CN111336531A - 一种节能废气处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种节能废气处理装置，包括炉头、炉膛、湍流环、燃烧器和尾气入口，燃烧器位于炉头的前端，设有一次风入口。通过将尾气入口设于所述炉头的前端侧壁，二次风入口设于燃烧器的两侧，灼烧炉内壁铺设蓄热件，并通过设置气流扰动分布墙及气流扰动挡圈将灼烧炉分为多个空间。通过上述多个改进，提高了两气流混合度，降低燃料气消耗；同时提高整个灼烧炉的处理能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种废气处理装置，具体为一种节能废气处理装置。
背景技术
此部分的陈述仅仅提供与本公开有关的背景技术信息，并且这些陈述可能构成现有技术。在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题。
尾气灼烧炉是废气处理工艺中的重要设备，主要用于将工艺净化后的尾气进行焚烧并排入大气。传统的尾气灼烧炉，如图1所示，燃烧器4位于炉头的前端部，尾气入口靠近分界口5，一次风入口设于燃烧器4侧，为燃烧器4提供空气的同时，与尾气混合，并通过湍流环系统将混合的气体冲入炉膛进行焚烧。
部分尾气灼烧炉设有二次风入口，如申请号201010122084.8的名称为“一种强制混合尾气灼烧炉”，在炉膛侧壁设有二次风入口，在涡轮混合叶片的作用下与尾气和高温段烟气强制混合，形成二次回流区，增强反应时气体挠动并提高燃烧效率。
然而，在长时间对尾气灼烧炉运行状况观察下发现，上述的尾气灼烧炉存在以下几个问题：
1、燃料气耗量大。在低流量下燃料气消耗也非常大，一般都在45Nm3/h左右。在较高负荷下，增加燃料气效果不会有大的改观。
2、未能达产达效。如图1的灼烧炉，设计能力为处理1200Nm3/h酸气。但酸气量超过900Nm3/h时，尾气烟囱就会冒烟，感觉是前段回收装置处理不下来，实际是尾气灼烧未能完全燃烧H2S造成冒烟，尾气灼烧不完全。
3、较之体积小的灼烧炉，无论从灼烧效率还是燃料消耗，都差很多。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于解决现有技术中的一部分问题，或至少缓解这些问题。
一种节能废气处理装置，包括炉头、炉膛、湍流环、燃烧器和尾气入口，所述燃烧器位于炉头的前端，设有一次风入口；所述尾气入口位于所述炉头的前端侧壁。
所述尾气灼烧炉，还包括二次风入口，设于所述燃烧器的两侧。
进一步的，所述二次风入口设于所述炉头的前端部或侧壁上。
所述炉膛或/和所述炉头的内壁设有蓄热件。
进一步的，所述蓄热件为花墙砖。
所述燃烧器采用更宽调节比的燃烧器。
进一步的，所述燃烧器为旋流混合型高强度燃烧器。
所述炉头设有第一气流扰动分布墙，所述炉膛设有第二气流扰动分布墙，所述分界口设有气流扰动挡圈。
进一步的，所述第一气流扰动墙与所述尾气入口之间的腔室内设有尾气气流均布器。所述二次风入口位于所述第一气流扰动墙和所述气流扰动挡圈之间的侧壁上。
本发明具有如下有益效果：
1、通过将尾气入口设于靠近炉头的前端，使得尾气进入灼烧炉后能直接与燃烧器产生的高温烟气混合，加强了混合效果；且有效利用了前端高温段，使得焚烧段的长度还包括了炉头的中后段部，大大增加了焚烧段的长度，延长了尾气再灼烧炉中的焚烧停留时间，使之能更充分的焚烧；
2、二次风入口设于所述炉头的前端部或前端侧壁。使燃烧器所需配风与尾气灼烧所需配风分开进入灼烧炉，优化配风控制，在保证尾气灼烧的空气量的同时，确保燃烧器不会因空气量过多而易脱火，对灼烧炉的焚烧造成影响；
3、在炉膛或/和炉头的内壁铺设花墙砖，可提供热源来提高灼烧效率，缓解温度波动带来的灼烧不完全，同时大大加强尾气与高温烟气的混合效果；
4、采用更宽调节比的燃烧器，从而不易脱火；
5、采用分段式多级焚烧的节能尾气处理装置，能够有效的将焚烧空间进行多级设计，高效利用能源，节约燃料气消耗，同时尾气处理的有效体积进行了有效的分割利用，尾气的处理效率大大提高，节能也可达到15％以上。在相同焚烧效率下，该装置的初投资会更低。
附图说明
图1为现有的节能废气处理装置的剖视图；
图2为本申请的节能废气处理装置的剖视图。
其中：1-炉膛；2-炉头；3-尾气入口；4-燃烧器；5-分界口；6-二次风入口；7-第一气流扰动分布墙；8-第二气流扰动分布墙；9-高温产生段；10-尾气混合段；11-尾气分解段；12-尾气燃烧段；13-残余尾气灼烧段。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明作进一步说明，本发明的实施例只用于说明本发明而非限制本发明，在不脱离本发明技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，作出各种替换和变更，均应包括在本发明的范围内。
针对图1的尾气灼烧炉进行了实验分析。
进入主烧炉酸气：
温度：40℃压力：60kPa
流量：1200Nm3/h(20℃，101.325kPa标准状态下)
组成：
| C<sub>1</sub> | C<sub>2</sub> | C<sub>3</sub> | H<sub>2</sub>O | CO<sub>2</sub> | H<sub>2</sub>S |
| 0.444 | 0.003 | 0.001 | 4.679 | 35.123 | 59.750 |
进入灼烧炉尾气：
温度：135℃压力：5kPa
流量：2684Nm3/h(20℃，101.325kPa标准状态下)
组成：
燃料气：
温度：35℃压力：500(a)kPa
组成：
| N2 | C1 | CO2 | C2 | H2O | C3 | i C4 | nC4: |
| 0.480 | 98.080 | 0.270 | 0.660 | 0.010 | 0.170 | 0.040 | 0.070 |
| iC5: | nC5: | C6+: | |||||
| 0.040 | 0.030 | 0.150 |
理论计算：
按目前现状75％的酸气负荷，即75％的尾气(～2000Nm3/h尾气)灼烧炉负荷状态下，配45Nm3/h天然气，尾气可燃组份灼烧完全的情况下，绝热状态下理论灼烧温度应为：858℃，考虑热损失后温度在660～780℃，如炉膛设计合理，尾气与天然气混合均匀，灼烧所需的空气量合理，则目前可以灼烧完全。
注：尾气中的可燃成分经过灼烧，仍可以产生热量提高烟气温度。
若由于尾气灼烧系统设计不合理，带来灼烧不完全，假设尾气中的可燃气体均未灼烧，则经计算，配45Nm3/h天然气，尾气(按75％负荷，～2000Nm3/h)可燃组份未灼烧冒烟的情况下，绝热状态下理论灼烧温度应为：471℃，考虑热损失后温度在360～410℃，则远远低于尾气可燃气体组份灼烧的问题。
现场调研情况：实际温度仅461℃，那么可以判断，尾气的可燃组份部分已灼烧，部分未灼烧完全造成冒烟。而整个灼烧炉外壁靠炉头2前端温度很高，不正常。
结论：
通过计算分析，可以明确判断，目前的天然气消耗高，但是烟气仍冒烟，装置能力未达到设计预期，主要的原因是尾气中的可燃成分未灼烧完全造成。
根据分析认为，尾气灼烧不完全，主要由几个方面的问题组成：
问题1：尾气配气及混合方式不合理
尾气灼烧炉的湍流环设计不合理，未起到湍流作用，且尾气入口3位置靠后，如图1所示，混合效果不佳；同时尾气入口3位置靠后，造成尾气无法与天然气燃烧产生的高温烟气混合。尾气入口3位置靠近分界口5，根据对分界口工况流速的测试，达到6.8m/s，尾气与前端高温段未完全混合就被冲入到炉膛1内，导致焚烧段只有炉膛1的面积。由于是百万方灼烧炉，炉头2到炉膛1的长度较大，炉头2前端的高温段热量不能传递给尾气，一直流动到焚烧段才开始完全混合，热损失较大，完全只能靠湍流环的混合。这也是炉头2前端的测试温度不正常的原因。
问题2：配风系统不合理
目前天然气燃烧所需空气、尾气灼烧所需空气均通过燃烧器4侧加入，如图1所示，造成燃烧器4燃烧空气量过多时脱火，空气量过少时尾气灼烧空气的不足。
问题3：灼烧炉设计不合理
当尾气波动时，若灼烧炉无持续热源，灼烧炉内的温度将波动，炉内温度波动将带来灼烧不完全。且炉膛前端温度高且长度长，热损失较大。
问题4：燃烧系统设计不合理
该燃烧器设计负荷90Nm3/h，多管引射式燃烧器的负荷比仅1:3，不能满足目前工况下使用，需要更宽调节比且不容易脱火的燃烧器。
以上问题综合起来将带来燃烧波动、炉膛温度波动、最终带来尾气中可燃组份未灼烧提供热源，则温度急剧下降。
经计算，尾气中的可燃组份经有效灼烧可提供约280℃左右的温升，若尾气中的可燃组份未灼烧，则对比有效混合且温度持续在灼烧温度范围，尾气若未灼烧状态下则温度降低于280℃左右。
因此将带来燃料气耗量大但也解决不了灼烧不完全冒烟等问题。
为解决上述问题，本发明采取下述结构的灼烧炉。
如图2所示，一种节能废气处理装置，包括炉头2、炉膛1、湍流环、燃烧器4和尾气入口3，所述燃烧器4位于炉头2的前端，设有一次风入口；所述尾气入口3位于所述炉头2的前端侧壁。
通过将尾气入口3设于靠近炉头的前端，使得尾气进入灼烧炉后能直接与燃烧器4产生的高温烟气混合，加强了混合效果；且有效利用了炉头2前端的高温段，使得焚烧段的长度不止炉膛1，还包括了炉头2的中后部，大大增加了焚烧段的长度，延长了尾气再灼烧炉中的焚烧停留时间，使之能更充分的焚烧。
所述节能废气处理装置，还包括二次风入口6，设于所述燃烧器4的两侧，如图2所示。可选的，所述二次风入口6设于所述炉头2的前端部或侧壁上。使燃烧器4所需配风与尾气灼烧所需配风分开进入灼烧炉，优化配风控制，在保证尾气灼烧的空气量的同时，也确保燃烧器4不会因空气量过多而易脱火，对灼烧炉的焚烧造成影响。二次风入口6与尾气入口3相适配，提高混合效果。
所述炉膛1或/和所述炉头2的内壁设有蓄热件，如图2所示。所述蓄热件为花墙砖。在炉膛1或/和炉头2的内壁铺设花墙砖，可减少灼烧炉的散热，起到蓄热的作用，提供热源来提高灼烧效率，缓解温度波动带来的灼烧不完全，同时大大加强尾气与高温烟气的混合效果。
所述燃烧器4采用更宽调节比的燃烧器。可选的，所述燃烧器4为旋流混合型高强度燃烧器，从而更不易脱火。所述燃烧器采用电子喷焰点火，解决了燃烧器4不方便点火的问题。
根据上述方案改造后，尾气灼烧炉处理酸气量在配2684Nm3/h尾气，配60Nm3/h天然气，绝热状态下灼烧温度可达到670℃，热损失后500～580℃，实测温度为510℃左右，同比燃料气消耗只有改造前的30％左右。并且，尾气灼烧炉达到100％的运行负荷且灼烧完全，尾气烟囱不冒烟。
实验人员同时对体积较小的灼烧炉进行了分析。体积小的灼烧炉虽然也如图1所示的灼烧炉的结构，但其灼烧效率和燃料利用率都大大优于百万方的尾气灼烧炉，体积小使得灼烧炉内的尾气能充分与高温烟气和空气混合，不会因长度较大而失温，导致节能效果及焚烧效率均不高。鉴于此，并结合实验数据可得出，体积对灼烧炉的产能和能耗也有相当大的作用。而目前的节能废气处理装置，均还是采用的一腔式的焚烧空间设计，能耗大，经济效果差，无法高效利用能源。导致尾气处理的有效体积无法利用，尾气处理效率差。
据上述分析，本发明在上述改进上继续进行了一定的改进。
所述炉头1设有第一气流扰动分布墙8，所述炉膛1设有第二气流扰动分布墙7，所述分界口5设有气流扰动挡圈。采用上述结构，从而将节能废气处理装置分隔成了五段式的焚烧空间，进行多级焚烧，以确保尾气能灼烧充分，并节约能源。
第一段是高温产生段9，位于燃烧器4的出口与尾气入口3之间，利用燃烧器4燃烧燃料，产生800～1200℃高温烟气；第二段是尾气混合段10，位于尾气入口3与第一气流扰动分布墙8之间，引入尾气，尾气与高温烟气高效混合；第三段是尾气分解段11，位于第一气流扰动分布墙8与分界口5的气流扰动挡圈之间，尾气有害气体在经过尾气混合段10混合均匀后，在该段500～800℃下进行分解；第四段是尾气燃烧段，使经分解后的尾气与空气结合进行燃烧。该段温度保持在500～800℃；第五段是残余尾气灼烧段，尾气的残留有害成分在最后一段500～700℃范围内进行灼烧，保障了尾气能完全灼烧。
高温烟气由燃烧器4产生后，经多段混合和焚烧，逐渐降温。由于降低了气流流动速度，尾气能在不同段及温度进行混合，不需要进行额外的增温也可达到所需的灼烧效果。上述温度为最佳状态的温度数据，可据此调整气流扰动挡圈和气流扰动分布墙的位置，使之更接近最佳温度数据，使灼烧和能源利用效果更优。
第一气流扰动分布墙8和第二气流扰动分布墙7，均为设有多个通孔的墙体，采用耐1800℃的耐火材料组成。尾气、高温烟气等气体通过通孔穿过气流扰动分布墙到达下一段，从而起到对气流的扰动和减速，也有利于气流的均匀分布。气流扰动挡圈也采用耐1800℃的耐火材料成型制作，其作用也与气流扰动分布墙类似，主要起减速等作用。气流扰动分布墙与气流扰动挡圈均为现有可实现的技术。
所述第一气流扰动墙8与所述尾气入口3之间的腔室内设有尾气气流均布器。采用了高强度耐热钢进行气流的引流均布，其余采用的材料为外壳金属碳钢材料，内部采用两层耐火材料，即低热导率轻质隔热浇筑料及1600℃刚玉高强度耐温耐磨浇筑料组成。
所述二次风入口6位于所述第一气流扰动墙8和所述气流扰动挡圈之间的侧壁上。使得尾气在尾气分解段11分解的同时，能与空气进行充分结合，增大尾气燃烧空间，效果更优。当然，二次风入口6也可设于尾气混合段10或尾气燃烧段12的侧壁上。
高温产生段9采用外壳金属碳钢材料，内部采用两层耐火材料，即低热导率的轻质隔热浇筑料及1800℃刚玉高强度耐温耐磨浇筑料组成。
尾气分解段11主要进行尾气分解，该段采用外壳金属碳钢材料，内部采用两层耐火材料，即低热导率轻质隔热浇筑料及1400℃刚玉高强度耐温耐磨浇筑料组成。
尾气燃烧段12主要进行分解后尾气的燃烧，该段采用外壳金属碳钢材料，内部采用单层耐火材料，即1300℃耐温轻质隔热浇筑料。
残余尾气灼烧段13主要进行残余的尾气灼烧，该段采用外壳金属碳钢材料，内部采用单层耐火材料，即1100℃耐温轻质隔热浇筑料。
通过上述多种方式对灼烧炉的内部结构作调整，提高两气流混合度，降低燃料气消耗；同时提高整个灼烧炉的处理能力。且上述方式也便于旧灼烧炉的改造，不需要做大规模改造即可大大提高效率。且采用分段式多级焚烧的节能尾气处理装置，能够有效的将焚烧空间进行多级设计，高效利用能源，节约燃料气消耗，同时尾气处理的有效体积进行了有效的分割利用，尾气的处理效率大大提高，节能也可达到15％以上。在相同焚烧效率下，该装置的初投资会更低。
Claims (10)
1.一种节能废气处理装置，包括炉头(2)、炉膛(1)、湍流环、燃烧器(4)和尾气入口(3)，所述燃烧器(4)位于炉头(2)的前端，设有一次风入口；其特征在于，所述尾气入口(3)位于所述炉头(2)的前端侧壁。
2.根据权利要求1所述的一种节能废气处理装置，其特征在于，还包括二次风入口(6)，设于所述燃烧器(4)的两侧。
3.根据权利要求2所述的一种节能废气处理装置，其特征在于，所述二次风入口(6)设于所述炉头(2)的前端部或侧壁上。
4.根据权利要求1所述的一种节能废气处理装置，其特征在于，所述炉膛(1)或/和所述炉头(2)的内壁设有蓄热件。
5.根据权利要求1所述的一种节能废气处理装置，其特征在于，所述蓄热件为花墙砖。
6.根据权利要求1或2所述的一种节能废气处理装置，其特征在于，所述燃烧器(4)采用更宽调节比的燃烧器。
7.根据权利要求6所述的一种节能废气处理装置，其特征在于，所述燃烧器(4)为旋流混合型高强度燃烧器。
8.根据权利要求1所述的一种节能废气处理装置，其特征在于，所述炉头(1)设有第一气流扰动分布墙(8)，所述炉膛(1)设有第二气流扰动分布墙(7)，所述分界口(5)设有气流扰动挡圈。
9.根据权利要求8所述的一种节能废气处理装置，其特征在于，所述第一气流扰动墙(8)与所述尾气入口(3)之间的腔室内设有尾气气流均布器。
10.根据权利要求8所述的一种节能废气处理装置，其特征在于，所述二次风入口(6)位于所述第一气流扰动墙(8)和所述气流扰动挡圈之间的侧壁上。
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| CN113932230A (zh) * | 2020-07-14 | 2022-01-14 | 中国石油化工股份有限公司 | 焚烧炉、尾气处理装置以及硫磺回收系统 |
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