CN110230820A - 一种voc废气焚烧的余热回收系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种VOC废气焚烧的余热回收系统，包括：焚烧炉、燃烧器、第一换热装置和鼓风机；所述燃烧器设置在所述焚烧炉上，所述焚烧炉的排气口与所述第一换热装置的进气口相连；所述第一换热装置设置有空气进口，所述鼓风机的出气口与所述空气进口相连，所述鼓风机通过所述空气进口对所述第一换热装置输送空气，以使流经第一换热装置的排放废气与空气进行热交换；所述第一换热装置设置有第一排气口，所述第一排气口与所述焚烧炉的进气口相连通，在所述鼓风机运转时，所述鼓风机将经过热交换后的空气通过所述第一排气口送入所述焚烧炉内参与焚烧。本发明能提高VOC废气处理效率和余热回收，降低废气排放的危害。
Description
技术领域
本发明涉及废气处理技术领域，尤其涉及一种VOC废气焚烧的余热回收系统。
背景技术
挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，VOC)是石油、化工以及使用有机溶剂场所排放的常见污染物，直接接触会对人体健康造成危害，且部分组分已被列为致癌物。同时，VOC有机废气还具有一定的热值，不经过处理直接排放，既污染环境，又浪费能源。对于有毒有害不需要回收或者回收难度大的VOC，采用不预热空气的焚烧速度慢、效率低，达不到环保指标；而大流量的VOC焚烧处理，若不对焚烧的烟气进行余热回收，则高品位的热量白白浪费，不利于节能。
而当前我国能源利用率仅为33％左右，比发达国家低10％，工业用能中60～65％的能量转化为余热资源，其中温度低于350℃以下的低温余热，约占余热总量的60％。因此，工业余热回收利用又被称为一种“新能源”，节能潜力巨大，已成为我国节能减排工作的一项重要内容。
发明内容
本发明提供一种VOC废气焚烧的余热回收系统，解决现有VOC废气处理存在焚烧不完全、排放指标不合格和能源浪费的问题，能提高VOC废气处理效率，降低废气排放的危害，改善废气排放中的能量回收效率。
为实现以上目的，本发明提供以下技术方案：
一种VOC废气焚烧的余热回收系统，包括：焚烧炉、燃烧器、第一换热装置和鼓风机；
所述燃烧器设置在所述焚烧炉上，对进入所述焚烧炉内的VOC废气进行焚烧处理；
所述焚烧炉的排气口与所述第一换热装置的进气口相连，使所述焚烧炉的排放废气流经所述第一换热装置进行热交换；
所述第一换热装置设置有空气进口，所述鼓风机的出气口与所述空气进口相连，所述鼓风机通过所述空气进口对所述第一换热装置输送空气，以使流经第一换热装置的排放废气与空气进行热交换；
所述第一换热装置设置有第一排气口，所述第一排气口与所述焚烧炉的进气口相连通，经过热交换后的空气通过所述第一排气口进入所述焚烧炉内。
优选的，还包括：第二换热装置；
所述第一换热装置设置有第二排气口，所述第一换热装置通过所述第二排气口与所述第二换热装置的进气口相连通，所述第二换热装置用于对流经所述第一换热装置后的排放废气进行二次热交换。
优选的，所述第二换热装置包括：蒸发器、膨胀机、冷凝器、循环泵和储液罐；
所述蒸发器通过第一管路与所述膨胀机相连，所述膨胀机通过第二管路与所述冷凝器相连，所述冷凝器通过第三管路与所述储液罐相连，所述储液罐通过第四管路与所述循环泵相连，所述循环泵通过第五管路与所述蒸发器相连，以形成循环回路；
在所述循环泵运转时，将所述储液罐内的有机工质通过循环回路进行循环运转；
所述蒸发器用于吸收流经的排放废气的热量，以使通过的有机工质由液态变气态；
有机工质在膨胀机内膨胀做功；膨胀后的乏汽经冷凝器冷却、储液器存储后经所述循环泵加压送至所述蒸发器，完成一个循环。优选的，所述第二换热装置还包括：预热器；
所述预热器设置在所述第五管路上，有机工质先流经预热器，再进入蒸发器，以对流经的所述有机工质进行预热；
所述预热器设置一进气口，该进气口与所述蒸发器的废气排气口相连通，使流经所述蒸发器的排放废气进一步流经所述预热器，在预热器中与有机工质进行热交换以预热有机工质，再排入烟囱。
优选的，所述第二换热装置还包括：发电机，所述发电机用于将所述膨胀机内膨胀做功的动能转化成电能。
优选的，所述有机工质为R1233zd制冷剂或R245fa制冷剂。
优选的，所述焚烧炉包括：炉体、燃烧室和蓄热体；
所述炉体包括外炉体、内炉体；
所述内炉体为中空结构，形成有所述燃烧室，所述内炉体内壁铺设有一个或多个所述蓄热体。
优选的，所述内炉体侧壁至少部分为多孔结构；所述外炉体罩在所述内炉体外面，并在所述外炉体内壁与所述内炉体外壁形成空气腔，所述外炉体设有空气进口，外部空气通过所述空气进口进入所述空气腔，使所述内炉体的侧壁上形成气膜冷却层。
优选的，还包括：点火烧嘴，所述点火烧嘴包括点火器、辅助燃料气通道和空气通道，所述点火烧嘴通过所述辅助燃料气通道和所述空气通道将辅助燃料和空气按设定配比送入所述燃烧室内燃烧。
优选的，所述燃烧器前段设置多个烧嘴，每个烧嘴均包括VOC废气通道和空气通道，用于分级燃烧，根据VOC气量和燃烧室内的燃烧温度确定烧嘴的运行个数。
本发明提供一种VOC废气焚烧的余热回收系统，通过将焚烧炉的排放废气与第一换热装置进行热交换后，使流经第一换热装置的空气加热后进入焚烧炉内参与VOC废气焚烧，解决现有VOC废气处理存在焚烧不完全、排放指标不合格和能源浪费的问题，有利于VOC完全被燃烧降解，对环境不再造成污染。
进一步，本发明还包括第二换热装置，以对废烟气余热进行二次回收，回收的余热可以用于膨胀做功发电，实现充分的回收利用燃烧排放热量去发电，节能效果显著。
附图说明
图1是本发明提供的一种VOC废气焚烧的余热回收系统示意图；
图2是本发明实施例提供的余热回收系统结构示意图；
图3是本发明实施例提供的焚烧炉结构示意图。
附图标记
1 外炉体
2 内炉体
3 燃烧室
4 燃烧器
5 点火烧嘴
6 蓄热体
7 空气进口
8 出气口
9 温度测量点
12 鼓风机
13 循环泵
S1 第一管路
S2 第二管路
S3 第三管路
S4 第四管路
S5 第五管路
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。
针对当前VOC废气焚烧存在燃烧不完全、余热利用率低的问题，本发明提供一种VOC废气焚烧的余热回收系统，VOC废气进入废气焚烧炉燃烧，焚烧炉排放出的废烟气通过第一换热装置，与流经第一换热装置的空气进行热交换，使加热后的空气再进入焚烧炉内参与VOC废气的焚烧。解决现有VOC废气处理存在的焚烧不完全、排放指标不合格和能源浪费的问题，能提高VOC废气处理效率，降低废气排放的危害，改善废气排放中的能量回收效率。
如图1所示，一种VOC废气焚烧的余热回收系统，包括：焚烧炉、燃烧器、第一换热装置和鼓风机。所述燃烧器设置在所述焚烧炉上，对进入所述焚烧炉内的VOC废气进行焚烧处理。所述焚烧炉的排气口与所述第一换热装置的进气口相连，使所述焚烧炉排放的废烟气流经所述第一换热装置进行热交换。所述第一换热装置设置有空气进口，所述鼓风机的出气口与所述空气进口相连，所述鼓风机通过所述空气进口对所述第一换热装置输送空气，以使流经第一换热装置的排放废烟气与空气进行热交换。所述第一换热装置设置有第一排气口，所述第一排气口与所述焚烧炉的进气口相连通，在所述鼓风机运转时，所述鼓风机将经过热交换后的空气通过所述第一排气口送入所述焚烧炉内参与VOC废气的焚烧。
具体地，将焚烧炉排放的排放废烟气经过第一换热装置进行热交换，同时，通过鼓风机对第一换热装置输送新风空气，新风空气通过第一换热装置时受热升温，以利用排放废烟气的热量使进入焚烧炉内的新风空气升温，有利于VOC废气完全被燃烧降解，对环境不再造成污染，同时利用了排放废烟气的余热，减少了能源消耗。需要说明的是，第一换热装置可采用高温换热器。
在实际应用中，如图2所示，鼓风机12的进风经第一换热装置加热后与VOC废气、辅助燃料(可能有)进入燃烧器在焚烧炉燃烧，焚烧炉排放的排放废气进入第一换热装置加热新风空气，使进入焚烧炉的新风空气温度升高，能有效利用排放废气的余热。
进一步，该系统还包括：第二换热装置；所述第一换热装置设置有第二排气口，所述第一换热装置通过所述第二排气口与所述第二换热装置的进气口相连通，所述第二换热装置用于对流经所述第一换热装置后的排放废烟气进行二次热交换。
在实际应用中，排放废气经过第一换热装置换热后，其温度仍为很高，如果直接排放到大气中，同样会造成大量的能源浪费。因此，可采用第二换热装置对排放废气进行余热回收。
如图2所示，所述第二换热装置包括：蒸发器、膨胀机、冷凝器、循环泵13和储液罐。所述蒸发器通过第一管路S1与所述膨胀机相连，所述膨胀机通过第二管路S2与所述冷凝器相连，所述冷凝器通过第三管路S3与所述储液罐相连，所述储液罐通过第四管路S4与所述循环泵相连，所述循环泵13通过第五管路S5与所述蒸发器相连，以形成循环回路。在所述循环泵13运转时，所述循环泵13将所述储液罐内的有机工质通过循环回路进行循环运转。所述有机工质在蒸发器内吸收流经的排放废气的热量，由液态变气态，在膨胀机内膨胀做功，膨胀后的乏汽经冷凝器冷却、储液器存储后经工质泵加压送至蒸发器，完成一个循环。进一步，所述有机工质为R1233zd制冷剂或R245fa制冷剂。如图2所示，制冷剂通过循环泵13在循环回路中循环运行，由蒸发器使得液态制冷剂吸收排放废气内的热量，以变成气态制冷剂，然后在膨胀机内膨胀做功推动发电机转化成电能，膨胀后的乏汽经冷凝器冷却、储液器存储后经工质泵加压送至蒸发器，完成一个循环，完成排放废烟气的进一步的余热吸收。进一步，所述第二换热装置还包括：预热器；所述预热器设置在所述第五管路上，有机工质先流经预热器，再进入蒸发器，以对流经的所述有机工质进行预热。所述预热器设置一进气口，该进气口与所述蒸发器的废气排气口相连通，使流经所述蒸发器后的排放废气进一步流经所述预热器，在预热器中与有机工质进行热交换以预热有机工质，再排入烟囱。
如图2所示，所述蒸发器接于高温预热器之后，烟气经蒸发器和预热器回收烟气热量后经烟囱排到大气。
所述第二换热装置还包括：发电机，所述发电机用于将所述膨胀机内膨胀做功的动能转化成电能，以实现利用排放废气的余热进行发电。
如图3所示，所述焚烧炉包括：炉体、燃烧室3和蓄热体6；所述炉体包括外炉体1、内炉体3；所述内炉体2为中空结构，形成有所述燃烧室3，所述内炉体2内壁铺设有一个或多个所述蓄热体6。
进一步，所述内炉体2侧壁至少部分为多孔结构；所述外炉体1罩在所述内炉体2外面，并在所述外炉体内壁与所述内炉体2外壁形成空气腔，所述外炉体设有空气进口7，外部空气通过所述空气进口7进入所述空气腔，使所述内炉体的侧壁上形成气膜冷却层。所述炉体的一端部设有所述燃烧器4，所述炉体的另一端设有出气口8，外部VOC废气通过所述燃烧器的进气口进入所述燃烧室内进行焚烧后，由所述出气口8排出。更进一步，所述燃烧室还设有温度测量点9，通过温度传感器贯穿所述温度测量点9以对所述燃烧室内的燃烧温度进行测量。
具体地，在炉体内部铺设一个或多个蓄热体，蓄热体通过储存的热量提升燃烧室温度，减少能源消耗，并使废气燃烧更加充分，使炉内保持900℃低温燃烧。在内炉体的侧壁上设置多孔结构，使内炉体与外炉体之间形成的空气腔形成气膜冷却层，避免了耐火砖的砌筑、锚接、烘炉，延长焚烧炉的使用寿命。需要说明的是，蓄热体为耐火材料组成，比如陶瓷纤维，蓄热体用于炉内的升温蓄热，可由陶瓷纤维耐火砖和防火棉组成，具体结构可根据实际需要进行设计。
该系统还包括：点火烧嘴，所述点火烧嘴包括点火器、辅助燃料气通道和空气通道，所述点火烧嘴通过所述辅助燃料气通道和所述空气通道将辅助燃料和空气按设定配比送入所述燃烧室内燃烧。
进一步，所述燃烧器前段设置多个烧嘴，每个烧嘴均包括VOC废气通道和空气通道，用于分级燃烧，根据VOC气量和燃烧室内的燃烧温度确定烧嘴的运行个数。
在VOC废气进入所述燃烧室前，通过所述点火烧嘴点燃辅助燃料和空气，对所述蓄热体进行升温蓄热，使所述燃烧室温度逐步升温达到设定温度阈值，进而通入VOC废气进行焚烧。蓄热体不但可以蓄热，还可以产生高温回流，提高废气根部温度，利于燃烧反应和燃尽，保证破除率。
本发明提供一种VOC废气焚烧的余热回收系统，通过将焚烧炉的排放废气与第一换热装置进行热交换后，使流经第一换热装置的新风空气加热后进入焚烧炉内焚烧。解决现有VOC废气处理存在焚烧不完全、排放指标不合格和能源浪费的问题，能提高VOC废气处理效率，降低废气排放的危害，改善废气排放中的能量回收效率。
以上依据图示所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种VOC废气焚烧的余热回收系统，其特征在于，包括：焚烧炉、燃烧器、第一换热装置和鼓风机；
所述燃烧器设置在所述焚烧炉上，对进入所述焚烧炉内的VOC废气进行焚烧处理；
所述焚烧炉的排气口与所述第一换热装置的进气口相连，使所述焚烧炉的排放废气流经所述第一换热装置进行热交换；
所述第一换热装置设置有空气进口，所述鼓风机的出气口与所述空气进口相连，所述鼓风机通过所述空气进口对所述第一换热装置输送空气，以使流经第一换热装置的排放废气与空气进行热交换；
所述第一换热装置设置有第一排气口，所述第一排气口与所述焚烧炉的进气口相连通，经过热交换后的空气通过所述第一排气口进入所述焚烧炉内。
2.根据权利要求1所述的VOC废气焚烧的余热回收系统，其特征在于，还包括：第二换热装置；
所述第一换热装置设置有第二排气口，所述第一换热装置通过所述第二排气口与所述第二换热装置的进气口相连通，所述第二换热装置用于对流经所述第一换热装置后的排放废气进行二次热交换。
3.根据权利要求2所述的VOC废气焚烧的余热回收系统，其特征在于，所述第二换热装置包括：蒸发器、膨胀机、冷凝器、循环泵和储液罐；
所述蒸发器通过第一管路与所述膨胀机相连，所述膨胀机通过第二管路与所述冷凝器相连，所述冷凝器通过第三管路与所述储液罐相连，所述储液罐通过第四管路与所述循环泵相连，所述循环泵通过第五管路与所述蒸发器相连，以形成循环回路；
在所述循环泵运转时，将所述储液罐内的有机工质通过循环回路进行循环运转；
所述蒸发器用于吸收流经的排放废气的热量，以使通过的有机工质由液态变气态；
有机工质在膨胀机内膨胀做功；膨胀后的乏汽经冷凝器冷却、储液器存储后经所述循环泵加压送至所述蒸发器，完成一个循环。
4.根据权利要求3所述的VOC废气焚烧的余热回收系统，其特征在于，所述第二换热装置还包括：预热器；
所述预热器设置在所述第五管路上，有机工质先流经预热器，再进入蒸发器，以对流经的所述有机工质进行预热；
所述预热器设置一进气口，该进气口与所述蒸发器的废气排气口相连通，使流经所述蒸发器的排放废气进一步流经所述预热器，在预热器中与有机工质进行热交换以预热有机工质，再排入烟囱。
5.根据权利要求4所述的VOC废气焚烧的余热回收系统，其特征在于，所述第二换热装置还包括：发电机，所述发电机用于将所述膨胀机内膨胀做功的动能转化成电能。
6.根据权利要求5所述的VOC废气焚烧余热回收系统，其特征在于，所述有机工质为R1233zd制冷剂或R245fa制冷剂。
7.根据权利要求1所述的VOC废气焚烧的余热回收系统，其特征在于，所述焚烧炉包括：炉体、燃烧室和蓄热体；
所述炉体包括外炉体、内炉体；
所述内炉体为中空结构，形成有所述燃烧室，所述内炉体内壁铺设有一个或多个所述蓄热体。
8.根据权利要求7所述的VOC废气焚烧的余热回收系统，其特征在于，所述内炉体侧壁至少部分为多孔结构；所述外炉体罩在所述内炉体外面，并在所述外炉体内壁与所述内炉体外壁形成空气腔，所述外炉体设有空气进口，外部空气通过所述空气进口进入所述空气腔，使所述内炉体的侧壁上形成气膜冷却层。
9.根据权利要求8所述的VOC废气焚烧的余热回收系统，其特征在于，还包括：点火烧嘴，所述点火烧嘴包括点火器、辅助燃料气通道和空气通道，所述点火烧嘴通过所述辅助燃料气通道和所述空气通道将辅助燃料和空气按设定配比送入所述燃烧室内燃烧。
10.根据权利要求1至9任一项所述的VOC废气焚烧的余热回收系统，其特征在于，所述燃烧器前段设置多个烧嘴，每个烧嘴均包括VOC废气通道和空气通道，用于分级燃烧，根据VOC气量和燃烧室内的燃烧温度确定烧嘴的运行个数。
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