CN102809162A - 一种无焰双向热氧化器 - Google Patents

一种无焰双向热氧化器 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种无焰双向热氧化器，包括热氧化反应室和分别设置在该热氧化反应室左右两侧并与外部管道连通的两个气道，每个气道内分别设置有静态混合器；热氧化反应室内设置有电热元件和热水/蒸汽管。

Description

一种无焰双向热氧化器
技术领域
本发明涉及热氧化技术领域，具体地说，本发明涉及一种无焰双向热氧化器。
背景技术
热氧化器主要用于去除石油化工等工业生产中所产生的有机挥发性化合物/有害气体等。目前，应用较为广泛的是蓄热式热氧化器（RTO）技术，它通常是将工业废气-主要是挥发性有机化合物或其它有害气体-经过燃烧后形成二氧化碳和水。这样，热氧化器将污染环境的有机化合物就转换成了可安全排放到大气的无害化合物。
热氧化器的主体结构一般都包括蓄热床、燃烧室、控制阀、独立的进气管和排气管，通过控制阀交替换向，但该设备结构复杂，能耗较高；传统的RTO燃烧室内采用火焰燃烧来使化合物热分解，往往会产生诸如N0X或CO这类空气污染物，同时容易存在因交替换向废气未能完全处理而发生的实际效益问题；另外，传统的RTO的主体装置容积很大，例如反应器，导致其所占空间过大。
发明内容
为克服现有技术的上述缺陷，本发明提出一种占用体积较小的无焰双向热氧化器。
本发明，提出了一种无焰双向热氧化器，包括热氧化反应室和分别设置在该热氧化反应室两侧并与外部管道连通的两个气道；热氧化反应室内设置有电热元件和热水/蒸汽管。
与现有技术相比，本发明具有下列技术效果：
1、环保效益好，能够实现完全的燃烧，氮氧化物(NOx)与一氧化碳CO在废气中的含量非常低，避免了二次污染。
2、结构紧凑，易于模块化，可以设计装配在集装箱内方便运输与安装。
3、能源利用率高，VOC脱除率(DRE-destruction removal efficiency)可达99%以上。
附图说明
图1是本发明一个实施例的结构示意图。
如图所示，为了能明确实现本发明的实施例的流程，在图中描述了特定的设备和运行顺序，但这仅为示意需要，并非意图将本发明限定在该特定设备、顺序、器件和环境中，根据具体需要，本领域的普通技术人员可以将这些器件和环境进行调整或者修改，所进行的调整或者修改仍然包括在后附的权利要求的范围中。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。在以下的描述中，将描述本发明的多个不同的方面，然而，对于本领域内的普通技术人员而言，可以仅仅利用本发明的一些或者全部结构或者流程来实施本发明。为了解释的明确性而言，阐述了特定的数目、配置和顺序，但是很明显，在没有这些特定细节的情况下也可以实施本发明。在其他情况下，为了不混淆本发明，对于一些众所周知的特征将不再进行详细阐述。
根据本发明的一个实施例，提供了一种无焰双向热氧化器。图1是该无焰双向热氧化器的结构示意图，该热氧化器包括热氧化反应室和分别设置在该热氧化反应室室两侧并与外部连通的两个气道。热氧化反应室内设置有特定的结构与散堆热介质体，热氧化反应室内部还设置有电热元件与热水管/蒸汽管，该电热元件用于系统启动时的加热。
本实施例中，热氧化反应室构成无無焰双向热氧化热回收功能室。在工作时，由挥发性有机化合物等有害气体组成的气流穿过热氧化回收室并在其中被氧化和分解，经过处理后的气流又继续流动到热氧化反应室的另一侧最后经由烟筒排放到大气中。这个过程往复的来回，  从而实现热氧化器的功能。
在优选实施例中，两个气道内还分别设置有静态混合器与开关阀阀或三通提升阀，用于控制进/出气方向。另外，设置引风机控制因气流方向切换时存留在两个气道内的的气体流向。
两个气道通过设置在所述无無焰双向热氧化回收器外部的管道互相连通。特定的结构与散堆热介质体经由两者不同数量与型号的组合可使它成为一个无焰氧化双向多功能的系统设备。如：直热氧化(TO)，蓄热再生式热氧化（RTO），如在其中另填加催化剂后也可作为蓄热再生催化氧化(RCO)。
上述实施例中，无焰氧化的基本概念是指在不借助外部热源的条件下，通过将反应物燃分解烧时所产生的热能,回收再利用以预热新的反应物，并提升至反应物能分解自燃的温度从而产生新的热能，反复的回收利用的燃烧温度可远高于沒有热再循环时的燃烧工况。
为保证一定程度的安全，无焰氧化时其需要混合的有机挥发性化合物/有害气体等污染物应在可燃下限(LFL)的85%，其爆炸下限(LEL)的25%的室间发生。
下面结合上述实施例，对本发明的工作原理做进一步地介绍。
上述实施例中，利用热氧化回收室来控制有机挥发性化合物/有害气体等污染物的反应温度,使其高到足以分解有机挥发性化合物/有害气体的分子,  但低于火焰产生的温度,也同时回收再利用反应后所产生的热能。
参考图1，在系统首次启动需先将热氧化回收室预热到1 000℃，然后将富含挥发性有机化合物/有害气体气流经由在气道#A中的静态混合器与空气进一步混合均匀，然后被引导穿过热氧化回收室。
混合气体在通过热氧化回收室时,开始被氧化分解并同时释放热量,其释放的热量将被其中的热介质吸收。氧化分解后的混合气体通过热氧化器另一侧的气道#B后经由阀门引导到烟筒排入大气中。
随后整个过程将逆转，富含挥发性有机化合物/有害气体(VOC/HAP)从气道＃B到#A。此时进入的混合气体将被热介质中吸收自上个周期气流释放的热量的热能加热,接着混合气体再被氧化分解其分解所释放的热量又由热氧化回收室吸收，最后经由阀门控制通过烟筒外排。这个过程往复的来回。VOC/HAP从气道＃B到#A（或者从气道#A到＃B）的一个周期通常是60～120秒，其具体时间主要取决于气量、VOC/HAP的浓度和最大允许工作温度的限制。
另外，当每一个逆周期开始之前，引风机会将上一周期前面气道中残留未被处理的挥发性有机化合物/有害气体引到另一侧气道(没有穿越热氧化回收室的气流将会被反向循环的气流推出到烟筒),  以保证所有的气流都被处理过。
本发明具有下述技术效果：
1、环保效益：利用无焰氧化技术的优势，以实现完整的燃烧，并产生非常低的氮氧化物(NOx)与一氧化碳在废气中的含量，避免了二次污染。另外在气道中的静态混合器使VOC分子与空气更充分的混合均匀，从而进一步提高了无焰氧化的效益。
2、紧凑与模块化的设计：所有组件都可以预先设计和建造，使得可选项的设备和其性能得到增强。由于气流是以横向引导通过热氧化器，可大幅减少占地与主设备的体积，  所以可将整个系统设计建造在一个货柜中，可大量节约并简化安装成本与工作量，另外也可同时并联多个MFFTO单元以适用于不同流量。
3、独特的由结构与散堆热介质组成的热氧化回收室，形成高效益的氧化和储热功能，由于没有残留气体,所以VOC脱除率(DRE-destruction removalefficiency)可达99%以上。
4、  能源资源化利用：预先设置在热氧化回收室内的热水/蒸汽管,可用来带走多余的热量从而取代传统的高温热旁路(HGB–High Gas Bypass)，同时也可成为锅炉/汽轮机的热能来源。当VOC浓度够高时，其产生的蒸汽热能还可以用来驱动蒸汽发电机。
最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。

Claims (7)

1.一种无焰双向热氧化器，包括热氧化反应室和分别设置在该热氧化反应室左右两侧并与外部管道连通的两个气道，每个气道内分别设置有静态混合器；热氧化反应室内设置有电热元件和热水/蒸汽管。
2.根据权利要求1所述的无焰双向热氧化器，其特征在于，所述外部管道处处设置引风机，以控制两个进气道之间的气体流向。
3.根据权利要求1所述的无焰双向热氧化器，其特征在于，热氧化回收室由以蓄热材质为主的散堆与整体式蓄热体组成，所处理的气流左右往复的穿过热氧化回收室，经过氧化和分解后再排放到大气中。
4.根据权利要求1所述的无焰双向热氧化器，其特征在于，热氧化反应室内设置的热水/蒸汽管所带走的热量作为紧急高温热旁路安全阀，或者利用其产生的热水/蒸汽做为诸如锅炉/汽轮机的设备的动力源。
5.根据权利要求1所述的无焰双向热氧化器，其特征在于，两个进气道还分别设有开关/三通提升阀。
6.根据权利要求1所述的无焰双向热氧化器，其特征在于，诸如挥发性有机化合物的有害气体组成的气流往复的穿过热氧化回收区，经过氧化和分解后排放到大气中。
7.根据权利要求1所述的无焰双向热氧化器，其特征在于，热氧化反应室内无焰氧化时的有机挥发性化合物/有害气体的污染物应在可燃下限的85%、爆炸下限的25%的区间进行。
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