CN102486312A - 蓄热式热力燃烧净化装置 - Google Patents

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顾继明
陆清益
陆辉强
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本发明涉及一种蓄热式热力燃烧净化装置，具有反应器，反应器内由上到下依次是热力燃烧室、蓄热室和负压密封转阀，蓄热室用钢板和隔热材料沿圆心方向等分为10个蓄热分室，每个蓄热分室内填有蓄热蜂窝陶瓷，负压密封转阀底部左侧设有进气口，右侧设有排放烟囱，负压密封转阀内具有冲洗收集槽，冲洗收集槽将蓄热分室分隔成三部分，与冲洗收集槽相通的两个蓄热分室为冲洗室，冲洗室左侧4个蓄热分室为冷侧室，右侧4个蓄热分室为热侧室。它采用一个负压密封转阀代替众多切换阀门，操作运行更简便；冲洗收集槽始终把冷侧室和热侧室分隔开，避免交叉污染，净化率高；转子与定子之间保留间隙，旋转灵活，降低了其加工精度和加工成本。

Description

蓄热式热力燃烧净化装置
技术领域
本发明涉及有机废气净化技术领域，特别涉及一种蓄热式热力燃烧净化装置。
背景技术
橡胶、纺织、涂层、化工、石油化工、汽车制造等行业在生产过程中产生大量的有机废气，有机废气如果不经过净化处理而直接排放到大气环境中去，不仅会严重污染环境，而且还造成能源的浪费，对环保、安全及效益都产生不利的影响。很多场合排放的有机废气是有多种复杂的有机成分，浓度不高，采用常规的热力燃烧与催化燃烧，不足以维持自燃，还需要补充大量的热能，为此开发出了蓄热室热力燃烧装置(RTO)，RTO装置实际上是由高效的蓄热式换热器、热力燃烧室、切换阀门组成。RTO装置经历了二室RTO→三室RTO→多室RTO的发展历程，例如三室RTO就需要配备9个切换阀门，这些切换阀门在切换的过程中无法做到同步开启与关闭，这样就造成了待净化的有机废气与净化后的洁净气体的交叉污染，交叉污染就造成了净化效率不高，无法实现达标排放，而且切换阀门众多，操作就十分繁琐，故障率很高。
蓄热式热力燃烧装置具有以下优点：1、环保，有机废气主要由挥发性有机化合物(VoIatiIe Organic Compound)组成，工业有机废气在涂装、印刷、电子、化工及食品等行业的生产加工中大量地产生，有机废气和空气中的氮氧化物发生光化学反应，产生严重的烟雾.产生难闻的恶臭，有机废气很多成分具有毒性，使人体产生各种疾病甚至致癌；有机废气如不经过净化处理并实现达标排放，将会严重污染环境，危害空气质量；
2、安全，由于有机大部分属挥发性易燃易爆物质，易聚积，与空气形成爆炸性混合物后遇火或静电等极易引发爆炸或火灾事故，造成生命和财产的重大损失；
3、经济，有机废气中的有机污染物都具有很高的热值，具有很高的回收价值，有机废气中有机污染物浓度越高，其回收价值就越高。采用具有高换热效率的RTO，在保证达标排放的前提下，还能最大限度内回收有机废气燃烧所产生的热能。
目前RTO最常用的基本形式有四种：二室RTO、三室RTO、多室RTO(≥3)。
二室RTO是最早一种形式的RTO，其由二个蓄热室、一个热力燃烧室、4个切换阀门组成。有机废气首先进入预热床A，有机废气被床A内的蓄热蜂窝陶瓷预热，预热的废气在进入热力燃烧室进行热力燃烧净化，净化后的高温洁净气体再进入床B，高温气体的热量释放到床B的蓄热蜂窝陶瓷上，高温洁净气体降温后排放；当在下一个切换周期内，通过4个切换阀门的切换，废气首先进入气首先进入床B，有机废气被床B内的蓄热蜂窝陶瓷预热，预热的废气在进入热力燃烧室进行热力燃烧净化，净化后的高温洁净气体再进入蓄热床A，高温气体的热量释放到蓄热床A的蓄热蜂窝陶瓷上，高温洁净气体降温后排放；如此往复循环，实现热能在床A与床B之间来回迁移。但这种形式的RTO具有如下缺点：
1.当在进行阀门切换时，管道与床内的残存的有机废气会随净化后的气体排放，在切换阶段是无法实现达标排放；
2.当有机废气从下向上通过预热床时，随着时间的推移，预热床内的蓄热蜂窝陶瓷会逐步降温，越靠近进气端的温度越低，当温度低于有机污染物的沸点时，有机污染物会被吸附在蓄热蜂窝陶瓷上，当在下一个周期内，这些被吸附在蓄热蜂窝陶瓷上的有机污染物被高温气体脱附出来并排放，在这个阶段，也是无法实现达标排放。
综上所述，二室RTO在一个周期内，大约有60％以上的时间内无法实现达标排放，其综合净化效率不会超过80％。
三室RTO是在二室RTO的基础上发展起来的，其由3个蓄热室、1个热力燃烧室、9个切换阀门组成。三室RTO是在二室RTO的基础上增加了一个冲洗室，在每个切换周期内，其中的一个蓄热室进行冲洗，冲洗后的气体回流到RTO进口进行再次净化处理，三室RTO的的每个蓄热室一次经历蓄热-冲洗-放热过程。三室RTO解决了吸附-脱附的污染问题，但无法解决9个切换阀门在切换时的同步性，这样就会造成在阀门切换时，有机废气与净化后的洁净气体形成交叉污染，导致在这个阶段无法实现达标排放。另外9个切换阀门，需要有一个十分庞杂的液压传动系统，操作十分繁杂，故障率高。
多室RTO是在三室RTO的基础上发展起来的，其每次都是有一个室在进行冲洗，但无法解决众多个切换阀门在切换时的同步性，这样就会造成在阀门切换时，有机废气与净化后的洁净气体形成交叉污染，导致在这个阶段无法实现达标排放。另外众多的切换阀门，需要有一个十分庞杂的液压传动系统，相比三室RTO，其操作更加繁杂，故障率更高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有的二室RTO、三室RTO、多三室RTO存在结构复杂、操作运行不方便、容易造成交叉污染、净化率不高等问题，提供了一种蓄热式热力燃烧净化装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种蓄热式热力燃烧净化装置，具有反应器，反应器内由上到下依次是热力燃烧室、蓄热室和负压密封转阀，蓄热室用钢板和隔热材料沿圆心方向等分为10个蓄热分室，每个蓄热分室内装填有蓄热蜂窝陶瓷，负压密封转阀位于反应器内中间，负压密封转阀底部左侧设有进气口，右侧设有排放烟囱，负压密封转阀内具有一个冲洗收集槽，冲洗收集槽将蓄热分室分隔成三部分，与冲洗收集槽对应相通的两个蓄热分室为冲洗室，冲洗室左侧的4个蓄热分室为冷侧室，冲洗室右侧的4个蓄热分室为热侧室。
负压密封转阀包括进气箱体、转子和定子，转子是由冲洗收集槽和排气槽组成的一体结构，冲洗收集槽位于转子的中间，排气槽对应蓄热室的冷侧室。
定子外表面开有凹槽环形导轨，转子内表面开有凸面环形导轨，转子的凸面环形导轨插入定子的凹槽环形导轨，转子的凸面环形导轨与定子的凹槽环形导轨之间的间隙为3-5μm。
转子下部设置有一个气囊支撑，通过调节气囊支撑的压力来调整转子凸面环形导轨与定子的凹槽环形导轨之间的间隙，这样既能保证转子旋转的灵活性，又能将上述间隙控制在最小，而且使得这种调节十分方便。
冲洗收集槽的中心设有排气管，排气管与反应器的送风机进口端相连通。
蓄热室下部设有一个支撑分隔盘，用于分隔蓄热室的钢板焊接在支撑分隔盘上。
负压密封转阀与蓄热室法兰连接，负压密封转阀上端面与支撑分隔盘相连，支撑分割盘与转子间的间隙为3-5μm。
反应器的器壁里填充有隔热材料。
本发明的有益效果是：本装置采用一个负压密封转阀代替众多切换阀门，结构简单，操作运行更简便；冲洗收集槽始终把冷侧室和热侧室分隔开来，解决了交叉污染的问题，净化率高；负压密封转阀转子与定子之间保留一定的间隙，这样使得转子与定子之间不会产生摩擦，负压密封转阀旋转灵活，降低了其加工精度，也降低了设备的加工成本。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明负压密封转阀的结构示意图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1、2所示，一种蓄热式热力燃烧净化装置，具有反应器1，反应器1的器壁里填充有隔热材料，反应器1内由上到下依次是热力燃烧室2、蓄热室3和负压密封转阀4，蓄热室3用钢板和隔热材料沿圆心方向等分为10个蓄热分室，每个蓄热分室内装填有蓄热蜂窝陶瓷，负压密封转阀4位于反应器1内中间，负压密封转阀4底部左侧设有进气口5，右侧设有排放烟囱6，负压密封转阀4内具有一个冲洗收集槽411，冲洗收集槽411将蓄热分室分隔成三部分，与冲洗收集槽411对应相通的两个蓄热分室为冲洗室，冲洗室左侧的4个蓄热分室为冷侧室，冲洗室右侧的4个蓄热分室为热侧室。
如图1所示，蓄热室3是一个圆柱状立式结构设备，内部采用钢板与隔热纤维板分隔为10个完全相同的蓄热分室，每个蓄热分室都装填有蓄热蜂窝陶瓷。蓄热室3上部与热力燃烧室2相连，下部是一个支撑分隔盘，支撑分隔盘用于支撑蓄热蜂窝陶瓷，用于分隔各个分室的钢板焊接在支撑分隔盘上。负压密封转阀4将蓄热分室分隔成冷侧室即进气端口、热侧室即排气端口、冲洗室即冲洗回流端口三个部分。
如图2所示，负压密封转阀4包括进气箱体41、转子42和定子43，转子42是由冲洗收集槽411和排气槽412组成的一体结构，冲洗收集槽411位于转子42的中间，进气箱体41是固定的，排气槽412和冲洗收集槽411通称为转子42，是一个半圆锥体的一体结构，其在驱动装置的驱动下做圆周运动，排气槽412对应蓄热室3的进气端口，冲洗收集槽411对应蓄热室3的冲洗端口，无论转子42运动到什么位置，都不会影响废气进入蓄热室3的进气端口。
负压密封转阀4与蓄热室3法兰连接，负压密封转阀4上端面与支撑分隔盘相连，支撑分割盘与转子42间的间隙为3-5μm，进气箱体41内的有机废气有极其少量的从间隙内泄漏到冲洗收集槽411内，同时在转子42的排气腔体内的洁净气体也有极其少量的从间隙内泄漏冲洗收集槽411内，而冲洗收集槽411中心有排气管，排气管接到送风机的进口端，利用风机的抽吸作用在冲洗收集槽411内产生负压，及时将冲洗收集槽411内的废气排出并在此进入RTO系统进行处理。这样就成功解决了有机废气与净化后的气体交叉污染的问题。
定子43外表面开有凹槽环形导轨，转子42内表面开有凸面环形导轨，转子42的凸面环形导轨插入定子43的凹槽环形导轨，转子42的凸面环形导轨与定子43的凹槽环形导轨之间的间隙为3-5μm，由于转子42与定子43之间有间隙，这样转子42与定子43不会直接接触，不会产生磨损，保证了负压密封转阀4运转的灵活性。冲洗收集槽411的这种布局设置，始终把蓄热室3的进气端面与排气对面对称分隔开来。负压密封转阀4既解决了交叉污染问题，又解决了阀门旋转的灵活性，同时也降低的转阀的加工精度，降低了设备的加工成本。
本蓄热式热力燃烧净化装置采用一个负压密封转阀代替常规二室RTO、三室RTO、多室RTO的众多切换阀门，解决了众多切换阀门不可能实现的开启与关闭的一致性，同时设备运转与操作更加灵活简单。
本蓄热式热力燃烧净化装置工作过程分为以下三个过程：
1.预热，有机废气首先进入进气箱体41内，通过负压密封转阀4的分配进入10个蓄热分室中相邻的4个蓄热分室，废气自下而上通过冷侧室，冷侧室内的蓄热蜂窝陶瓷将热量释放给有机废气，有机废气得到预热升温，而这4个冷侧室内的蓄热蜂窝陶瓷的温度逐步降低。这个过程称之为“预热”。经过预热的废气再进入顶部的热力燃烧室进行热力燃烧净化，有机废气中的VOC被转化为无毒无害的二氧化碳和水。
2.冲洗，热力燃烧产生的高温洁净气体部分进入冲洗室，高温洁净气体自上而下通过这二个冲洗室，高温洁净气体对这二个冲洗室进行吹扫，高温洁净气体将热能释放到这二个冲洗室的蜂窝陶瓷并使得蜂窝陶瓷的温度逐步升高，同时还将吸附到蜂窝陶瓷上的有机污染物脱附出来并吹扫进入冲洗收集槽411内，冲洗收集槽411内的气体由风机抽吸到RTO废气进口进行再次净化处理，这个过程称之为“冲洗”。这二个冲洗分室在下一个旋转周期内，一个做为冷侧室，一个作为热侧室。冲洗的作用有二个，一是将冲洗室内的蜂窝陶瓷蓄热升温，用于下一个旋转周期内预热有机废气；二是将上一个旋转周期内预热阶段吸附到蜂窝陶瓷上的有机污染物脱附出来，当这个分室在下一个旋转周期内做为热侧室时，该热侧室的蜂窝陶瓷是洁净的，防止交叉污染。
3.蓄热，热力燃烧室热力燃烧所产生的高温洁净气体从4个相邻的蓄热分室上部进入蓄热分室即热侧室内，高温洁净气体自上而下通过这4个蓄热分室的蓄热蜂窝陶瓷并将热能释放到蓄热蜂窝陶瓷上，蓄热蜂窝套的温度逐步升高，而高温洁净气体的温度逐步降低，降温后的洁净气体进入转阀的排气槽内并通过排气管排出RTO，这个过程称之为“蓄热”。
每个蓄热分室在负压密封转阀的引领下，依次经过预热-冲洗-蓄热三个阶段。
工程实施案例
以50000m3/h的有机废气风量为例设计，
1.设计风量：50000m3/h
2.净化设施进口VOC浓度：≥6g/m3；
3.净化设施VOC排放浓度：≤60mg/m3；
4.油气处理净化效率：≥98％；
5.执行标准：《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996
则本装置各设备规格详见下表
  序号   设备及材料名称   型号与规格   数量
  1   RTO反应器   Φ5000XH5200mm-Q235A   1台
  2   空气密封转阀   DN1800-非标自制-Q235A   1台
  3   风机   4-68-NO14C  N＝75KW   1套
  4   助燃风机   9-19NO4.5A N＝4KW   1台
  5   燃气烧嘴   IFD 258-5/1W N＝960KW   1台
  6   通风调节蝶阀   DN300   1台
  7   通风管道系统   Φ1000，Φ300   1批
  8   转阀驱动机构   N＝2.2KW   1台
  9   烟囱   DN1100   1套

Claims (8)

1.一种蓄热式热力燃烧净化装置，具有反应器(1)，其特征在于：反应器(1)内由上到下依次是热力燃烧室(2)、蓄热室(3)和负压密封转阀(4)，蓄热室(3)用钢板和隔热材料沿圆心方向等分为10个蓄热分室，每个蓄热分室内装填有蓄热蜂窝陶瓷，负压密封转阀(4)位于反应器(1)内中间，负压密封转阀(4)底部左侧设有进气口(5)，右侧设有排放烟囱(6)，负压密封转阀(4)内具有一个冲洗收集槽(411)，冲洗收集槽(411)将蓄热分室分隔成三部分，与冲洗收集槽(411)对应相通的两个蓄热分室为冲洗室，冲洗室左侧的4个蓄热分室为冷侧室，冲洗室右侧的4个蓄热分室为热侧室。
2.根据权利要求1所述的蓄热式热力燃烧净化装置，其特征在于：所述的负压密封转阀(4)包括进气箱体(41)、转子(42)和定子(43)，转子(42)是由冲洗收集槽(411)和排气槽(412)组成的一体结构，冲洗收集槽(411)位于转子(42)的中间，排气槽(412)对应蓄热室(3)的冷侧室。
3.根据权利要求2所述的蓄热式热力燃烧净化装置，其特征在于：所述的定子(43)外表面开有凹槽环形导轨，转子(42)内表面开有凸面环形导轨，转子(42)的凸面环形导轨插入定子(43)的凹槽环形导轨，转子(42)的凸面环形导轨与定子(43)的凹槽环形导轨之间的间隙为3-5μm。
4.根据权利要求3所述的蓄热式热力燃烧净化装置，其特征在于：所述的转子(42)下部设置有一个气囊支撑。
5.根据权利要求2所述的蓄热式热力燃烧净化装置，其特征在于：所述的冲洗收集槽(411)的中心设有排气管，排气管与反应器(1)的送风机进口端相连通。
6.根据权利要求1所述的蓄热式热力燃烧净化装置，其特征在于：所述的蓄热室(3)下部设有一个支撑分隔盘，用于分隔蓄热室(3)的钢板焊接在支撑分隔盘上。
7.根据权利要求1所述的蓄热式热力燃烧净化装置，其特征在于：所述的负压密封转阀(4)与蓄热室(3)法兰连接，负压密封转阀(4)上端面与支撑分隔盘相连，支撑分割盘与转子(42)间的间隙为3-5μm。
8.根据权利要求1所述的蓄热式热力燃烧净化装置，其特征在于：所述的反应器(1)的器壁内填充有隔热材料。
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