CN107575878A - 多室蓄热式氧化炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多室蓄热式氧化炉，包括氧化炉本体、进气管道、排气管道、气体分配装置、分割装置、助燃装置、旋转装置，分割装置位于氧化炉本体内部，将氧化炉本体内分成反应室和气体分配室，并通过多块分割板将气体分配室分割成多个相互独立的扇形分割腔；气体分配装置为内外双层筒状结构，并具有一个进气区域A、一个出气区域B和至少两个助燃空气区域C，且通过助燃空气区域C进气区域A和出气区域B间隔开来；旋转装置带动分割装置共同旋转，且出气区域B的体积大于进气区域A的体积。通过该装置，能降低整个设备的压损，保证设备的连续运行，提高多室蓄热式氧化炉的工作效率，并能节省能源。

Description

多室蓄热式氧化炉

技术领域

本发明属于废气焚烧炉技术领域，具体涉及一种多室蓄热式氧化炉。

背景技术

多室蓄热式热氧化器(Regenerative Thermal Oxidizer，简称RTO)是一种用于处理中低浓度挥发性有机废气的节能型环保设备。RTO的基本原理是在高温下(>760℃)使有机废气氧化生成CO2和H2O，从而予以去除。RTO采用陶瓷蓄热，可使热能得到最大限度的回收再利用，热回收率大于95％,，且在处理VOCs时不用或使用很少的燃料。该类装置具有如下特点：1)操作费用低，超低燃料费。有机废气浓度在一定范围以上时，RTO装置不需添加辅助燃料；2)废气处理效率高，RTO净化率在95％以上；3)中间可以加装热交换器，利用RTO之余热，以达到节能目的；4)系统节能，同时不产生NOX等二次污染；5)全自动控制、操作简单，安全性高。

在目前国内外技术水平下，现有的RTO设备的蓄热室内没有设置气体均匀分布的装置，热气体进入蓄热室后分布不均匀，使蓄热室不能被均匀预热，进而导致废气分布不均且不能被均匀预热；同时，没有气体再分布装置的蓄热室的压损较大，使得进入燃烧室的风量减小。

目前的RTO系统，在设计中都采用进气和排气的流通通道截面积相同的方案。由于排气温度高于进气温度导致体积膨胀和VOCs焚烧产生气体，排气体积流量约为进气体积流量的1.4倍；加之蓄热体高低温端的结构形式不同，导致在进气和排气的流通通道截面积相同情况下，排气压力损失约为进气压力损失的2倍；另外助燃空气没有预热，以上这些缺陷都可能导致RTO不能连续工作，从而浪费燃料。

另外由于氧化炉旋转换向阀门的泄漏率很难长期稳定控制在1％以下甚至更低，在处理VOC浓度较高的废气时，排放浓度仍然偏高，难于达到国家标准。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种结构简单、操作简单、生产效率高的多室蓄热式氧化炉，使进入RTO的废气能够均匀分布、均匀预热，更长时间换热，并降低整个设备的压损，保证设备的连续运行，废气氧化更彻底，有效的提高RTO蓄热式氧化炉的氧化效率，节省燃料。

本发明公开的多室蓄热式氧化炉，具体技术方案如下：

多室蓄热式氧化炉，包括氧化炉本体、进气管道、排气管道、气体分配装置、分割装置、助燃装置、旋转装置，氧化炉本体底面的中心位置具有一圆形开口，气体分配装置通过该圆形开口与氧化炉本体内部连通，进气管道与气体分配装置连通，排气管道布置于氧化炉本体的顶部；

分割装置位于氧化炉本体内部，其截面与氧化炉本体的截面大小相适应，将氧化炉本体内分成相对独立的上、下两部分，分割装置以上的部分为反应室，分割装置及其以下的部分为气体分配室；分割装置具有一柱形中空管和多块分割板；中空管纵向布置于氧化炉本体的中心位置，其一端与位于氧化炉本体顶面的排气管道连通；分割板的一侧与中空管的外壁连接，另一侧延伸至氧化炉本体的内壁处，将气体分配室分割成多个相互独立的扇形分割腔；

气体分配装置固定在氧化炉本体底面的圆形开口处，其顶面为与敞口结构并通过所述圆形开口与氧化炉本体内部连通；气体分配装置具体包括分配体内筒、分配体外筒和内外筒之间的至少四块分隔板，通过分隔板将分配体内筒和分配体外筒之间的环状区域分隔成至少四个扇形区域，即一个进气区域A、一个出气区域B和至少两个助燃空气区域C，且通过助燃空气区域C将进气区域A和出气区域B间隔开来；

助燃装置布置在在反应室内；

旋转装置包括旋转轴、旋转连接件和驱动机构；旋转轴的一端与驱动机构连接，另一端与旋转连接件连接，并通过旋转连接件带动分割装置在预定的速度下与旋转装置共同旋转；

其中，分割装置的中空管与气体分配装置的分配体内筒位置相对应；每一个进气区域A、出气区域B和空气区域C的截面积为与分割腔的整数倍，且出气区域B的截面积大于进气区域A的截面积；分割装置内的分割板均匀地布置在中空管的外壁，将气体分配室分割成多个截面相等的扇形分割腔。

作为一种优选方案，出气区域B的截面积是进气区域A的截面积的1.2-1.8倍。

作为一种优选方案，出气区域B的截面积是进气区域A的截面积的1.3-1.5倍。

作为一种优选方案，分割板的块数至少为七块。

作为一种优选方案，所述旋转连接件包括连接件内环、连接件外环和多根分隔条，通过分隔条将连接件内环和连接件外环之间的环状区域分隔成多个分隔区，作为气体进出的中转通道。

作为一种优选方案，分隔条的根数与分割装置中的分割板的数量相同，并与分割板对应连接。

作为一种优选方案，连接件内环与分配体内筒和分割装置的中空管的直径基本相等且对应连接，连接件外环和分配体外筒的直径基本相等且对应连接，并能保证分割装置相对于气体分配装置的旋转运动。

作为一种优选方案，所述进气区域A的进气口布置在进气区域A所对应的分配体外筒的侧壁或底板上；所述出气区域B的出气口布置在出气区域B所对应的分配体内筒的侧壁上；所述助燃空气区域C的助燃空气进气口布置在助燃空气区域C所对应的侧壁或底板上。

作为一种优选方案，该氧化炉还包括布置在各扇形分割腔内的蓄热装置，蓄热装置的高度小于分割装置的高度，在气体分配室内构造一个换热部。

作为一种优选方案，蓄热装置位于扇形分割腔的上部。

作为一种优选方案，蓄热装置包括蓄热体及用于固定蓄热体的支撑件。

作为一种优选方案，蓄热体为扇形蓄热陶瓷且大小与扇形分割腔相适应。

作为一种优选方案，该氧化炉还包括布置在分割装置顶部和底部的气体均布装置。

本发明所公开的多室蓄热式氧化炉相对现有技术具有以下有益效果：

(1)在保持进气管道截面积不变的前提下，通过气体分配装置中各区域分布设置，使出气通道的截面积大于进气通道的截面积，优选的，将出气通道截面积设置为进气通道截面积的1.3-1.5倍，从而保证在进气压力损失不变的前提下大幅度减小排气压力损失，减小多室蓄热式氧化炉系统的流动压力损失。因此，通过气体分配装置中合理的区域分配不但可以使进气和排气时的流动压力损失得到平衡，还可以增加焚烧炉的处理能力，提高设备利用率。

(2)通过用于间隔进气通道和出气通道的两个助燃空气通道的设计，形成作为防止入口过程气体和出口过程气体混合的气封，将进口过程气体和出口过程气体完全间隔开来，大大减小了两种气体之间的干扰，防止吸入到反应室中的挥发性有机废气(VOCs)和从反应室排出的净化处理气体混合。助燃空气通道还可作为助燃空气的预热区，吸收燃烧后的高温气体流在蓄热陶瓷内释放的热量，从而提高助燃空气的温度，促进在反应室内助燃，且能进一步节约能源。此外，助燃空气还可以作为分割腔内蓄热体的吹扫气体，避免其堵塞，从而提高蓄热体的使用寿命。

(3)布置在气体分配室顶部和底部的气体均布装置，使同一截面上、同一时间内通过分割腔的气体流量和流速尽可能相同，优化进、出口过程气体流场，提高挥发性有机废气(VOCs)净化效率，提高换热效率，节约能源。

(4)该多室蓄热式氧化炉的有机废气焚烧处理效率可达95％以上，处理废气的能力能提高10％～20％；新型多室蓄热式有机废气焚烧炉比带有换热器的常规焚烧炉节约燃料70％～90％，节能效果显著。

附图说明

图1为实施例中多室蓄热式氧化炉的正面结构示意图；

图2为实施例中分割装置的结构示意图；

图3中(a)为实施例中旋转连接件的结构示意图；(b)为实施例中气体分配装置的结构示意图；

图4为实施例中多室蓄热式氧化炉的俯视结构示意图。

附图标注：

氧化炉本体1：进气管道11、排气管道12、气体分配室13、换热部14、反应室15；

气体分配装置2：进气区域A211、出气区域B212、助燃空气区域C213，分配体内筒22、分配体外筒23、分隔板24、进气口25(在图中未示出)、出气口26、助燃空气进气口27、分配体底板28；

分割装置3：中空管31、分割板32、分割腔33；

助燃装置4；

旋转装置5：旋转轴51、旋转连接件52、连接件内环521、连接件外环522、分隔条523、分隔区524、驱动机构53；

蓄热装置6：蓄热体61、支撑件62。

气体均布装置7。

具体实施方式

结合图1至图4所示，实施例中公开一种多室蓄热式氧化炉，其包括氧化炉本体1、气体分配装置2、分割装置3、助燃装置4、旋转装置5、蓄热装置6和气体均布装置7。

氧化炉本体1为筒状结构，具有一进气管道11和一排气管道12，进气管道11与氧化炉本体1的进气端连接，排气管道12设置在氧化炉本体1顶部的中间位置且与氧化炉本体1的出气端连接。

气体分配装置2固定在氧化炉本体1底面的中间位置，是顶面为敞开式的内外双层筒状结构，即分配体内筒22和分配体外筒23，内外双层筒之间设有四块分隔板24，将分配体内筒22和分配体外筒23之间的环状区域分隔成四个扇形区域，即一个进气区域A211、一个出气区域B212和两个助燃空气区域C213，通过两个助燃空气区域C213将进气区域A211和出气区域B212间隔开来。

进气区域A211对应的分配体底板28上设有与进气管道11连通的进气口25(附图中未示出)，作为氧化炉本体1的进气端，进气区域A211的出气口为进气区域A211所对应的气体分配装置2顶面的敞口区域，并通过连接件522中的扇形分隔区524将气体引入分割装置3内相应的扇形分割腔33；出气区域B212对应的分配体内筒22的侧壁上设有一出气口26，其进气口为出气区域B212所对应的顶面的敞口区域，并通过连接件522中的扇形分隔区524将分割装置3内相应的扇形分割腔33内的气体引入出气区域B212；各助燃空气区域C213所对应的分配体底板28上均设有助燃空气进气口27，其出气口为助燃空气区域C213所对应的顶面的敞口区域，并通过连接件522中的扇形分隔区524将气体引入分割装置3内相应的扇形分割腔33。分配体底板28可与分配体外筒23一体成形。除此之外，也可以将进气口25设计在进气区域A211对应的分配体外筒23的侧壁上。

分割装置3位于氧化炉本体1内部，其截面与氧化炉本体1的截面大小相适应，将氧化炉本体1分隔成相对独立的上、下两部分，分割装置3以上的部分为反应室15，分割装置3及其以下的部分为气体分配室13。

分割装置3具有一柱形中空管31和多块分割板32。中空管31纵向布置于氧化炉本体1的中心位置，其一端与排气管道22连通，另一端与旋转装置5连接，可通过旋转装置5带动分割装置3共同旋转。分割板32为板状结构，分割板32的一侧固定在中空管31的外壁上，另一侧延伸至氧化炉本体1的内壁且留有缝隙，以防止旋转过程中产生摩擦。结合图2所示，实施例中采用八块分割板32均匀地将气体分配室12分割八个相互独立的扇形分割腔33，作为气体进出的通道。

旋转装置5用于带动分割装置3共同旋转，其包括旋转轴51、旋转连接件52和驱动机构53，旋转轴51的一端与驱动机构53连接，另一端与旋转连接件52连接，旋转连接件52的上端面与分割装置3底面连接，下端面与气体分配装置2的上端面连接但能保证相对运动。旋转装置5通过旋转连接件52与分割装置3连接，通过在驱动机构53的驱动，旋转轴51在预定的速度下带动分割装置3共同旋转。

旋转连接件52为内外双层环状结构，即包括连接件内环521和连接件外环522，连接件内环521和连接件外环522的直径分别与分配体内筒22和分配体外筒23的直径相等，并相对应设置。旋转连接件52还包括多根分隔条523，通过这些分隔条523将连接件内环521和连接件外环522之间的环状区域分隔成多个分隔区524，作为气体进出的中转通道。实施例中，分隔条523共有八根，其设置的位置与分割装置3中的分割板32的位置相对应，形成与分割腔33相连通的八个分隔区524。

氧化炉本体1底板的中心位置具有一通孔，该通孔的大小与气体分配装置2的外径大小相适应，气体分配装置2固定在该通孔处。气体分配装置2的顶部为旋转连接件52，并保证两者之间能相对运动。

燃烧装置4，即燃烧器，布置在反应室15内，通过燃烧去除挥发性有机废气(VOCs)。

蓄热装置6布置在分割装置3的各扇形分割腔33内，其高度可根据需求进行设计，但应小于分割装置3的整体高度。蓄热装置6主要由蓄热体61和支撑件62组成，蓄热体61的材料可选择蓄热陶瓷，将蓄热陶瓷定制成与扇形分割腔33大小和形状相适应的扇形结构，并通过板状支撑件62将其固定在扇形分割腔33靠顶部的位置，从而形成气体分配室13内相对独立的换热部14，用于进出气体的热量交换。

为保证进出分割装置3的气体分布均匀，使得换热部14能被均匀加热，可在换热部14的入口和出口处设置气体均布装置7，即在分割装置3各扇形分割腔33的顶部和底部均安装气体均布装置7，气体均布装置7具体可采用现有的气体再分布器等结构实现，此处不再赘述。通过气体均布装置7，使进入氧化炉的废气能够均匀分布，从而均匀预热，并降低整个设备的压损，保证设备的连续运行，有效提高多室蓄热式氧化炉的工作效率，节省燃料。

值得注意的是，实施例中，旋转装置5的连接件内环521、气体分配装置2的分配体内筒22和分割装置3中的中空管31的直径基本相等，旋转装置5的连接件外环522和气体分配装置2的分配体外筒23的直径也基本相等，且这些部件均对应设置，旋转装置5与分割装置3同轴旋转，旋转装置5与气体分配装置2能保证相对运动。实施例中分割装置3的多块分割板32均匀布置，但本发明并不限制分割板32的块数，具体可根据例如旋气体分配装置2内进气区域A211、出气区域B212和助燃空气区域C213的截面大小的关系等设计。优选的，每个进气区域A211、出气区域B212、助燃空气区域C 213与整数个扇形分割腔33对应，从而形成相对独立的进气通道、出气通道和助燃空气通道。

由于排气温度通常高于进气温度导致体积膨胀，除此之外，VOCs焚烧也会产生新的气体，排气体积的流量通常大于进气体积的流量，根据经验所得，排气体积的流量一般是进气体积的流量的1.2～1.8倍，而助燃空气的体积则主要根据进气气体成分燃气时所需要的氧气量来决定。结合图4所示，实施例中采用八块分割板32将气体分配室13均匀地分割成八个相对独立的分割腔33，其中，进气通道分配有2个相邻的分割腔33，出气通道分配有3个两两相邻的分割腔33，助燃空气通道共分配有3个分割腔33，并将这3个分割腔分成用来间隔进气通道和出气通道的两条助燃空气通道。此时，出气通道的横截面刚好恰好是进气通道的1.5倍，即出气通道的体积控制为进气通道的体积的1.5倍。由于八块分割板32均匀设置在中空轴31上，同时还能保证分割装置3旋转时的平衡。

在实际运行中，进口过程气体和出口过程气体(即吸入到反应室15中的挥发性有机废气(VOCs)和从反应室15净化处理后排出的气体，也简称进气和出气)在分割腔33中完成换热工作，但运动结构间存在一定间隙，不可能完全阻止两种气体彼此混合和泄漏。由于助燃空气压力高于挥发性有机废气(VOCs)压力能形成气压差，通过在两种气体之间的区域通入助燃空气使助燃空气在换热部14内形成气封，阻止进口过程气体和出口过程气体混合，从而近似做到两种气体的泄露几乎为零，从而提高该氧化炉的废气处理效率。

气体燃烧需要较高的温度，常温条件下，要让废气与空气混合燃烧，需要额外的热源提供能量将气体的温度升温到燃点。实施例中，助燃空气通道中位于换热部14的通道段还可作为助燃空气的预热区，燃烧后的高温气体流经蓄热陶瓷降温，把热量传给蓄热陶瓷后气体温度降低；当受热蓄热陶瓷所对应的分割腔33旋转到助燃空气通道的位置时，把热量传给助燃空气，从而提高助燃空气的温度，完成换热。可见，助燃空气在进入反应室15前被预热升温，通过回收利用高温排气热量来进一步节约能源。

此外，由于需要处理的挥发性有机废气(VOCs)含有一定的粉尘和大量有机物，燃烧后会产生焦油类强粘性物质，容易粘附在蓄热陶瓷体上，堵塞气体通道，助燃空气可以作为换热部14的吹扫气体，防止蓄热陶瓷堵塞，并能降低整个设备的压损，保证设备的连续运行，提高多室蓄热式氧化炉的工作效率，节省能源。

下面结合附图中单点线的箭头(即气体流动方向)，简要说明该氧化炉中过程气流的路径，具体如下：

挥发性有机废气(VOCs)由进气管道21进入氧化炉本体1内，经进气口25进入气体分配装置2的进气区域A211，再通过与进气区域A211对应的旋转连接件52中的分隔区524进入气体分配室13内的扇形分割腔33。分割腔33内的气体经气体均布装置7后均匀进入换热部14内，进行热量交换后再通过气体均布装置7进入反应室15内进行燃烧，从而形成完整的进气通道。在此过程中，气体通过换热部14进出口处的气体均布装置7整流和换热部14内的蓄热陶瓷均匀预热后再送入反应室15内燃烧，使得燃烧更充分。

经反应室15内充分燃烧净化处理后排出的气体经气体均布装置7进入相应的分割腔33；经换热部14蓄热陶瓷均匀换热降温后，再由换热部14出口处的气体均布装置7整流排出，然后通过旋转连接件52对应的分隔区524进入气体分配装置2的出气区域B212，再由分配体内筒22侧壁上的出气口26进入中空管31，最后由与中空管31连通的排气管道12将净气排出氧化炉本体1，从而形成了完整的出气通道。

综上所述，通过在气体分配装置2以及同轴旋转的旋转连接件52和分割装置3的结构设计形成相互独立的进气和出气通道；并通过分隔板24将进气区域A211、出气区域B212和助燃空气区域C213合理布置，在同等结构尺寸条件下，单位时间内能增加被处理的挥发性有机废气(VOCs)体积，提高处理效率；相对传统蓄热式氧化炉的结构形式和密封设计，本发明的气体分配单元更简单可行。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims (10)

1.一种多室蓄热式氧化炉，其特征在于，包括氧化炉本体(1)、进气管道(12)、排气管道(13)、气体分配装置(2)、分割装置(3)、助燃装置(4)、旋转装置(5)，氧化炉本体(1)底面的中心位置具有一圆形开口，气体分配装置(2)通过该圆形开口与氧化炉本体(1)内部连通，进气管道(12)与气体分配装置(2)连通，排气管道(13)布置于氧化炉本体(1)的顶部；分割装置(3)位于氧化炉本体(1)内部，其截面与氧化炉本体(1)的截面大小相适应，将氧化炉本体(1)内分成相对独立的上、下两部分，分割装置(3)以上的部分为反应室(15)，分割装置(3)及其以下的部分为气体分配室(13)；分割装置(3)具有一柱形中空管(31)和多块分割板(32)；中空管(31)纵向布置于氧化炉本体(1)的中心位置，其一端与位于氧化炉本体(1)顶面的排气管道(22)连通；分割板(32)的一侧与中空管(31)的外壁连接，另一侧延伸至氧化炉本体(1)的内壁处，将气体分配室(12)分割成多个相互独立且截面相等的扇形分割腔(33)；气体分配装置(2)固定在氧化炉本体(1)底面的圆形开口处，其顶面为与敞口结构并通过所述圆形开口与氧化炉本体(1)内部连通；气体分配装置(2)具体包括分配体内筒(22)、分配体外筒(23)和内外筒之间的至少四块分隔板(24)，通过分隔板(24)将分配体内筒(22)和分配体外筒(23)之间的环状区域分隔成至少四个扇形区域，即一个进气区域A(211)、一个出气区域B(212)和至少两个助燃空气区域C(213)，且通过助燃空气区域C(213)将进气区域A(211)和出气区域B(212)间隔开来；

助燃装置(4)布置在在反应室(15)内；

旋转装置(5)包括旋转轴(51)、旋转连接件(52)和驱动机构(53)；

旋转轴(51)的一端与驱动机构(53)连接，另一端与旋转连接件(52)连接，并通过旋转连接件(52)带动分割装置(3)共同旋转；

其中，分割装置(3)的中空管(31)与气体分配装置(2)的分配体内筒(22)位置相对应；进气区域A(211)、出气区域B(212)和空气区域C(213)的截面积是分割腔(33)的整数倍，且出气区域B(212)的截面积大于进气区域A(211)的截面积。

2.如权利要求1所述的氧化炉，其特征在于，所述出气区域B(212)的截面积是所述进气区域A(211)的截面积的1.2-1.8倍。

3.如权利要求2所述的氧化炉，其特征在于，所述出气区域B(212)的截面积是所述进气区域A(211)的截面积的1.3-1.5倍。

4.如权利要求1所述的氧化炉，其特征在于，所述分割板(32)的块数至少为七块。

5.如权利要求1所述的氧化炉，其特征在于，所述旋转连接件(52)包括连接件内环(521)、连接件外环(522)和多根分隔条(523)，通过分隔条(523)将连接件内环(521)和连接件外环(522)之间的环状区域分隔成多个分隔区(524)，作为气体进出的中转通道。

6.如权利要求5所述的氧化炉，其特征在于，所述分隔条(523)的根数与分割装置(3)中的分割板(32)的数量相同，并与分割板(32)对应连接。

7.如权利要求5所述的氧化炉，其特征在于，所述连接件内环(521)与分配体内筒(22和分割装置(3)的中空管(31)的直径基本相等且对应连接，连接件外环(522)和分配体外筒(23)的直径基本相等且对应连接，并能保证分割装置(3)相对于气体分配装置(2)的旋转运动。

8.如权利要求1所述的氧化炉，其特征在于，所述进气区域A(211)的进气口(25)布置在进气区域A(211)所对应的分配体外筒(23)的侧壁或底板上；所述出气区域B(212)的出气口(26)布置在出气区域B(212)所对应的分配体内筒(22)的侧壁上；所述助燃空气区域C(213)的助燃空气进气口(27)布置在助燃空气区域C(213)所对应的侧壁或底板上。

9.如权利要求1所述的氧化炉，其特征在于，还包括布置在各扇形分割腔(33)内的蓄热装置(6)，蓄热装置(6)的高度小于分割装置(3)的高度，在气体分配室(13)内构造一个换热部(14)。

10.如权利要求1所述的氧化炉，其特征在于，还包括布置在分割装置(3)顶部和底部的气体均布装置(7)。