适用于玻璃窑炉高温烟气的碳汇装置

技术领域

本发明涉及二氧化碳回收技术领域，具体涉及一种适用于玻璃窑炉高温烟气的碳汇装置。

背景技术

随着全球化工行业的飞速发展，越来越多的化工企业在各地建立，众所周知、化工企业是大量的耗能企业，在加工、生产各类产品时需要大量能量的输入，进而得到所需产品。现在的炼化、能源化工等企业，通过一个个高耸入云的排气筒将大量的石油、天然气、煤炭燃烧后产生的二氧化碳进行排放，使全球的温室效应逐渐加剧。

随着国际对碳排放问题的重视，虽然提出了一些节能减排、使用清洁能源、减少化石燃料的使用等倡议，但从整体来看，效果较弱；且大型的化工企业、重点碳排放企业的二氧化碳排放量并没有减少很多。

同时，地球上二氧化碳的固定只靠现有的绿色植物的光合作用，且随着园林面积的大大减少，植物的二氧化碳固定量对全球温室效应的加剧并无太大的作用。

玻璃制造企业在熔化硅砂原料进行玻璃制造时，需要在窑炉内燃烧大量的天然气，使固体硅砂熔化为液态，此时需要1500℃以上的高温，在此过程中，大量的天然气燃烧，产生二氧化碳和水，经过烟囱排至大气中。以国内生产玻璃的高温窑炉为例，24小时生产，全年不间断生产，每天燃烧大量的天然气。以200吨玻璃窑炉为例，每天要燃烧10万m

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种适用于玻璃窑炉高温烟气的碳汇装置，利用碳棒同时与玻璃窑炉内天然气燃料燃烧产生的二氧化碳、高温水蒸气以及外界补充的水蒸气反应，生成包括一氧化碳和氢气的成品气，实现了一种新的二氧化碳固定及储能方式，大大减少了二氧化碳的外排，利于环保。

本发明的技术方案为：

适用于玻璃窑炉高温烟气的碳汇装置，包括支烟气管道，支烟气管道的进气端和出气端均与烟气管道连通且支烟气管道设置在窑炉排气口处；支烟气管道内设置有反应机构，反应机构包括反应管道，支烟气管道上连接有进烟气管，进烟气管与反应管道的进气口连接；进烟气管上设置有水分补充口；反应管道的出气口连接有成品气出管，成品气出管伸出到支烟气管道外；反应管道一端伸出支烟气管道且该端设置有碳棒入口，碳棒入口处设置有碳棒供料机构。

优选地，所述碳棒供料机构包括竖向设置的储料管，储料管内上下堆积有碳棒；储料管的出料口处设置有输料机构，输料机构将碳棒从碳棒入口输送至反应管道中。

优选地，所述输料机构包括输送带，输送带由电机驱动。

优选地，所述反应管道内壁上设置有若干个沿长度方向延伸的螺旋形沟槽一。

优选地，所述支烟气管道的进气端设置有电动调节阀一，且支烟气管道内位于反应管道处设置有温度传感器，电动调节阀一和温度传感器分别与控制系统电性连接。

优选地，所述进烟气管上设置有电动调节阀二，电动调节阀二与控制系统电性连接。

优选地，所述支烟气管道中设置有若干列反应管道（呈矩阵排列）。

优选地，每列反应管道中，上下相邻的反应管道之间设置有支撑砖，反应管道放置在支撑砖上；支撑砖朝向反应管道的侧面上设置有凹槽且凹槽上设置有沿反应管道长度方向延伸的螺旋形沟槽二。

优选地，所述成品气出管与换热器的进气口连接，换热器的出气口通过管道与水煤气储存罐的进气口连接。

本发明装置的碳汇原理如下：

二氧化碳和碳在1000℃高温且无氧的条件下会发生反应，生成一氧化碳，但是单纯的一氧化碳利用价值较低；而高温碳和水蒸气在1000℃高温和无氧条件下会反应生成一氧化碳和氢气。因此本发明将以上两个反应结合，利用碳棒同时与高温烟气中的二氧化碳以及外界补充的水蒸气反应，可得到一氧化碳和氢气的混合气，即水煤气，从而实现了玻璃窑炉外排的高温烟气中二氧化碳的回收利用。反应方程式如下：

C+H

C+CO

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明的装置利用碳棒同时与玻璃窑炉天然气燃料燃烧产生的二氧化碳、高温水蒸气和外界补充的水蒸气反应，生成包括一氧化碳和氢气在内的成品气，实现了一种新的二氧化碳固定方式，大大减少了二氧化碳的外排，利于环保。同时利用玻璃窑炉外排的高温烟气生成的成品气还可以进行二次利用，创造了经济价值，实现了废弃能源的回收再利用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明装置的俯视图。

图2是图1在A处的局部放大图。

图3是本发明的反应机构的主视图。

图4是本发明的反应管道的结构示意图。

图5是本发明的碳棒供料机构的结构示意图。

图6是本发明的碳棒供料机构的出料管的结构示意图。

图7是本发明的换热器和水煤气储存罐的结构示意图。

图8是本发明的反应管道和支撑砖的结构示意图。

图中，1、支烟气管道；101、电动调节阀一；102、温度传感器；2、烟气管道；3、窑炉；4、反应机构；401、反应管道；4011、螺旋形沟槽一；402、进烟气管；4021、电动调节阀二；4022、水分补充口；403、成品气出管；404、支撑砖；4041、螺旋形沟槽二；5、碳棒供料机构；501、储料管；5011、出料管；5012、前挡板；5013、侧挡板；5014、托板；502、碳棒；503、输料机构；5031、输送带；5032、电机；601、换热器；602、水煤气储存罐；7、烟囱。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1-2所示，本实施例提供了一种适用于玻璃窑炉高温烟气的碳汇装置，包括支烟气管道1，支烟气管道1的进气端和出气端均与烟气管道2连通。玻璃富氧窑炉3内玻璃液的温度为1600℃左右，窑炉3内一半空间为玻璃液，一半空间为天然气燃烧区，天然气燃烧区的温度在1600℃以上；燃烧后的高温烟气排出至烟气管道2中。从玻璃窑炉3中排出的高温烟气，在烟气管道2中流动时，会有一部分进入支烟气管道1中，随后再从支烟气管道1的出气端流动回烟气管道2中通过烟囱7排出。其中支烟气管道1内设置有反应机构4，以回收利用高温烟气中的二氧化碳，与碳棒502于高温下反应生成一氧化碳。而由于这一反应所需温度需达到1000℃以上，因此可将支烟气管道1的进气端设置在窑炉3排气口处，从而满足反应温度的需要。

具体地，如图2所示，反应机构4包括水平设置的反应管道401，支烟气管道1上连接有进烟气管402，进烟气管402与反应管道401的进气口连接。其中反应管道401由高铝耐火砖砌成，可以耐受1400℃以下的高温。支烟气管道1中流动的高温烟气分成两路，一路沿支烟气管道1流动，最终回到烟气管道2中；另一路通过进烟气管402进入反应管道401中，与反应管道401中的碳棒502发生反应生成一氧化碳。这样的管路设计就使得支烟气管道1分成了两个区域，一为利用流动的高温烟气对反应管道401进行加热的高温加热区，为反应的进行创造高温环境；二为反应管道401构成的高温反应区，高温烟气中的二氧化碳在反应管道401中流动的过程中，与碳棒502在此发生反应。

如图2所示，进烟气管402上设置有水分补充口4022，水分补充口4022外接补水管，补充的水分进入进烟气管402中后在高温下形成水蒸气。随着高温高湿的烟气进入反应管道401中后，此时烟气中含有少量的氧气，此部分氧气在接触到碳棒502时会在高温下快速与碳棒502反应，燃烧生成二氧化碳并释放出部分热量。在此阶段，烟气中仅存的部分氧气被消耗殆尽，后续反应则处于无氧状态，此时碳棒502会与烟气中的二氧化碳和水蒸气反应生成一氧化碳和氢气（即水煤气）。反应管道401的出气口连接有成品气出管403，成品气出管403伸出到支烟气管道1外。成品气包括反应生成的水煤气、二氧化碳、氮气和氮氧化物等，通过成品气出管403输送至支烟气管道1外储存起来备用。储存方式为：如图7所示，成品气出管403与换热器601的进气口连接，利用循环冷却水对水煤气进行冷却；换热器601的出气口通过管道与水煤气储存罐602的进气口连接，使得冷却后的水煤气最终存储在水煤气储存罐602中。

此外，为了充分利用高温烟气，使其能够更充分地参与反应，如图3所示，可在支烟气管道1中设置若干列反应管道401，即每列上下间隔设置多个反应管道401，使反应管道401呈矩阵排列。进烟气管402通过各个支进烟气管402与所有的反应管道401进气口连接，以使高温烟气能够分布到各反应管道401中参与反应。

如图2、4所示，反应管道401一端伸出支烟气管道1且该端设置有碳棒502入口，碳棒502入口处设置有碳棒供料机构5。随着进入反应管道401中的碳棒502的反应消耗，需要向反应管道401中持续稳定地输送碳棒502，以使高温烟气中的二氧化碳和补充的水蒸气能够与碳棒502不断地发生反应生成水煤气。其中，如图5所示，碳棒供料机构5包括竖向设置的储料管501，储料管501内上下堆积有碳棒502，且每列反应管道401可对应同一个储料管501，储料管501对应每个反应管道401的碳棒502入口处均设置一个倾斜的出料管5011。如图5-6所示，每个出料管5011的出料口处设置输料机构503，输料机构503将碳棒502从碳棒502入口输送至反应管道401中。具体地，输料机构503包括输送带5031，输送带5031由电机5032驱动。碳棒供料机构5对反应管道401供料时，碳棒502从储料管501的每个出料管5011中滑出并落至输送带5031上，最终在电机5032的驱动下通过碳棒502入口输送至反应管道401中参与反应。

为了防止碳棒502沿出料管5011滑出至输送带5031上时从输送带5031上滚下，如图5所示，可在出料管5011的出料口处设置前挡板5012，当碳棒502滑至输送带5031上后，前挡板5012挡住碳棒502，阻止其继续向前滚动。碳棒502在输送至反应管道401时，可根据碳棒502的消耗速度设置输送带5031的输送速度，从而将碳棒502逐渐输送至反应管道401中。因此为了防止输送中的碳棒502带动堆在其上方的碳棒502一起向反应管道401前进，如图6所示，可在出料管5011靠近反应管道401的一侧设置侧挡板5013，当输送带5031上的碳棒502向反应管道401方向前进时，堆在其上方的碳棒502在侧挡板5013的阻挡下无法一起移动，待输送带5031上的碳棒502完全输送至反应管道401中后，其上方的碳棒502才会完全落至输送带5031上进行传送。此外，随着输送带5031上的碳棒502向反应管道401中传送，其上方的碳棒502远离反应管道401的一端会先落至输送带5031上，但由于侧挡板5013的阻挡作用，无法向反应管道401方向传送，此时就存在上方碳棒502落至输送带5031上的一端与输送带5031发生摩擦，造成碳棒502不必要的损耗。因此为了解决这一问题，如图5-6所示，可在出料管5011内壁上位于上方碳棒502远离反应管道401的一端处设置托板5014，当输送带5031上的碳棒502传送时，上方碳棒502远离反应管道401的一端会被托板5014承托住，从而避免了其一端落至输送带5031上后造成不必要磨损的问题；只有当下方的碳棒502完全输送出去后，上方碳棒502靠近反应管道401的一端才会落至输送带5031上，而被托板5014承托住的一端则会在输送带5031的传送作用下落至输送带5031上，从而实现碳棒502的持续供料。

为了充分利用窑炉3排出的高温烟气，可在窑炉3排气口处设置多套本实施例的装置，装置的数量及规格可根据企业的投资预算进行核算。

本实施例的装置可将玻璃窑炉3燃料燃烧产生的二氧化碳进行固定，大大减少了二氧化碳温室气体的外排，利于环保；同时利用高温烟气生成的成品气还可以进行二次利用，创造了经济价值，实现了废弃能源的回收再利用。

实施例2

高温烟气从反应管道401一端进入，再从另一端流出，在这段这件内高温烟气与碳棒502发生反应。因此为了使高温烟气中的二氧化碳能够更充分地与碳棒502反应，如图8所示，可在反应管道401内壁上设置若干个沿长度方向延伸的螺旋形沟槽一4011。螺旋形沟槽一4011延长了高温烟气在反应管道401中的行进路径，从而延长了与碳棒502的反应时间，使得反应更加充分。

实施例3

在实施例1的基础上，如图2所示，支烟气管道1的进气端设置有电动调节阀一101，且支烟气管道1内位于反应管道401处设置有温度传感器102，电动调节阀一101和温度传感器102分别与控制系统电性连接。温度传感器102实时监控支烟气管道1内的温度，并将信号反馈至控制系统中，当其检测到温度低于1000℃时，说明此时高温反应区的温度不满足二氧化碳和水蒸气与碳棒502的反应需求。因此控制系统可通过电动调节阀一101增大进入支烟气管道1中的高温烟气的流量，从而利用流速更快的高温烟气对高温反应区加热，直至其温度升至1000℃以上，满足反应的温度需求，保证反应的顺利进行。

此外，如图2所示，进烟气管402上设置有电动调节阀二4021，电动调节阀二4021与控制系统电性连接，从而可根据高温反应区的大小及反应速度，大致核算出高温烟气进气量，从而通过电动调节阀二4021引入相应量的高温烟气进入反应管道401中，在补充相应的水分后在此进行反应。

实施例4

在实施例1的基础上，如图3、8所示，每列反应管道401中，上下相邻的反应管道401之间设置有支撑砖404，反应管道401放置在支撑砖404上；支撑砖404朝向反应管道401的侧面上设置有凹槽，反应管道401的上下侧面置于凹槽内，支撑砖404可对反应管道401起到支撑作用。如图8所示，支撑砖404的凹槽上设置有沿反应管道401长度方向延伸的螺旋形沟槽二4041，高温烟气在反应管道401中流动时进入螺旋形沟槽二4041，从而对放置在支撑砖404凹槽中的反应管道401进行充分加热。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。