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关于清洁供热领域直接实现超净排放综合一体化技术,及同步实现碳捕捉的技术成果及应用前景,

2024年11月20日  17次

关于清洁供热领域直接实现超净排放综合一体化技术

及同步实现碳捕捉的技术成果及应用前景

 

技术提供单位:鞍山市霾无踪科技有限公司、海城市净火科技中心

本文作者,技术发明人祝恩波,男,辽宁省鞍山市人。

                    

1975年出生,男,中国共产党党员,中专文化,碳排放高级管理师,从事科技研发二十余年,拥有数十项专利技术。专心于研发各种实用科学技术,成立鞍山市霾无踪科技有限公司和海城市净火科技中心两家企业,为解决人民群众,企业社会,和国家在生产生活中面对时问题呕心钻研,技术报国,为实现党员义务和人生价值,孜孜不倦,贡献社会。

电话(微信)15941219166

目前清洁供热及碳减排的状况;因无切实可行的废气处理技术,对微小中供热实行一刀切的禁止煤炭和碳无奈政策。

当前在世界,及我国的清洁供热研究领域,普遍朝着减少中小型供热锅炉的煤炭使用量,限制20吨以下燃煤锅炉,推进使用生物质,燃气等手段,辅以电采暖,来解决其整个大气质量的改善,最近发改委发文,促进在清洁采暖同时实现二氧化碳的减排,以保证整个碳排放顺利推进。

清洁供热的核心任务,主要是在废气排放领域的技术突破,在现阶段,废气排放的主要技术还是在湿法脱硫,干法脱硫等技术方法,脱硝目前主要是SNCRscr催化法脱硝,及炉内喷尿素,氨水等方法,除尘采用旋风除尘,多管除尘,布袋除尘等方法,这几种废气处理三大指标,普遍适用于中大型供热锅炉,对微小型的家庭,企业供热以目前的技术常规水平难以达到。

同时在碳排放领域,碳回收普遍在大型电厂,供热公司应用,对几十吨供热设备,由于技术复杂,很难以普及。大大限制了其碳达峰的政策落实。

对于小型供热设备,气化燃烧,型煤燃烧等技术的应用,减少了部分的颗粒物排放,但是在实际应用过程中,so2,nox等有害气体排放,对大气的直接污染并没有根本性的改变。

电采暖领域是以消耗电能作为供热的辅助手段,解决部分供暖问题,尤其空气能作为近几年异军突起的新型供热技术,作为清洁供热辅助方法来为社会提供清洁供暖。但作为以消耗电力为基础,虽然使用过程基本没有排放,最终污染还是以电厂的排放作为指标来折算排放指标,还有就是设备制造过程中的碳排放并没有降低碳排放指标,反而增加了碳排放的数量,所以说空气能是干净低排放的供热方法,最终的排放指标还是以电厂的千瓦消耗量来计算。

作为最核心的废气治理技术,本世纪以来并没有显著的推进,尤其在中小型的废气处理技术方面,一两百至一两千平左右的供热废气治理技术,以目前的技术水平基本无法实现,企业及社会终极手段就是禁止燃煤的使用,使用生物质,天然气,电能来保障人民生活对热能的需求。对nox的排放,处于无可奈何的境地。

使用天然气供热,在局部地区使用,是一个清洁供热方法,但是我国本身就是个缺少天然气的国家,大量进口天然气在目前是无奈之举,将国家能源安全寄托几个主要供应国,显然有不可预测的危险,而且使用天然气供暖,其高昂的成本,显然成为一个居民和企业不可承受之重。

本人作为处于生产生活在北方的最基层民间科技人员,在考察各地的采暖和废气处理技术基础上,认为清洁供热的症结就是废气排放超标,工序繁杂,居民供暖和企业治理废气成本过高,各种脱硫塔,scr高温催化剂脱硝,,sncr,耗材消耗严重的布袋除尘,余热回收器,等等互不衔接的废气处理设施,产生各种危废,处理困难,运行成本高昂,造成很对地区的供热和采暖问题频出。

针对南北方的锅炉,窑炉,工业等废气处理及热能回收的目前现状,本文作者苦心多年,结合自身,以实用为目的研发目标,研发出可以实现微 ,小,中,大型供热设备使用,达到超净供热为目标,余热回收和废气治理为中间必不可缺的手段的废气治理 设备,并总结出一套切实可行的操作技术手段。经过严格的第三方检测,对so2可实现基本零排放,为仪器测不出状态,nox在最高试验阶段可达零排放,工作使用阶段实现超净排放标准35-150毫克水平,颗粒物基本在5-20毫克之间。在二氧化碳处理方面,脱除率在70-90%.

在本套技术方案及设备的使用状态下,对微小型供热设备,在焚烧生活垃圾的过程中,其特殊的废气处理方法,具有将烟气在瞬间(2秒内)降到30-40度区间,使之不产生二噁英的理论依据,可适用于家庭方式将生活可燃垃圾进行供热使用,减少了煤炭,生物质燃料的使用,减少社会治理垃圾的成本。实现就地产生和就地消化。

本套设备的技术方案,是以乙酰胺+复合添加剂为主要处理药剂为使用,使用浓度在5-10%,废气中的so2转化为液体硫酸铵,nox转化为氮气,二氧化碳,和水,co2转化为氮肥,热量经回收后注入供热锅炉,烟尾维持在锅炉的循环回水温度30-40度,在最求最大的余热回收试验中,烟温排放维持在室温排放水平,即20度左右。

运行过程简述

含有污染物烟气气体在风机吸引下,将废气从锅炉或窑炉经风管进入处理器内,在启动风机时,处理液在辅助设备的工作下,与烟气发生反应进行负压工作,处理液形成负压差,形成负压液体层,负压液体层高度,根据烟气中废气污染物的浓度进行设定,维持在合理水平高度。

处理液对烟气温度进行蓄能作用的液体发生反应,在其内气液内形成毫米,微米级别细小液膜接触面,与处理液在接触的设定时间内发生化学反应,完成污染气体的治理。

热量在与液体的解除过程中,热量释放到处理液体内,有处理液进行蓄能反应。

家用供热多功能废气处理器

废气的运行工艺机理描述 (此段因原理复杂,为了便于了解,删减了大量技术性介绍)

液膜复合药剂吸收 NOx ,so2,co2的传质机理

对于净火牌烟气处理器工作过程的研究,就其适用性和高效性的程度而言,当以双膜气液处理理论本公司(鞍山市霾无踪科技有限公司法人专利技术)较为成熟。

本文作者表述为液包气,气包水,双膜气液处理理论。

1;要点是:①流动状态,在气液接触界面两侧,分别存在着

一层稳定的滞流膜,该膜的厚度将取决于传质构件的结构,分割效率和流 体的滞流程度,可厚可薄,但是永远存在。

②对于界面,界面 没有任何阻力,所以气液两相立即能够达到平衡。

③在膜的两侧主体流动区,由于湍流的激烈程度已使主体内物质的浓度趋 于一致,但是滞流膜内传质方式将以分子扩散来实现。因此传质的阻力将由气相主体、气膜、界面、液膜和液相主体等各部分阻力叠加而成,而实际上,阻力将集中在界面两侧的液膜和气膜。

根据上述三个状态,对于双组分理想气体混合物,在恒温

恒压下,若组分 A 和组分 B Z 方向扩散,两者的偏摩尔体积VA VB恒相等,则两者的传质通量 NA NB应大小相等方向相反,没有主体流动。此时应服从费克定律,A 的通量为:

当它是不稳定扩散时,它的即时通量就不恒定了。对微元

体作物料恒算,取 dZ 距离的两个垂直于扩散方向的平面

但是,上述的等分子扩散变为组分 A 在静止膜 B 内单分子扩散 时,传质系数 kl kg

都必须考虑到存在主体流动,因而应乘上彼此的漂流因子,即

由于双膜理论比价简单,其运行较为合理性,因此得到了

本公司技术的应用,特别对具有固定传质表面、周围流体又是

高度湍流的系统更为适用。

2; nox吸收原理

相对于其它的吸收来说,用尿素的水溶液来吸收 NOx 是一

个非常复杂的吸收反应。第一,NOx 包括 NONO2N2O3 N2O4

等物质。第二,在气相中同时存在着可逆和不可逆反应。第三,

伴随着化学反应,这些物质又能同时被吸收。但是综合起来,

该吸收机理可分为三步:(1NOx 穿过气液两相交界处的气膜

和液膜;(2)被溶解了的 NOx 首先与水作用生成硝酸和亚硝酸;(3)生成的亚硝酸会迅速与乙酰胺发生反应。要使吸收达到理想 效果,必须首先了解气液平衡、传质和化学反应的相互关系。 吸收速率和选择性取决于温度、压力、NOx 各组分压力和气相 O2 H2O 的分压。

2.4.1 气相反应的计算

氮氧化物废气在气相中的主要组分有 N2O2NONO2N2O3

N2O4等,NO 在气相中和 O2发生氧化反应:

对于 NO 反应来说,认为其机理如下:NO 在气体中先发生

二聚反应然后被氧气氧化。氧化反应对 NO 来说是二级反应,

对于 O2 来说是一级反应。NO 在气相中氧化反应随着 NO 浓度

的降低而逐渐减慢,当达到一定程度,气相中 NO NO2 处于

平衡状态。 假设气相中水蒸汽的影响不计,那么 NO2 可以发

生二聚反应,生成 N2O4NO2 还可以和 NO 发生反应,生成

N2O3,这两个反应可以通过下面两式来表示:  

气相传质速率水 在气相中,下面需要说明:

1、在气膜中,距离气相界面越近 NO 的分压越高,形成逐渐升

高的浓度梯度趋势。显而易见,NO 在膜中的氧化速率不同于主

体中的氧化速率,而且 NO 的传质过程伴随着氧化反应,因而

产生对 NO 传质速率增强的因素。气膜的体积传质系数可以采

DGKGH a 来估计。

2NONO2N2O3N2O4处于平衡状态,气相传质速率根据反应

平衡的变化而变化,但在相界面的侧面,则湍流已经消失,因

而分别存在着不成湍流的薄膜,也就是说在气相侧的气膜和在

液相侧的液膜,物质必须以扩散的方式,从气相连续通过气膜

和液膜而进入液相。NONO2N2O3N2O4的以分压差表示的气相

传质速率总是处于平衡状态

1)气相主体的计算

处理器内吸收过程中,气相组成随着吸收过程的进行而变化,气相 两组份之间的平衡关系由于氮氧化物废气进口总流量、氮氧 化物废气进口氧化度和氮氧化物化物进口含量是已知的,进口 温度下饱和气体的组成。

7.过程简述

含有污染物烟气气体在风机吸引下,经风管进入处理器内,在启动风机时,处理液在辅助设备的工作下,与烟气发生反应进行负压工作,在相关辅助设备的作用下,在其内气液内形成毫米,微米级别细小接触面,与处理液在接触的设定时间内发生化学反应,完成污染气体的治理。烟气中余热的释放,可以根据业主需求进行回收,将烟温控制在40度左右。减少蒸发,降低成本耗材的使用。

三、对烟气温度控制运行可能产生的因素及技术方案。

1.烟气温度对运营成本的影响分析

在反应过程中,排烟温度对处理液的消耗有直接影响,排气温度如果高于50度,会产生处理液的蒸发,消耗速度加快,运营成本加大,因此降低烟气温度,是降低运营成本的关键因素之一,因此烟气的热利用是提高效益,降低运营成本的必要条件,设置好烟气余热回收装置是本项目运行的关键,烟温保持在40-50度之间,可降低处理液的挥发。同时节省大量热源。

本技术解决的问题;

1;解决了微,小,中,大型供热设备的废气综合一体化处理世界难题;

实现了供热设备的脱硫,脱硝,除尘,脱碳,余热回收,废气变肥,脱白,脱除二噁英的难题,将原本分属不同领域的废气治理技术,合并成一个技术一套设备同时完成,对比传统技术大大的减少了处理环节。

2;实现碳循环

在蓄热层加注碳转化药剂,将co2转化为含氮肥料,实现碳捕捉功能,将碳捕捉技术应用到家家户户,变为肥料,实现碳循环,早日实现碳中和。同时碳转化剂还有脱硫功能,辅助脱硫。

3;超低温脱硝;

实现微小型设备的低温脱硝功能,传统的脱硝,都要高温实现,本技术及设备实现了在低温30-50度烟温的情况下,即可实现脱硝。节省了大量的脱硝成本。

4;实现废气处理无危废排放;

,本技术方案,在废气处理过程中,so2转化为硫酸铵,nox转化为氮气,二氧化碳,水,没有危废产生,co2转化为含氮肥料,颗粒物被吸附,沉淀为有机沉渣,可以排出与燃料废渣混合发酵为矿物质有机肥,普通农户家庭,供热小区等,在排出时进行收集沤制,当做肥料使用。

5;节能效果显著;

本技术方案,在使用过程中,必须进行余热回收,否则会造成药剂和水是严重消耗,设备也会严重损坏,乃至报废,所以本设备必须进行热量回收,对比传统的排烟1,2百度的传统锅炉及供热设备,可实现30度左右的烟温排烟,节省了大量能源,热利用率在90%左右,对比传统供热技术,节能10-15%,这是对碳排放及节能领域的一大技术创举。

6;降低清洁供热成本;

本技术方案,具有极强的烟气处理效果,不仅可以使用燃煤,而且还可以使用生物质,生活可燃垃圾作为燃料,对各种塑料,废衣物,服装下脚料,生物等生活垃圾等,可以实现直接焚烧,对制成垃圾压块,工业可燃固废压块等可实现减煤,减碳供热,降低垃圾处理成本,提高供热效益。

7;多面手的废气处理技术;

本技术制作的设备在废气处理领域以分别不同的视角进行定位,可以实现不同的理论定位;

脱硫;还原脱硫反应釜;so2在设备内转化为硫酸铵。

脱硝;超低温脱氮反应塔;nox在其内,低温转化为氮气,二氧化碳,  水,不需要增温,30-50度即可完成还原反应。

除尘;液膜除尘器;将含有粉尘的烟尘进行双膜接触,吸附,达到超净排放。

脱碳;碳捕捉器,将co2在其内完成反应捕捉,双级或多级反应实现氨逃逸捕捉,低温co2防逃逸技术,可实现超低排放碳捕捉器功能最高可实现零碳排放。

余热回收;余热蓄能回收器;废气中的高温烟气,在其内毫米级双膜完成热能释放,实现蓄能工作,在温度达到回收价值工况下,进行余热回收置换,余温完全在可控范围内,最高实现与室温同等温度排放,实现虽高的热能价值。

废气变肥;化学气体肥料反应塔;

so2不仅可以实现转换为硫酸铵,nox可以转化为少量硝酸铵,co2转化为含氮的复合肥,其中的复合添加剂含有磷,钾,铁,锰,镁,钙,锌等物质,处理废气后形成的废液不是废物,是高级液体肥料,可以直接兑水给农作物使用。不存在废物排放。

二噁英极冷处理器;对焚烧垃圾等燃料过程中,因焚烧过程中含有二噁英等废气,传统方法处理极其困难,本装置,废气快速的降到几十度(30-50度区间)杜绝了二噁英的产生,扩大了燃料的使用范围。

降低了供热的燃料成本,提高了供热企业的效益。

8;脱白功能;锅炉脱白反应器

本技术的余热成熟回收功能,将烟气降到最低可在30-40度左右,根据需要可实现供热场所的室内温度,无高温排放,烟气中含水量对比传统的sncr等喷尿素,氨水等技术显著降低,不需要高温气体进行反应,减少了高湿气体的排放,杜绝气溶胶的产生。

药剂不存在超排现象,消耗多少加注多少,废气中不存在氨逃逸,基本无气溶胶产生,实现脱白功能。

本文作者认为,现普遍使用的高温的供热锅炉脱硝技术,导致白烟几千米烟尾,本身即是一个污染大气的重点污染源,生成气溶胶引发环境污染。

本技术设备的另一个特点是在使用中,不需对现有设备进行任何改动,连接排烟管即可,大大的降低使用成本。

本技术的不足之处及解决办法

本技术在运行中,由于采用负压风机,进行负压工作,在耗电量上高于传统锅炉,以家庭供热300平左右为例,需要配套1-2千瓦左右的引风机,每天间24小时需断运行8小时左右,风机及配套设备,需10千瓦左右,耗电量5-7元。对比传统不足仅在于此,可在回水阶段设置风机盘管散热,将回水温度控制在室温,达到近100%的热能利用,因此本技术的蓄能余热置换节能功能,回收的热能价值远高于电费价值,因此可以忽略不计。

大型供热设备,耗电量约增加一倍左右,但是余热回收价值更大,而且碳回收成本更低,进行碳交易价值更高 所产生的碳交易和回收的副产品利益成为盈利的一个渠道,因此大型供热项目应用本技术的价值更大。

本技术的研发成功,可以解决供热领域的超净废气处理排放问题,可实现小至家庭,大至电厂,供热公司,各种窑炉的废气综合一体化处理问题,实现了在节能领域接近物理极限的热能利用,在废气处理过程中的碳捕捉,实现每家每户都参与碳减排的格局,对燃料的选择性更广,煤,生物质,生活垃圾都可以作为燃料,实现超净排放。

将改变传统的被动环保转变为家家户户参与的主动环保。

改变了亿万年来生火就冒烟的自然规律,实现发展与环境的协调发展。

本技术可对国家设定的碳达峰目标早日实现,提供技术支持。

 

 

 

 

 


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本公司成立于2009年,目前已拥有多项发明专利与实用新型专利,为了响应国家碳排放政策,公司研发出可脱出二氧化碳功能的空气污染物处理器,被授权多项专利。