一種用於懸浮催化裂解無焰燃燒塑料或橡膠廢棄物的裝備的製作方法

2023-05-25 09:45:41

本發明涉及一種燃燒裝備，具體涉及一種用於懸浮催化裂解催化氧化無焰燃燒塑料或橡膠廢棄物的燃燒裝備。

背景技術：

隨著社會經濟的發展，稱之為黑色汙染物的廢舊輪胎和稱之為白色汙染物的廢塑料等難降解的高聚物材料產生量日益巨大，已帶來了嚴重的環境汙染問題。

目前，僅報廢的輪胎全世界每年逾15億條，得以回收再利用的僅15～20%，我國2016年全年產生的廢舊輪胎亦達3億餘條，重量在1000萬噸以上。長期以來，日益增多的廢舊輪胎成了環境保護的一大難題。因此，如何合理、高效地利用廢舊輪胎已成為社會廣泛關注的問題。

各種廢舊輪胎依原用途不同其主要成分波動範圍為橡膠30～55%、活性炭20～36%、硫0.5～3.0%、軟化劑（油）1～22%、氧化鋅0.5～2.6%、加硫助劑1～13%、纖維0～18%、鋼絲2～17%（其中卡車徑向式輪胎鋼絲15～40%），同一種輪胎材料的基本成分較簡單而穩定，大致為橡膠50%、炭25%、鋼絲15%、其它添加劑10%，其所含元素炭氮氫氧總量>88%、水7900kcal/kg廢塑料，先將廢塑料進行脫氯處理（一般採用300℃常壓加熱裂解脫氯回收鹽酸工藝），將廢塑料氯含量降至0.6%，然後粉碎至1mm以下，在燒油的同時，以廢塑料專用吹入管式燃燒器從窯頭吹入迴轉窯內，其小部分大於1mm的塑料粉則噴入窯尾煙室及分解爐下端（即分解爐錐部）內燃燒，其主燃料油可減少40%。但該方法一是耗能，二是廢塑料的脫氯工藝複雜易產生二次汙染，三是廢塑料中大量的塑化劑亦會揮發，浪費了廢塑料中的能源，且提高了利用成本，四是須將塑料粉磨至粒徑1mm以下的顆粒才能不產生強還原氣氛及還原熟料，粉磨電耗過高，一般企業難以承受。

第二類方法，是將分選後不含氯的廢塑料破碎直接送入高溫水泥迴轉窯內燃燒。如《中國資源綜合利用》（2002/10）《用廢塑料作水泥窯燃料之技術》，介紹了一種使用不含滷族元素（氟、氯、溴、碘、砹）的熱塑料廢塑料用作水泥窯燃料的方法，將含氯等滷元素的廢塑料分選去掉，塊狀塑料粉碎至粒徑20mm以下、片狀粉碎至30mm以下，利用與迴轉窯的窯頭煤粉燃燒器並列設置的另一根噴嘴，向迴轉窯內吹送粉碎的塊狀廢塑料。如日本德山水泥廠的3條水泥生產線一直以此技術利用不含滷元素的廢塑料作燃料化技術，年耗廢塑料10萬噸，其使用的不含滷素廢塑料平均熱值為7500kcal/kg。但該方法尚只能適應於迴轉窯內，日本德山水泥廠多年的反覆試驗尚不能應用於其水泥生產線上的分解內，而水泥生產線分解爐所需燃料比迴轉窯窯頭所需燃料高近50%，分解爐與窯頭燃煤比例一般為分解爐60～65%：窯頭35～40%。另一方面，仍必需將廢塑料中大量的含氯塑料分選去掉。事實上，當前業界一致認為廢塑料的分類收集是降低廢塑料再生利用的關鍵，如能將含氯廢塑料分類回收，大部分廢塑料可簡化脫氯工序，大幅降低再生利用的成本。

第三類方法是將廢塑料粉碎後或廢塑料粉碎後與其他材料混合壓製成燃料塊後，以壓製成型的燃料塊送入窯爐內燃燒。但該方法製成型燃料塊客觀上能耗偏高、存在二次汙染，且使用過程中燃燒速度偏慢、二次汙染問題大多難以處理。

第四類方法是將廢塑料作為熔核燃料和煤混合用於窯爐燃燒，即先將廢塑料通過電加熱膜加料熔融和熔化形成所謂的壓縮塑料，再將熔融的壓縮塑料切割成熔核，然後，將切片塑料熔核和煤混合用於窯爐燃燒。但該方法除加工較複雜、能耗偏高外，且其加工與焚燒釋放問題仍有待研究和解決。

綜上所述，顯然地，儘管廢舊輪胎/廢塑料等高聚合物材料的高溫催化裂解具有極大的潛在優勢，廢舊輪胎/廢塑料的裂解產物在燃燒性能方面亦具有優勢，而催化氧化燃燒技術較常規的燃燒技術具有極大的優勢，但在廢舊輪胎/廢塑料等作為替代燃料應用於水泥生產方面至今未見任何將催化裂解和裂解產物燃燒直接結合的研究和實踐，更未見將高溫催化裂解技術和高溫催化氧化技術直接結合的研究或實踐。

眾所周知，水泥生產是高耗能高汙染企業，當前的水泥生產需要消耗大量的燃煤，以替代性燃料解決水泥生產所需的燃煤，尤其是替代分解爐用燃煤，一直是本行業科技工作者關注和研究的重要課題。如何高效解決好水泥生產中的替代性燃料尤其是分解爐用替代性燃料的高效利用問題，並最大限度地利用廢舊輪胎/廢塑料資源、降低廢舊輪胎/廢塑料利用的加工能耗和成本，迫切需要一種能以投資方式將高溫催化裂解技術和高溫催化氧化技術直接結合的全新的燃燒裝備。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是，提供一種可協同利用高溫催化裂解和高溫催化氧化燃燒技術優勢，便於低成本利用廢舊輪胎/廢塑料作為幹法水泥生產用替代燃料、不影響窯系統產能和熟料質量，且無二次汙染的用於塑料或橡膠廢棄物懸浮催化裂解和催化氧化無焰燃燒的裝備。

本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：一種用於懸浮催化裂解無焰燃燒塑料或橡膠廢棄物的裝備，包括分解爐、布餵料器、計給料器、改性廢棄物燃料倉、輸送機ⅰ、均質機、計給料泵和催化裂解氧化劑儲罐，所述計給料泵通過管道與催化裂解氧化劑儲罐的出口、均質機的霧化噴淋進液管相連通，所述輸送機ⅰ分別與改性廢棄物燃料倉的進料口、均質機的卸料口相連，所述改性廢棄物燃料倉的底部出料口與計結料器相連，所述計結料器與布餵料器相連，所述布餵料器與分解爐內相連通。

進一步，所述的布餵料器及計給料器可設置2組以上，將廢棄物燃料從分解爐的不同位置分別送入懸浮於分解爐內。

進一步，還設有配料給料裝置、塑料/橡膠碎裂廢棄物儲倉、輸送機ⅱ、粉碎裝置和輸送機ⅲ，所述輸送機ⅲ的卸料端與粉碎裝置的進料口相連，所述輸送機ⅱ分別與塑料/橡膠碎裂廢棄物儲倉的進料口、粉碎裝置的出料口相連，所述配料給料裝置分別與塑料/橡膠碎裂廢棄物儲倉的底部卸料口、均質機的進料口相連。

本發明以計給料泵抽取催化裂解氧化劑儲罐中的催化裂解氧化劑噴灑至均質機內經粉碎的廢塑料/廢舊輪胎物料上，均質混合，將碎裂的廢塑料/廢舊輪胎物料均化改性為可在高溫條件下高效催化裂解和催化氧化燃燒的改性廢棄物燃料，改性廢棄物燃料經輸送機ⅰ送入改性廢棄物燃料倉中，改性廢棄物燃料倉中的改性廢棄物燃料經倉底部出料口的計結料器連續計量給料、再經布餵料器連續布送入分解爐內並懸浮於分解爐內，利用幹法水泥生產線系統的拉風及分解爐內840℃（分解爐邊部840～900℃）～1200℃（分解爐中心1100～1200℃）的託底溫度場，實現改性廢棄物燃料的懸浮催化裂解和催化氧化無焰燃燒，改性廢棄物燃料懸浮催化裂解和催化氧化無焰燃燒產生的熱量直接供給分解爐內碳酸鈣的分解。

本發明針對廢舊輪胎/廢塑料高聚物材料的成份特點和燃燒特性，結合考慮橡膠/塑料高聚合材料的高溫催化裂解條件、及高溫催化氧化燃燒的條件，協同利用高溫催化裂解和高溫催化氧化燃燒的優勢，將能有效促進高溫催化裂解和高溫催化氧化的物質直接吸附於碎裂的廢舊輪胎/廢塑料碎裂塊物料上，對廢舊輪胎/廢塑料碎裂物進行改性處理，選擇高於800℃（分解爐內邊部達850℃、中心高達1200℃）的高溫託底溫度場，解決好廢舊輪胎/廢塑料碎塊物料的高溫催化快速裂解和高溫催化快速氧化燃燒問題，使之能高效的大量用作分解爐用替代性燃料。針對幹法水泥生產線分解爐內的拉風特點、及高溫催化裂解產生大量的乙烯、丙烯、丁烯、異丁烯、甲烷、烷烴、芳烴等易燃性氣體和高溫催化氧化氣體的作用特點，選用易於切削加工且加工成本低廉且不易產生二次汙染的小於50mm的廢舊輪胎/廢塑料碎裂物作為改性燃料的原料，既為物料的改性創造好條件，也為進入分解爐內後被拉風形成懸浮狀態快速催化裂解、高效催化氧化無焰燃燒創造出條件，最大限度地降低廢料的利用成本。針對廢舊輪胎/廢塑料的材料成分特性及分解爐內大空間高溫場中懸浮大量的碳酸鈣、氧化鈣物料的特點，直接利用尺寸50mm以下的廢舊輪胎/廢塑料碎裂物料，實現廢舊輪胎/廢塑料改性燃料於分解爐內空間的懸浮快速催化裂解和高效氧化無焰燃燒，改性燃料懸浮裂解氧化無焰燃燒產生的熱量直接供給分解爐內碳酸鈣的分解，廢塑料中的氯裂解為鹽酸直接與新生的高活性氧化鈣固化生成氯化鈣轉化為熟料燒成的礦化劑，廢舊輪胎物料中的硫在催化氧化氣氛中裂解生成三氧化硫並直接與新生的氧化鈣化合固化為硫酸鈣轉化為熟料燒成的礦化劑，廢塑料/廢舊輪胎物料中的無機物直接轉化為熟料生產的原料。

本發明的有益效果：

1）裝備簡單，並有相對成熟的設備可供選用，廢舊輪胎/廢塑料作為替代燃料利用成本低，經濟性好，便於推廣。

2）可有效減少廢舊輪胎/廢塑料對環境的汙染，及減少廢舊輪胎/廢塑料再利用加工過程中的能源消耗和環境汙染，利於環保。

3）為水泥企業利用廢舊輪胎/廢塑料作為替代性燃料提供一種經濟而實用的裝備，利於水泥企業節能減排和降本增效。

附圖說明

圖1為本發明實施例1的結構示意圖；

圖2為本發明實施例2的結構示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖及實施例對發明作進一步說明。

實施例1

參照圖1，用於懸浮催化裂解無焰燃燒塑料或橡膠廢棄物的裝備，包括分解爐1、布餵料器2、計給料器3、改性廢棄物燃料倉4、輸送機ⅰ5、均質機6、計給料泵7和催化裂解氧化劑儲罐8，所述計給料泵7通過管道與催化裂解氧化劑儲罐8的出液口、均質機6的霧化噴淋進液管相連通，所述輸送機ⅰ5分別與改性廢棄物燃料倉4的進料口、均質機6的卸料口相連，所述改性廢棄物燃料倉4的底部出料口與計結料器3相連，所述計結料器3與布餵料器2相連，所述布餵料器2與分解爐1內相連通。

工作時，計給料泵7抽取催化裂解氧化劑儲罐8中的催化裂解氧化劑噴灑至均質機6內經粉碎的廢塑料/廢舊輪胎物料上，均質混合，將碎裂的廢塑料/廢舊輪胎物料均化改性為可在高溫條件下高效催化裂解和催化氧化燃燒的改性廢棄物燃料，改性廢棄物燃料經輸送機ⅰ5送入改性廢棄物燃料倉4中，改性廢棄物燃料倉4中的改性廢棄物燃料經倉底部出料口的計結料器3連續計量給料、再經布餵料器2連續布送入分解爐1內並懸浮於分解爐1內，利用幹法水泥生產線系統的拉風及分解爐1內840℃（分解爐邊部840～900℃）～1200℃（分解爐中心1100～1200℃）的託底溫度場，實現改性廢棄物燃料的懸浮催化裂解和催化氧化無焰燃燒，改性廢棄物燃料懸浮催化裂解和催化氧化無焰燃燒產生的熱量直接供給分解爐1內碳酸鈣的分解。

實施例2

參照圖2，用於懸浮催化裂解無焰燃燒塑料或橡膠廢棄物的裝備，包括分解爐1、布餵料器ⅰ2a、布餵料器ⅱ2b、計給料器ⅰ3a、計給料器ⅱ3b、改性廢棄物燃料倉4、輸送機ⅰ5、均質機6、計給料泵7、催化裂解氧化劑儲罐8、配料給料裝置9、塑料/橡膠碎裂廢棄物儲倉10、輸送機ⅱ11、粉碎裝置12和輸送機ⅲ13，所述輸送機ⅲ13的卸料端與粉碎裝置12的進料口相連，所述輸送機ⅱ11分別與塑料/橡膠碎裂廢棄物儲倉10的進料口、粉碎裝置12的出料口相連，所述配料給料裝置9分別與塑料/橡膠碎裂廢棄物儲倉10的底部卸料口、均質機6的進料口相連，所述計給料泵7通過管道與催化裂解氧化劑儲罐8的出液口、均質機6的霧化噴淋進液管相連通，所述輸送機ⅰ5分別與改性廢棄物燃料倉4的進料口、均質機6的卸料口相連，所述改性廢棄物燃料倉4的底部出料口分別與計給料器ⅰ3a、計給料器ⅱ3b相連，所述計給料器ⅰ3a與布餵料器ⅰ2a相連，布餵料器ⅰ2a與分解爐1內下部空間相連通，計給料器ⅱ3b與布餵料器ⅱ2b相連，布餵料器ⅱ2b與分解爐1內中部空間相連通。

工作時，將廢塑料/廢舊輪胎通過輸送機ⅲ13送入粉碎裝置12粉碎為尺寸1～50mm的物料，粉碎後的物料以輸送機ⅱ11送入塑料/橡膠碎裂廢棄物儲倉10，經塑料/橡膠碎裂廢棄物儲倉10底部的配料給料裝置9配料後送入均質機6，在均質混合的同時，以計給料泵7抽取催化裂解氧化劑儲罐8中的催化裂解氧化劑噴灑至均質機6內的物料上，均質混合，將碎裂的廢塑料/廢舊輪胎物料均化改性為可在高溫條件下高效催化裂解和催化氧化燃燒的改性廢棄物燃料，改性廢棄物燃料經輸送機ⅰ5送入改性廢棄物燃料倉4中，改性廢棄物燃料倉4中的改性燃料經倉底部出料口的計給料器ⅰ3a、計給料器ⅱ3b連續計量給料、再經布餵料器ⅰ2a、布餵料器ⅱ2b連續布送入分解爐1內並懸浮於分解爐1內，利用幹法水泥生產線系統的拉風及分解爐1內840℃（分解爐邊部840～900℃）～1200℃（分解爐中心1100～1200℃）的託底溫度場，實現改性廢棄物燃料的懸浮催化裂解和催化氧化無焰燃燒，改性廢棄物燃料懸浮催化裂解和催化氧化無焰燃燒產生的熱量直接供給分解爐1內碳酸鈣的分解。