粉末，这些粉末的直径很小，大约为0.001～0.01mm，具有很强的粘性，会粘附在蓄热床的陶瓷蓄热体上，影响热能交换，阻碍气体流动。现场试验表明装置运行六个月，二氧化硅在蓄热体表面大量粘附，系统阻力快速增大，最终迫使设备停机。由于问题1的原因，有机硅在蓄热体中部发生燃烧，导致蓄热体中部通道堵塞，不易清理。目前实际项目采取的措施是运行一段时间后，将蓄热体全部取出RTO外进行清理或更换，工作量大，清理难度大，耗时长，对生产运行影响较大。由于在更换和清理的过程中不可避免的造成部分蓄热体破损，因此蓄热体更换费用也高。另一种方式是采用抗硅蓄热体材料延缓二氧化硅在蓄热体表面的粘附，但实际运行中该种方法仅能在一定程度减少二氧化硅的累积，并不能根本上杜绝二氧化硅在蓄热体中部的堵塞。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的电镀污泥烧结废气可燃组分热值波动大、低自燃点组分占比大、含有机硅组分等因素导致RTO蓄热体热回收效率低、床层堵塞不易清理的问题，提供一种处理电镀污泥烧结废气的蓄热式热力氧化装置及工艺，可有效提高蓄热体的热回收效率，可以满足RTO装置在电镀污泥烧结废气成分热值波动的各种工况下长期安全稳定运行，同时避免了有机硅在蓄热体内部燃烧导致蓄热体内部堵塞不易清理的问题。
本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
一种处理电镀污泥烧结废气的蓄热式热力氧化装置，包括蓄热式热力氧化炉，所述蓄热式热力氧化炉包括入口管道、第一蓄热室、燃烧室、第二蓄热室、出口管道，所述第一蓄热室与第二蓄热室内部布置有规整蓄热体；所述蓄热式热力氧化装置还包括设置于所述蓄热式热力氧化炉入口处的新风风机，所述新风风机变频器的频率调节与燃烧室温度、两个蓄热室温度、废气可燃物总浓度关联控制；所述蓄热式热力氧化炉的入口管道与燃烧室之间设有冷旁通管道和冷旁通调节阀，或者在燃烧室与出口管道之间设有热旁通管道和热旁通调节阀，或者冷旁通管道与热旁通管道同时设置；所述冷旁通调节阀与热旁通调节阀分别与燃烧室温度关联控制。
上述方案中，所述第一蓄热室和第二蓄热室内的规整蓄热体的高度为900～1200mm。
上述方案中，所述规整蓄热体上铺设有散堆蓄热体，所述散堆蓄热体的高度为100～200mm。
上述方案中，所述规整蓄热体下设置蓄热体支撑梁。
上述方案中，所述新风风机采用变频新风风机。
上述方案中，所述新风风机鼓入的新鲜空气的风量占烧结废气原风量的20％～50％。
相应地，本发明还提出上述处理电镀污泥烧结废气的蓄热式热力氧化装置的工艺，具体包括以下步骤：
S1、通过所述新风风机鼓入新鲜空气，与所述蓄热式热力氧化炉入口管道的电镀污泥烧结废气混合，降低蓄热式热力氧化炉蓄热床层入口混合气体温度，从而推迟低自燃点物质在蓄热体内点燃时间；
S2、混合后的气体在所述第一蓄热室内与所述规整蓄热体发生热量交换，废气吸热升温，蓄热体放热降温；由于混合气风量增加，废气流经蓄热床层的流速将由常规1～1.5m/s提高至1.5～2m/s区间，从而使低自燃点物质将更容易带入燃烧室燃烧；
S3、通过第一蓄热室的混合废气在燃烧室内燃烧，挥发性有机物充分燃烧，脱除效率超过99％；当废气可燃物总浓度高而燃烧室温度反而低时，加大新风风机频率，从而降低可燃物浓度和废气进入蓄热式热力氧化炉时的温度，提高混合气流速；
S4、如废气成分热值波动，当燃烧室温度持续上升超过870～900℃时，冷旁通调节阀打开直接向燃烧室注入废气，以迅速降低燃烧室温度；或者热旁通调节阀打开将燃烧室多余热量直接排出燃烧室；若燃烧室温度仍持续升高，或蓄热式热力氧化炉出口温度过高，冷旁通调节阀与热旁通调节阀同时开启，能够满足废气成分热值大范围波动下的运行；
S5、在燃烧室燃烧后的气体进入第二蓄热室，废气释放热量，降温后通过出口管道排出，第二蓄热室内的规整蓄热体吸收热量，用于下一个循环加热废气；
S6、一个循环完成后，进气与出气阀门进行切换，改变气流方向，废气由第二蓄热室进入，净化后的气体由第一蓄热室排放；如此不断的交替进行。
进一步优化，步骤S1中，控制新鲜空气的风量占烧结废气原风量的20％～50％，使蓄热式热力氧化炉蓄热床层入口混合气体温度比原烧结废气温度降低50～100℃。
进一步优化，步骤S1之前，调整蓄热式热力氧化炉内规整蓄热体的高度在900～1200mm范围，使低燃点物质快速通过蓄热床层，避免其在规整蓄热体内燃烧。
进一步优化，步骤S4中，单独开启冷旁通调节阀时，其调节气量为蓄热式热力氧化炉进气量的0～10％；单独开启热旁通调节阀时，其调节气量为蓄热式热力氧化炉进气量的0～30％。
本发明的有益效果在于：
1、本发明解决了低自燃点物质在蓄热体中部甚至中下部提前燃烧导致蓄热体热回收效率下降的问题，可将RTO实际运行蓄热体60～70％以下的热回收效率提高至85～90％；燃烧室可实现自持燃烧，这样无需开启燃烧器，节省了天然气消耗，同时燃烧室温度升高，挥发性有机物发生完全燃烧，脱除效率提高到99％以上。
2、蓄热体热回收效率的提高，降低了RTO进出口温差，显著减缓蓄热体支撑的热疲劳，保证了设备的长周期安全运行。
3、通过在蓄热式热力氧化炉上设置冷旁通和热旁通，可以满足RTO装置在电镀污泥烧结废气成分热值波动的各种工况下长期安全稳定运行。
4、通过在规整蓄热体上放置散堆蓄热体作为置换层，避免了有机硅在蓄热体内部燃烧导致蓄热体内部堵塞不易清理的问题，显著降低了检修工作量和蓄热体更换费用，增加系统可用率和工艺单元寿命。
5、本发明工艺简洁、投资低，可广泛用于类似工业废气的排放。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明处理电镀污泥烧结废气的蓄热式热力氧化装置的结构图。
图中：10、蓄热式热力氧化炉；11、入口管道；111、第一入口管道；112、第一入口切换阀；113、第二入口管道；114、第二入口切换阀；12、第一蓄热室；121、蓄热体支撑梁；122、规整蓄热体；123、散堆蓄热体；13、燃烧室；131、燃烧器；14、第二蓄热室；15、出口管道；151、第一出口管道；152、第一出口切换阀；153、第二出口管道；154、第二出口切换阀；20、新风风机；30、冷旁通管道；31、冷旁通调节阀；40、热旁通管道；41、热旁通调节阀。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，为本发明提供的处理电镀污泥烧结废气的蓄热式热力氧化装置，包括蓄热式热力氧化炉10和变频新风风机20。蓄热式热力氧化炉10为两室RTO，包括入口管道11、第一蓄热室12、燃烧室13、第二蓄热室14、出口管道15。入口管道11分为与第一蓄热室12相连的第一入口管道111以及与第二蓄热室14相连的第二入口管道113，第一入口管道111上设置第一入口切换阀112，第二入口管道113上设置第二入口切换阀114。出口管道15分为与第一蓄热室12相连的第一出口管道151以及与第二蓄热室14相连的第二出口管道153，第一出口管道151上设置第一出口切换阀152，第二出口管道153上设置第二出口切换阀154。第一蓄热室12与第二蓄热室14内部从下往上依次布置有蓄热体支撑梁121、规整蓄热体122和散堆蓄热体123，规整蓄热体122的高度为900～1200mm，散堆蓄热体123的高度为100～200mm，散堆蓄热体123作为置换层，装置检修时进行置换。燃烧室13设置于两台蓄热室顶部并与二者相连通，燃烧室13内设有燃烧器131，用于在开工时将蓄热体加热到一定温度，或当废气中可燃物的浓度较低时，需要补充燃料来维持燃烧室13所要求达到的反应温度。
蓄热式热力氧化炉10的入口管道11与燃烧室13之间设有冷旁通管道30和冷旁通调节阀31，燃烧室13与出口管道15之间设有热旁通管道40和热旁通调节阀41，冷旁通调节阀31与热旁通调节阀41分别与燃烧室13内的温度传感器关联控制。
变频新风风机20设置于蓄热式热力氧化炉10入口处的，新风风机20变频器的频率调节与燃烧室13内的温度传感器关联控制。通过新风风机20鼓入新鲜空气与烧结废气混合后进入RTO，新鲜空气的风量约占烧结废气风量的20％～50％，RTO入口混合气体温度约降低50～100℃，蓄热室气体流速将由常规1～1.5m/s提高至1.5～2m/s。
相应的，本发明还提出上述处理电镀污泥烧结废气的蓄热式热力氧化装置的工艺，包括以下步骤：
1)变频新风风机20鼓入新鲜空气，与RTO入口管道11的电镀污泥烧结废气混合。新鲜空气的风量约占烧结废气风量的20％～50％，RTO入口混合气体温度约降低50～100℃，推迟低自燃点物质在规整蓄热体122内燃烧时间。混合后的气体经过第一入口切换阀112进入第一蓄热室12。
2)混合后的气体在第一蓄热室12内与规整蓄热体122发生热量交换，废气吸热升温，蓄热体放热降温。混合气风量增加后，第一蓄热室12气体流速将由常规1～1.5m/s提高至1.5～2m/s区间，低自燃点物质将更容易带入燃烧室13燃烧。同时由于将规整蓄热体122高度控制在900～1200mm，使低燃点物质快速通过蓄热床层，避免其在规整蓄热体122内燃烧，不影响规整蓄热体122正常吸放热功能，RTO热回收效率由60～70％以下提高至85％～90％。
3)通过第一蓄热室12的混合废气在燃烧室13内燃烧，产生大量热量，足以维持自持燃烧，无需启动燃烧器131，节省了天然气消耗。由于燃烧室13温度升高，挥发性有机物充分燃烧，脱除效率超过99％；同时又降低了RTO进出口温差，显著减缓蓄热体支撑的热疲劳，保证了设备的长周期安全运行。由于新风风机20变频器的频率调节与燃烧室13内的温度传感器关联控制，当废气可燃物总浓度高而燃烧室13温度反而低时，加大新风风机20频率，从而降低可燃物浓度和废气进入蓄热式热力氧化炉10时的温度，提高混合气流速。
4)如废气成分热值波动，当燃烧室13温度持续上升超过870～900℃时，开启冷旁通调节阀31，通过冷旁通管道30直接向燃烧室13注入废气，以迅速降低燃烧室13温度；或者开启热旁通调节阀41，通过热旁通管道40将燃烧室13多余热量直接排出燃烧室13。如燃烧室13温度仍持续升高，或RTO出口管道15温度过高，则同时开启冷旁通调节阀31和热旁通调节阀41，可满足废气成分热值大范围波动下的运行。单独开启冷旁通调节阀31时，其调节气量为蓄热式热力氧化炉10进气量的0～10％；单独开启热旁通调节阀41时，其调节气量为蓄热式热力氧化炉10进气量的0～30％。
5)通过上述步骤，大部分有机硅也被快速带入燃烧室13燃烧，燃烧过程中仍将产生二氧化硅粉末，由于规整蓄热体122上表面铺有一层100～200mm厚的散堆蓄热体123作为置换层，因此燃烧生成的二氧化硅粉末粘附在置换层上，装置检修时，可方便的将顶部散堆蓄热体123置换，无需清理内部规整蓄热体122。
6)在燃烧室13燃烧后的气体进入第二蓄热室14，废气释放热量，降温后通过RTO第二出口管道153排出，第二蓄热室14内的规整蓄热体122吸收热量，用于下一个循环加热废气。
7)一个循环完成后，进气与出气阀门进行切换，改变气流方向。废气经第二入口管道113由第二蓄热室14进入，净化后的气体由第一蓄热室12经第二出口管道153排放。如此不断的交替进行。
本发明处理电镀污泥烧结废气的蓄热式热力氧化装置及工艺具有如下有益效果：
(1)电镀污泥烧结废气中氧含量一般在15％左右，完全满足RTO燃烧的需氧量，按常规不需要补入新鲜空气。但本发明在RTO入口特别设置变频新风风机，通过新风风机鼓入新鲜空气与烧结废气混合，补入新鲜空气的目的不在于增加氧含量，而是调节进入RTO蓄热床层入口废气的温度和废气流经蓄热床层的流速。新鲜空气的风量约占烧结废气原风量的20％～50％，RTO蓄热床层入口混合气体温度比原烧结废气温度约降低50～100℃，推迟低自燃点物质在蓄热体内点燃时间。混合气风量增加后，废气流经蓄热床层的流速将由常规1～1.5m/s提高至1.5～2m/s区间，低自燃点物质将更容易带入燃烧室燃烧。
(2)本发明新风风机变频器的频率调节与燃烧室温度、蓄热室温度、废气可燃物总浓度连锁，避开低自燃点物质在线测量的难点，当废气可燃物总浓度高而燃烧室温度反而低时，应加大新风风机频率，可燃物在燃烧室燃烧，燃烧室温度升高，RTO热回收效率升高。由于燃烧室温度升高，挥发性有机物发生完全燃烧，脱除效率提高到99％以上。
(3)90～95％的热回收效率需要较高的蓄热体床层，导致低自燃点物质在蓄热体中部燃烧，反而导致实际热回收效率显著下降。本发明的蓄热层设计避免追求过高的热回收效率，合理调整规整蓄热体的高度在900～1200mm范围，使低燃点物质快速通过蓄热床层，避免其在蓄热体内燃烧，结合本方案其他措施可实现85～90％的热回收效率。
(4)由于电镀污泥烧结废气成分热值波动大，当热回收效率超过85％时，废气热值波动中经常会超过自持燃烧需要的热值。本发明设置的冷旁通，可以在燃烧室温度持续上升超过870～900℃时，通过冷旁通直接向燃烧室注入废气，以迅速降低燃烧室温度，单独开启冷旁通时，其调节气量为RTO进气量的0～10％；或者通过热旁通将燃烧室多余热量直接排出燃烧室，使燃烧室的温度降低到设定的范围，单独开启热旁通时，其调节气量为RTO进气量的0～30％。如燃烧室温度仍持续升高，或RTO出口温度过高，本方案设置的冷旁通和热旁通可以同时开启，适应电镀污泥烧结废气热值的大范围波动运行。
(5)采用上述方案，大部分有机硅也将被快速带入燃烧室燃烧，虽然燃烧后仍将产生二氧化硅粉末，但这些粉末粘附在置换层散堆蓄热体上，装置检修时，可方便的将顶部散堆蓄热体置换，无需清理内部蓄热体。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
