CN108679627B - 有机硅废料燃烧处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种有机硅废料燃烧处理装置，其包括：燃烧室、一级进风整流机构、二级进风整流机构、燃烧器、抽排风管、沉降室。本发明能够控制SiO2粉尘的粒径接近纳米级别，使产生的SiO2粉尘有利于通过排风系统排出进行收集，收集的SiO2粉尘可进一步重复使用于混泥土、胶凝材料等建筑材料，及硅金属、硅铁合金和硅铝合金等的原料或添加剂、溶剂。

Description

有机硅废料燃烧处理装置
技术领域
本发明涉及使用有机硅制造光纤预制棒领域，尤其涉及一种光纤预制棒制造过程中有机硅废料的处理方法。
背景技术
光纤预制棒制备过程中，常常使用VAD法、MCVD法、PCVD法等制备芯棒，采用OVD法、RIC法等制备外包层，在众多外包层制备方法中，OVD法可确保较高的沉积速率，能够制备大型光纤预制棒，并具有效率高、灵活性强、经济效益高等优点。
传统的OVD法采用四氯化硅(SiCl4)原料，但反应过程中会伴随氯化氢(HCl)腐蚀性气体，对环境污染较大，其中基于OVD法采用有机硅为原料制备光纤预制棒，成本较低，且反应产物无毒无腐蚀，是一种理想的“绿色制造”原材料，满足未来“绿色制造”的理念，但生产或维护过程中会产生一部分有机硅废料。
有机硅氧烷是一种有机硅化合物，因其具有高蒸汽压、低水溶性、表面活性和润滑性等特定属性,而广泛存在于化工、工业、交通和日常生活应用等各个领域同时产生大量有机硅废弃料。有机硅废弃料可能具有持久性、生物累积性，甲基硅氧烷的环境残留问题已经成为研究热点，目前主要通过垃圾填埋、有机废料厌氧消化和污水处理产生消化气，但消化气中硅氧烷含量越来越高。传统燃烧消化气发电或焚烧处理时，硅氧烷会与氧气燃烧生产细小的二氧化硅粉尘会在内燃机内壁或燃气轮机的叶轮及排风管道内壁表面堆积形成二氧化硅层。
此外，有机硅可能具有持久性、生物累积性等性质，限制了有机硅填埋等直接处理方式，而有机硅燃烧后会产生细小的二氧化硅粉尘，会缩短内燃机或燃气轮机的叶轮的寿命。同时二氧化硅粉尘污染环境，需考虑有机硅燃烧后二氧化硅粉尘的排泄及收集问题。
发明内容
本发明旨在提供一种有机硅废料燃烧处理装置，以克服现有技术中存在的不足。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种有机硅废料燃烧处理装置，其包括：燃烧室、一级进风整流机构、二级进风整流机构、燃烧器、抽排风管、沉降室；
所述一级进风整流机构和二级进风整流机构依次设置于所述燃烧室的进风侧，所述一级进风整流机构包括：一级整流板以及开设于所述一级整流板上的若干第一孔洞，所述二级整流机构包括：二级整流板以及开设于所述二级整流板上的若干第二孔洞；所述燃烧器贯穿于所述二级整流板上，且朝向所述燃烧室设置，所述燃烧器包括：原料与载气喷射孔、燃料与氧化剂喷射孔以及富氧化剂喷射孔；所述抽排风管位于所述燃烧室的排风侧，所述抽排风管与所述燃烧器相对设置，且所述抽排风管与所述沉降室相连通。
作为本发明的有机硅废料燃烧处理装置的改进，所述燃烧室为具有隔热夹层的燃烧室，所述隔热夹层中注入有循环冷却水。
作为本发明的有机硅废料燃烧处理装置的改进，所述一级整流板和二级整流板具有一弧度，所述弧度的范围为：[0°,180°]。
作为本发明的有机硅废料燃烧处理装置的改进，所述一级整流板和二级整流板为耐高温钢板。
作为本发明的有机硅废料燃烧处理装置的改进，所述第一孔洞的孔径大于所述第二孔洞的孔径。
作为本发明的有机硅废料燃烧处理装置的改进，所述燃烧器为多个，多个燃烧器以阵列形式排布于所述所述二级整流板上。
作为本发明的有机硅废料燃烧处理装置的改进，所述原料与载气喷射孔中设置有雾化套管。
作为本发明的有机硅废料燃烧处理装置的改进，所述燃料与氧化剂喷射孔以第一圆形轨迹围绕所述原料与载气喷射孔设置，所述富氧化剂喷射孔以第二圆形轨迹围绕所述原料与载气喷射孔设置，所述第一圆形轨迹的直径小于所述第二圆形轨迹的直径。
作为本发明的有机硅废料燃烧处理装置的改进，所述原料与载气喷射孔为1个，所述燃料与氧化剂喷射孔为4个，所述富氧化剂喷射孔为8个。
作为本发明的有机硅废料燃烧处理装置的改进，所述抽排风管包括主排风管和多个支路排风管，所述主排风管和多个支路排风管安装于固定架上，所述多个支路排风管分别与所述主排风管相连通，所述固定支架具有一弧度，所述弧度的范围为：[180°,270°]。
作为本发明的有机硅废料燃烧处理装置的改进，所述有机硅废料燃烧处理装置还包括供料机构，所述供料机构包括：重量传感器、供料罐、排气管、供液管、集液管，所述供料罐通过所述供液管与所述燃烧器相连接，所述重量传感器安装于所述供料罐的底部，所述集液管和排气管安装于所述供料罐上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明能够控制SiO2粉尘的粒径接近纳米级别，使产生的SiO2粉尘有利于通过排风系统排出进行收集，收集的SiO2粉尘可进一步重复使用于混泥土、胶凝材料等建筑材料，及硅金属、硅铁合金和硅铝合金等的原料或添加剂、溶剂。
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，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明的有机硅废料燃烧处理装置的一具体实施方式的立体示意图；
图2为图1中燃烧器的平面放大示意图；
图3为本发明的有机硅废料燃烧处理装置的供料结构的平面示意图。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
如图1、2所示，本发明的有机硅废料燃烧处理装置包括：燃烧室4、一级进风整流机构1、二级进风整流机构2、燃烧器3、抽排风管、沉降室。
所述燃烧室4形成有机硅废料燃烧处理的空间，优选地，所述燃烧室4为具有隔热夹层的燃烧室4，所述隔热夹层中注入有循环冷却水。相应的，所述隔热夹层上连接有进水管8和出水管7。此外，经过热交换的循环冷却水可供给至液氮液化塔，为其提供所需的热量。
所述一级进风整流机构1和二级进风整流机构2用于燃烧室4的进气气流的整流。具体地，所述一级进风整流机构1和二级进风整流机构2依次设置于所述燃烧室4的进风侧。
其中，所述一级进风整流机构1包括：一级整流板以及开设于所述一级整流板上的若干第一孔洞，所述二级整流机构包括：二级整流板以及开设于所述二级整流板上的若干第二孔洞。优选地，所述一级整流板和二级整流板采用其上开设有圆孔的耐高温钢板，所述第一孔洞的孔径大于所述第二孔洞的孔径。
进一步地，为了控制进气气流均匀分布，有利于燃烧后获得粒径较小的SiO2粉尘，所述一级整流板和二级整流板具有一弧度，所述弧度的范围为：[0°,180°]。优选地，所述弧度的范围为：[0°,90°]。
所述燃烧器3用于实现有机硅废料的燃烧，具体地，所述燃烧器3贯穿于所述二级整流板上，且朝向所述燃烧室4设置。所述燃烧器3包括：原料与载气喷射孔10、燃料与氧化剂喷射孔12以及富氧化剂喷射孔11。
其中，由原料与载气喷射孔10提供的载气可以为氮气或者氧气，由燃料与氧化剂喷射孔12提供的燃气可以为天然气，由富氧化剂喷射孔11提供的富氧化剂可以为氧气。优选地，原料有机硅流量为20～30g/min，载气流量为10～20slpm。氧气流量为30～40slpm。天然气流量为10～30slpm，氧气流量为10～25slpm。
为了增加原料雾化效果，燃烧后获得粒径较小的SiO2粉尘，所述原料与载气喷射孔10中设置有雾化套管。
进一步地，所述燃烧器3为多个，多个燃烧器3以阵列形式排布于所述所述二级整流板上，如此设置，多层次分布的燃烧器3，提高了有机硅燃烧所需的热量，有利于废弃有机硅充分反应。燃烧器3阵列中，每列燃烧器3的数量为1-5个，每排燃烧器3的数量为1-10个，且保证每列燃烧器3的数量小于每排燃烧器3的数量。
在一个实施方式中，所述燃料与氧化剂喷射孔12以第一圆形轨迹围绕所述原料与载气喷射孔10设置，所述富氧化剂喷射孔11以第二圆形轨迹围绕所述原料与载气喷射孔10设置，所述第一圆形轨迹的直径小于所述第二圆形轨迹的直径。优选地，所述原料与载气喷射孔10为1个，所述燃料与氧化剂喷射孔12为4个，所述富氧化剂喷射孔11为8个。
所述抽排风管位于所述燃烧室4的排风侧，所述抽排风管与所述燃烧器3相对设置，即燃烧器3火焰延长线对应抽排风管的风口。且所述抽排风管与所述沉降室相连通。从而，燃烧后形成的SiO2粉尘由所述沉降室进行收集。
其中，所述抽排风管包括主排风管6和多个支路排风管5，所述主排风管6和多个支路排风管5安装于固定架上，所述多个支路排风管5分别与所述主排风管6相连通。为了与所述一级整流板和二级整流板相适应，所述固定支架具有一弧度，所述弧度的范围为：[180°,270°]。
此外，每路支路排风管5的气体流量及开启状态通过PLC程序控制气动阀及流量计来实现，从而通过调整抽排风阀门开启度控制排风量，使燃烧火焰平稳，生产的粒径较小的SiO2粉尘在燃烧室4内无堆积和返灰现象。优选地，对应使用的PLC控制器的型号为SIEMENS-1500系列-1517。
如图3所示，所述有机硅废料燃烧处理装置还包括供料机构，所述供料机构包括：重量传感器15、供料罐16、排气管17、供液管18、集液管19。
其中，所述供料罐16通过所述供液管18与所述燃烧器3相连接，所述重量传感器15安装于所述供料罐16的底部，所述集液管19和排气管17安装于所述供料罐16上。
本发明的有机硅废料燃烧处理装置工作时，可按照如下步骤进行：
第一步：A×B矩阵分布燃烧器的安装固定在箱体内垂直于第二级进风整流装置；
第二步：根据管道原理图安装各管路及元器件，PLC程序控制各管路元器件的开启关闭；
第三步：废弃有机硅集料和供料装置的重量传感器记录废弃原料重量，所反馈的重量值在符合点火范围内，PLC程序启动点火程序，开始点火，火焰稳定后天然气流量逐渐减小至0，原料载气由氮气更换为氧气，且流速逐渐增大，使原料雾化后颗粒更小，燃烧后可获得粒径更小的SiO2粉尘；
第四步：废弃有机硅燃烧产生的二氧化硅颗粒通过抽排风系统，再经过沉降室进行沉降收集；
第五步：通过废弃有机硅集料和供料装置的重量传感器输出的重量值，控制点火与停火。
优选地，还包括如下步骤：第六步：通过废料有机硅燃烧处理前期调试过程中，通过调整各气体流量配比，使废料有机硅充分燃烧。
优选地，还包括如下步骤：第七步：通过废料有机硅燃烧处理前期调试过程中，通过调整抽排风阀门开启度控制排风量，使燃烧火焰平稳，生产的粒径较小的SiO2粉尘在燃烧室内无堆积和返灰现象。
下面结合一具体的实施例对工作流程进行举例说明：
安装3个燃烧器，设定PLC控制程序中点火与熄火条件参数，当集液罐16中的废料重量达一定重量时，底部重量传感器15输出信号达点火条件后，各管道气动阀及流量计开启，进水管8开始进水，水流速10L/min，抽风管6阀门开启，原料与载气喷射孔10通入N2，流量10slpm，富氧氧化剂喷射孔11通入O2，流量10slpm，燃料与氧化剂喷射孔12通入CH4，流量10slpm，O2，流量10slpm，开始点火，原料与载气喷射孔10通入废料，流量从1.0g/min平缓增加至30g/min，N2流量由10slpm增加至20slpm，富氧氧化剂喷射孔11的O2流量由10slpm增加至40slpm，燃料与氧化剂喷射孔12的CH4流量由10slpm增加至30slpm，O2的流量由10slpm增加至20slpm。火焰稳定后，载气开始混入氧气，N2流量由20slpm减小至10slpm，O2流量由10slpm减小至0，CH4仅为助燃效果。当集液罐16底部重量传感器输出值小于5kg时，PLC控制输出熄火信号，各气体流量逐渐减小至0，为保护燃烧器各管路开始通入N2进行吹扫降温。
计算可知：本实施例中，单个燃烧器处理速率约为45kg/天，循环水温度变化最高可达20℃，重复利用的热量约800KJ/min。
综上所述，本发明能够控制SiO2粉尘的粒径接近纳米级别，使产生的SiO2粉尘有利于通过排风系统排出进行收集，收集的SiO2粉尘可进一步重复使用于混泥土、胶凝材料等建筑材料，及硅金属、硅铁合金和硅铝合金等的原料或添加剂、溶剂。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种有机硅废料燃烧处理装置，其特征在于，所述有机硅废料燃烧处理装置包括：燃烧室、一级进风整流机构、二级进风整流机构、燃烧器、抽排风管、沉降室；
所述一级进风整流机构和二级进风整流机构依次设置于所述燃烧室的进风侧，所述一级进风整流机构包括：一级整流板以及开设于所述一级整流板上的若干第一孔洞，所述二级进风整流机构包括：二级整流板以及开设于所述二级整流板上的若干第二孔洞；所述燃烧器贯穿于所述二级整流板上，且朝向所述燃烧室设置，所述燃烧器包括：原料与载气喷射孔、燃料与氧化剂喷射孔以及富氧化剂喷射孔；所述抽排风管位于所述燃烧室的排风侧，所述抽排风管与所述燃烧器相对设置，且所述抽排风管与所述沉降室相连通；
所述第一孔洞的孔径大于所述第二孔洞的孔径；所述燃烧器为多个，多个燃烧器以阵列形式排布于所述二级整流板上；所述原料与载气喷射孔中设置有雾化套管；所述燃料与氧化剂喷射孔以第一圆形轨迹围绕所述原料与载气喷射孔设置，所述富氧化剂喷射孔以第二圆形轨迹围绕所述原料与载气喷射孔设置，所述第一圆形轨迹的直径小于所述第二圆形轨迹的直径；
所述一级整流板和二级整流板具有一弧度，所述弧度的范围为：[0°,180°]；所述抽排风管包括主排风管和多个支路排风管，所述主排风管和多个支路排风管安装于固定架上，所述多个支路排风管分别与所述主排风管相连通，所述固定架具有一弧度，所述弧度的范围为：[180°,270°]。
2.根据权利要求1所述的有机硅废料燃烧处理装置，其特征在于，所述燃烧室为具有隔热夹层的燃烧室，所述隔热夹层中注入有循环冷却水。
3.根据权利要求1所述的有机硅废料燃烧处理装置，其特征在于，所述一级整流板和二级整流板为耐高温钢板。
4.根据权利要求1所述的有机硅废料燃烧处理装置，其特征在于，所述原料与载气喷射孔为1个，所述燃料与氧化剂喷射孔为4个，所述富氧化剂喷射孔为8个。
5.根据权利要求1所述的有机硅废料燃烧处理装置，其特征在于，所述有机硅废料燃烧处理装置还包括供料机构，所述供料机构包括：重量传感器、供料罐、排气管、供液管、集液管，所述供料罐通过所述供液管与所述燃烧器相连接，所述重量传感器安装于所述供料罐的底部，所述集液管和排气管安装于所述供料罐上。
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