CN102563670A - 用于净化污染废气的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于通过蓄热式焚烧来净化工业废气的设备，所述设备使用至少两个蓄热器塔(4、5)、一原料气体供给连接器(7、7’)、一净化后气体排放连接器(9)、以及由致动器操作的阀，所述蓄热器塔填充有陶瓷蓄热介质(2、3)、通过由空气冷却的分隔壁(50)隔开、沿水平流动方向以与水平方向成最大20度的角度设置、并通过燃烧室(6)连接，原料气体供给连接器(7、7’)和净化后气体排放连接器(9)通过所述阀交替地与一管道(11、12)连接，所述管道与位于燃烧器(6)相对侧的两个所述蓄热器(4、5)连接。用于连接蓄热器(4、5)与原料气体(7、7’)和干净气体(9)连接部的关闭阀实现为单个具有闭合环形的密封件(32、32’)的圆柱形四通阀(10)。

Description

用于净化污染废气的设备和方法

技术领域

本发明涉及用于净化污染废气的设备。还涉及使用该设备净化废气的方法。

背景技术

已知特别是用于净化含有有机化合物例如溶剂的废气(参照EP 0472605 B1)的这种设备。在这些设备中，蓄热器(热再生器，regenerator)由竖直塔组成，在与两个蓄热器塔的上端相连的燃烧室内，原料气体中的有机化合物燃烧形成干净气体，该干净气体例如流经第一蓄热器以对其加热。当原料气体被供给至第一蓄热器时，原料气体被第一蓄热器中经加热的蓄热物质预热，经预热的原料气体中的有机化合物在燃烧室内燃烧，第二蓄热器内的蓄热物质被热的干净气体加热。因此，当干净气体被从第一蓄热器回收时，存在将原料气体供给至第二蓄热器的转换。

在已知的设备中，具有适合该净化设备的高产能的足够大的直径的两个管子在竖直蓄热器塔下方延伸，两个管子彼此相邻布置，分别用于供给原料气体或者排出干净气体，这些管子通过适配器与蓄热器下方的预燃室连接。在两个适配器的通向预燃室的孔口处设置关闭装置，所述关闭装置可分别由设置在管子下方的由活塞/气缸单元形成的致动器操作。

对于已知设备，为了向两个蓄热器交替供给原料气体，需要带四个关闭装置的四个致动器。由于预燃室安装在每一个蓄热器下方，蓄热器必须具有足够的高度以确保关闭装置以及安装在管子下方的致动器的运行，因此已知设备的高度和重量相当可观。在每一个致动器下方，还必须设置用以安装和拆卸致动器的轴或者类似装置。另外，用于操作关闭装置的预燃室在塔下方形成死容积，这使得净化效果降低。DE 196 43 821 C1中公开了一种具有最小化的死容积的形式。

发明内容

本发明的目的是改进这种蓄热式热氧化设备的净化能力，同时减少其尺寸、重量和成本。

根据本发明，上述目的由权利要求1中描述的设备实现。从属权利要求2-16提供了根据本发明的设备的有利实施方式。权利要求17涉及使用本发明的设备净化废气的有利的方法，其通过权利要求18至19的方案而得到有利的发展。

根据本发明，通常至少设置两个蓄热器，但是，也可以设置例如第三个蓄热器，该蓄热器例如用干净气体清洗，而其它两个蓄热器被交替供给原料气体。

在根据本发明的设备中，将连接蓄热器的管线与原料气体管道和干净气体排出管线交替连接的关闭装置包括一单独的四通阀，该四通阀具有可旋转的双凹面形阀体。

所述阀体优选由对称的双叶片形成，所述叶片径向地(即，沿对角)延伸横跨圆柱形的阀壳内部。原料气体管道、通向一个蓄热器的管线、干净气体排放管线和通向另一个蓄热器的管线优选沿阀壳的圆周方向依次连接。这四个连接部沿圆周方向分别偏置约90°设置在阀壳的圆周壁上。

由此，在阀壳内在分隔壁的两侧各形成一室，原料气体通过一个室从原料气体管道流入通向一个蓄热器的管线，干净气体通过另一个室从来自另一个蓄热器的管线流向干净气体排放管线。

为了使每一个室内的气体在不损失压力的情况下——如果可能的话，即，防止发生湍流——从一个连接部改变方向流向另一个连接部，分隔壁在两个径向侧(即，面向室的一侧)均为凹面形。

分隔壁优选设计成中空的体部，即，其包括例如两个分别面向一个或者另一个室的凹面形的片状金属壁，并且在两侧各有一个片状金属壁，所述片状金属壁在分隔壁的圆周处连接所述凹面形的片状金属壁。

使用中空的设计减轻了分隔壁的重量，由此可以减少四通阀的转换时间，即，分隔壁从一个目标位置移动到另一目标位置的时间。

通过气动旋转驱动装置驱动阀体可进一步显著地减少四通阀的转换时间，其中，旋转驱动装置的驱动轴线优选与阀体的旋转轴线轴向地连接。

通过气动旋转驱动装置，操作四通阀的转换时间可被减少到少于1秒，优选0.1到0.5秒，从而很大程度上避免了旁路损失，即，避免了原料气体进入干净气体排放管线。对此，必须考虑到，用于分别向一个或者另一个蓄热器交替供给原料气体的阀的转换时间——即，当四通阀保持在其任一目标位置时的时间——通常大于1分钟，特别是大约2到5分钟。

优选地，在阀壳的圆周壁和双凹面形体部的外侧之间设置密封件以密封该阀。该密封件可以例如由在体部的整个轴向边界延伸为闭合环形的密封带形成，该密封带与阀壳内侧上的长度相同的密封体相互作用，即，与用作密封带的止动件的密封体相互作用。

以相似的方式，通过将室部分彼此分隔开的四个线性密封件在径向侧上进行密封。

密封体可以例如由硅、氟橡胶材料(viton)或者石墨化陶瓷纤维制成。密封带优选具有弹性片，从而在停止时不会损坏密封体。

出于相同的原因，操作四通阀的气动旋转驱动装置安装有目标位置阻尼件。

另外，可在阀壳的至少一个外壁上设置连接部，以便向阀体的盘或分隔壁与阀壳的相邻外壁之间的间隙提供密封空气。因此，避免了从阀体的原料气体区域通过盘与阀壳的圆周壁之间的间隙泄露的气体进入相邻的干净气体区域。

为此，密封空气具有一压力，该压力低于通过原料气体管道供给至阀的原料气体的压力。由此，密封空气被从阀抽取到设备上游的主风机的原料气体进口。从而附加地防止了原料气体进入干净气体排放管线。

为了到达移动的阀叶片的两侧，阀轴被设计为中空的，从而优选在阀的每一侧均设置一用于密封空气的通道，使密封空气连接到位于彼此相对的盘状叶片的密封件和固定阀壳的外壁之间的间隙。

燃烧室内的温度以及与燃烧室相邻的蓄热器的蓄热物质的温度优选最高1000℃，更加优选最高900℃。但是，对于污染物浓度高的原料气体，存在超过该温度从而例如导致隔热或蓄热物质损坏的危险。

为了避免这种情况的发生，优选设置一与原料气体管道连接的旁通管线，该旁通管线优选位于风机和四通阀之间，并直接终止于燃烧室内，从而可向燃烧室供给冷原料气体。

即，当燃烧室内的能量过多时，通过旁通管线从主风机向燃烧室内供给原料气体以便冷却燃烧室，从而防止燃烧室超过特定的温度。

但是，当燃烧室超过特定的温度时，用于减少通过旁通管线向燃烧室供给原料气体的致动优选以滞后的方式发生。即，通过延迟致动设置在旁通管线内的控制阀，多余的热量并不直接被转移至干净气体，而是储存在蓄热器的蓄热物质内。由此，在污染物的浓度改变的情况下，设备的能效提高。

在燃烧室内优选设置用于产生湍流的混合装置。这些混合装置特别用于混合从旁通管线进入燃烧室的原料气体和燃烧室的热气体。

蓄热器的蓄热物质基本上水平地设置，优选设置成相对于水平方向以小于30°、优选2到10度的角度从远离燃烧室的端部朝向燃烧室上升。由此，确保构成蓄热物质的蓄热体彼此保持相连。

蓄热物质优选由挤压陶瓷蓄热体形成，其具有棱柱形的横截面和与棱柱的纵向轴线并行延伸的通道。EP 472 605 B1中详细描述了这些蓄热体。这些蓄热体具有高的热稳定性并且可例如由多孔的堇青石制成。

优选地，设置电加热用于燃烧室的一次加热，该电加热设置在燃烧室的底部和/或侧壁内。在原料气体被供给至燃烧室之前，使用该电加热将燃烧室预热至其操作温度，例如至少750℃。

因此，与现有技术相比，用于将燃烧室加热至能够进行废气净化的操作温度所需的能量损失减少。

根据现有技术，对此使用气态或液态燃料，使用风机将与燃烧空气混合的该气态或者液态燃料吹送至燃烧室。因此，燃烧空气必须被附加地加热，这导致不显著的大约30％的能量损失。

用于直接注入燃烧室的燃料可以例如为气态燃料，例如天然气或者丙烷，或者为液体燃料，例如燃油或者液态生物燃料。

优选地，设置用于将燃料直接注入燃烧室的装置用于二次加热。即，当已经使用电加热将燃烧室加热至需要的操作温度时，如果原料气体的污染物浓度过低，可通过在燃烧室内直接注入燃料——即，没有燃烧空气——以维持操作温度，该燃料然后与原料气体内含有的空气一起燃烧。

由于蓄热器的蓄热物质基本水平地设置，根据本发明的设备具有较小的高度。因此，可将该设备设置在例如设置为箱子状的支承架内，优选支承架具有外部镶板。对此，四通阀设置在面向箱子的一个前侧的端部区域，燃烧室设置在面向另一前侧的端部区域。由此，例如可将整个设备设计成可运输的容器。

附图说明

下面结合附图以示例性的方式对本发明进行更加详细的说明。图中分别示意性地示出：

图1示出设备的顶部/(截面)，用于蓄热器和燃烧室的壳体以透明显示；

图2示出设置在箱子状的支承架内的设备的竖直截面；

图3示出四通阀的径向截面。

具体实施方式

根据图1和图2，设备具有壳体1，其中布置有由蓄热物质2、3组成的两个蓄热器4、5和燃烧室6，该燃烧室的一端与蓄热器4、5相连。

通过安装有风机8的原料气体管道7供给待被净化的污染废气或者原料气体。经净化的废气或者干净气体通过设计为管组(stack)的干净气体排放管线9被排放到外界。

为了分别向蓄热器4或5交替供给原料气体并分别从另一个蓄热器5或4排放干净气体，设置四通阀10，原料气体管道7或者其位于主风机8之后的适配器7’分别与四通阀相连。经由远离燃烧室6的蓄热器4、5的端部，四通阀10分别通过管线11或12与一个或者另一个蓄热器4或5相连。

在燃烧室6的底部设置电加热元件13，使用该电加热元件可将燃烧室6加热至例如800℃。

为了将两个蓄热器2、3彼此分隔开，设置冷的分隔壁50。该壁在内部通过从内部壁的底部进入并从顶部排放的自由循环空气进行冷却。所述壁的外侧通过高温隔热材料层51隔热。从而分隔壁的钢保持低于200℃的温度。

当来自原料气体管道7、7’的原料气体通过四通阀10和管线11被供给至蓄热器4时，原料气体内的有机或者其它可燃污染物在燃烧室6内燃烧，由此另一个蓄热器5内的蓄热物质3被热的干净气体加热，该干净气体通过管线12和四通阀10被供给至干净气体排放管线9。经过例如3分钟的转换时间后，四通阀10完成转换，从而原料气体通过管线12被供给至蓄热器5的经加热的蓄热物质3，干净气体通过管线11和四通阀10被供给至干净气体排放管线9，等。由此，使用四通阀10可将原料气体管道7、7’和干净气体排放管线9分别与一个或另一个管线11或管线12交替地连接，并由此分别与一个或另一个蓄热器4、5交替地连接。

四通阀10具有可旋转的双凹面形阀体14，根据图2，该阀体由可围绕轴线15旋转的分隔壁16形成，该轴线径向地延伸穿过阀壳17的内部。

沿圆周方向看去，连接部22处的原料气体管道7、7’、连接部23处的通向一个蓄热器4的管线11、连接部24处的干净气体排放管线9和连接部25处的通向另一个蓄热器5的管线12依次偏置大约90°角度与阀壳17的圆周相连。

阀壳17的内部空间被分隔壁16分隔为两个室18、19，在图2所示的阀体14的目标位置，经由一个室18，原料气体从原料气体连接部22经由连接部23流进通向一个蓄热器4的管线11，经由另一个室19，来自另一个蓄热器5的来自连接部25处的管线12的干净气体流向连接部24处的干净气体排放管线9。

在另一目标位置，阀体14逆时针旋转90°，从而原料气体从连接部22流进连接点25处的管线12，干净气体从连接点23处的管线11流向连接点24。

如果可能的话，为了使每一个室18、19中的气流在没有压力损失的情况下分别从一个连接部22转移到另一个连接部23或者从一个连接部24转移到另一个连接部25，分隔壁16在两个径向侧、即在面向室18和19的一侧为凹面形的。

分隔壁16被设计成中空的体部，即，该中空的体部由两个凹面形的片状金属壁28、29和在圆周处的将片状金属壁28、29互连的各连接部26、27组成。

用于四通阀10的致动器由气动旋转驱动装置31形成，该驱动装置31与分隔壁16的旋转轴线15连接，并通过凸缘安装在阀壳17上，如图3所示。

轴向密封带32、32’分别沿着阀体的双凹面形轮廓的前侧和后侧设置成闭合环形。这些密封带将移动的阀体16与相邻的外侧圆柱形阀壳17分开。可从轴15向闭合环形的密封件32、32’内的区域提供密封空气，以防止气体绕道从室22、23进入室24、25。

为了防止原料气体通过密封件32、32’处的任何可能的间隙进入干净气体，代替供给密封空气，还可以排空轴15处的连接部。在这种情况下，被排出的密封空气在风机8之前被供给至原料气体。

在四个相邻的连接部22-25之间分别设置插设有密封件34-37的四个径向的密封件保持件。

根据图1和图2，蓄热器4、5的蓄热物质2、3设置在支承件46上。

支承件46被设计成使得，由蓄热体53形成的蓄热器4、5的蓄热物质2、3以与水平方向成例如5°的α角度从通向蓄热器4、5的管线11、12的开口朝向燃烧室6上升。由此确保了蓄热体53的前侧彼此保持永久相连。

旁通管线47与位于风机8和四通阀10之间的原料气体管道7的适配器7’相连，该旁通管线在支承件46下方向上延伸到燃烧室6。

旁通管线47在燃烧室6内终止于以分布的方式布置的竖直杆48内，这些杆设置有用于原料气体的排放孔49，这些孔以分布的方式沿杆48的长度设置。

在旁通管线47内连接一调节阀49，该阀控制向燃烧室6延迟供给原料气体，从而储存的热量可被较长时间用于维持(燃烧)室内的温度。

杆48形成用于向燃烧室6内的热气体注入原料气体的混合装置，以增加燃烧室6内的湍流以获得更好的燃烧。

如果原料气体的可燃污染物浓度高，可使用旁通管线47将冷原料气体直接供给至燃烧室6。通过使用旁通管线47供给冷原料气体，可防止燃烧室超过特定的温度，例如900℃。

另一方面，如果原料气体的可燃污染物浓度过于低，为了不降低设备运行所需的燃烧室温度，例如在燃烧室6的前壁内设置用于直接注射气态或液态燃料的喷嘴52。

蓄热器4、5的蓄热物质2、3包括挤压陶瓷蓄热体53，该挤压陶瓷蓄热体的水力直径为2到12mm，且具有平行于纵向轴线延伸的通道。EP 472605 B1中对这种具有长方形(即，基本为棱柱形)截面和具有平行于棱柱的纵向轴线延伸的通道的蓄热体有更加详细的说明。

根据图2，整个设备设置在支承架54内，该支承架具有外部镶板(未示出)。四通阀10和主风机8设置在支承架54的一个端部55，蓄热器4、5和燃烧室6设置在中部56。整个设备可因此被设计为可运输的容器。

Claims (19)

1.一种用于通过蓄热式焚烧来净化工业废气的设备，所述设备使用至少两个蓄热器塔(4、5)、一原料气体供给连接器(7、7’)、一净化后气体排放连接器(9)以及由致动器操作的阀，所述蓄热器塔填充有陶瓷蓄热介质(2、3)并通过燃烧室(6)连接，所述原料气体供给连接器(7、7’)和净化后气体排放连接器(9)通过所述阀交替地与一管道(11、12)连接，所述管道与位于燃烧器(6)的相对侧上的两个所述蓄热器(4、5)连接，所述设备的特征在于，所述陶瓷蓄热介质沿水平流动方向以与水平方向成最大20度的角度设置，将蓄热器(4、5)与原料气体(7、7’)和干净气体(9)相连接的流动转换装置为单个圆柱形的四通阀(10)。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，用于所述四通阀(10)的驱动装置设置成气动驱动装置(31)，该气动驱动装置在目标位置具有阻尼元件。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述阀体(14)为圆柱形的。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，从主阀的体部，用作原料气体供给管(7、7’)、一个蓄热器(4)的连接部、净化后气体排放管(9)、另一个蓄热器(5)的连接部(12)的部件依次连接。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，用于原料气体供给管(7、7’)、一个蓄热器(4)的连接部、净化后气体排放管(9)、另一个蓄热器(5)的连接部的连接部(22-25)彼此成90度角度设置。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，阀的叶片(16)设计成双凹面形元件，以使得阀转换期间的压降和短路流最小化。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，移动的阀体(16)沿轴向方向的密封通过柔性的闭合环形的密封件(32、32’)实现，从阀轴(15)向其间供给阻隔空气。

8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述移动的阀体(16)具有中空设计，并设有与中空的阀轴的连接部，从而可朝向主风机(8)上游的原料气体向外抽吸阻隔空气。

9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述凹面形阀体(16)在两侧都设置有将阀体(16)相对于圆柱形的阀壳(17)沿轴向密封的密封带(32、32’)。

10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，原料气体连接部(7、7’)与朝向燃烧室(6)延伸的旁通管线(47)连接。

11.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，在燃烧单元的中部安装有混合单元(51)以增强湍流。

12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，混合单元(51)在内部将来自旁通管道(47)的冷的原料气体供给至燃烧室(6)。

13.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，陶瓷蓄热介质(2、3)由沿流动方向具有多条平行通道的蜂窝状元件形成。

14.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，使用电加热器(13)用于燃烧室(6)的一次加热。

15.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述两个蓄热式热交换器塔(4、5)通过由空气冷却的分隔壁(50)彼此隔开。

16.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，向燃烧室(6)直接注射可燃气体用于二次加热。

17.根据上述权利要求所述的用于净化废气的方法，其特征在于，当燃烧室(6)内超过一定温度时，将来自风机连接部(7’)的原料气体直接供给至燃烧室(6)以用于冷却。

18.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于，在旁通管线(47)中连接一调节阀(49)，该调节阀控制向燃烧室(6)延迟供给原料气体，从而储存的热量可被较长时间用于维持燃烧室(6)内的温度。

19.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于，在不引入燃烧空气的情况下向燃烧室(6)直接注射气态或者液态燃料。

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