CN113048492A - 一种蓄热式热等离子体焚烧装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种蓄热式热等离子体焚烧装置，包括：焚烧炉，焚烧炉的底部连通有烟气通道，焚烧炉顶部安装有若干热等离子体炬；烟气通道以及焚烧炉内铺设有多个相互串联的蓄热换热器，有机废气从相互串联的蓄热换热器的一端进入后通过不断蓄热从位于焚烧炉内部的蓄热换热器的一端排出进入到焚烧炉内，经过热等离子体炬处理后从烟气通道排出。本发明的蓄热式热等离子体焚烧装置使用时不需要预热，有机废气进入蓄热式热等离子体焚烧装置在热等离子体炬作用下瞬间裂解，蓄热换热器吸收热等离子体炬焚烧产生的热量，加热有机废气，节约能源，实现简化设备结构，节约能源的目的，且无需天燃气或燃油，无外源性附加碳及排放，符合国家倡导的低碳发展战略需求。

Description

一种蓄热式热等离子体焚烧装置

技术领域

本发明涉及有机废气处理领域，尤其涉及一种蓄热式热等离子体焚烧装置。

背景技术

蓄热式热氧化炉(RTO)的特点是换热器采用陶瓷蓄热床，氧化分解后气体将自身携带大量热量传递并储蓄在蓄热床中，然后让进入氧化器的气体从蓄热床中通过，换取热量。常规RTO采用燃油或燃气焚烧作为热源，需要消耗大量氧气，开机前需要预热几个小时到十几个小时。常规RTO设备体积庞大，陶瓷蓄热体风阻大，工作时骤冷、骤热，使用寿命短、维护成本高。

有机废气(VOCs)中的颗粒物会对陶瓷蓄热体(蓄热床)造成堵塞，从而导致流阻增大。陶瓷蓄热体(蓄热床)也极易因为烟气中焦油物质造成结焦而报废。

此外，常规RTO在设计时应充分考虑废气来源、组成、浓度变化、气量大小、自身实际工况等可能产生的不利影响，根据需要增设相应附属设施和安全设施。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种蓄热式热等离子体焚烧装置，该蓄热式热等离子体焚烧装置使用时不需要预热，有机废气(VOCs)进入蓄热式热等离子体焚烧装置(TP-RTO)在热等离子体炬作用下瞬间裂解，蓄热换热器吸收热等离子体炬RTO焚烧产生的热量，加热有机废气(VOCs)，节约能源，实现简化设备结构，节约能源的目的，且无需天燃气或燃油，无外源性附加碳及排放，符合国家倡导的低碳发展战略需求。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明提供的蓄热式热等离子体焚烧装置，包括：焚烧炉，所述焚烧炉的底部连通有烟气通道，所述焚烧炉顶部安装有若干热等离子体炬；

所述烟气通道以及焚烧炉内铺设有多个相互串联的蓄热换热器，有机废气从相互串联的蓄热换热器的一端进入后通过不断蓄热从位于所述焚烧炉内部的蓄热换热器的一端排出进入到所述焚烧炉内，经过所述热等离子体炬处理后从所述烟气通道排出。

现有技术中有机废气的处理主要采用蓄热式热氧化炉(RTO)，常规的蓄热式热氧化炉(RTO)采用燃油或燃气焚烧作为热源，需要消耗大量氧气，开机前需要预热几个小时到十几个小时。且常规RTO设备体积庞大，陶瓷蓄热体风阻大，工作时骤冷、骤热，使用寿命短、维护成本高。

本发明通过在传统的蓄热式热氧化炉(RTO)结构上进行改进，采用热等离子体炬作为热源，替代天然气或燃油，以达到节能环保的目的，热等离子体(Thermal Plasma)高效裂解技术是基于准平衡等离子体(Te≈Ti≈T_h)通过十几万伏电动势在特定空间聚能放电，形成高温、高焓、高能量密度的等离子体高效电弧，温度达5000～6000K，在高温和高电动势双重作用下，经激发、电离、氧化、裂解、均相气化等系列复杂反应，破坏污染物分子内部化学键，使有机污染物(VOCs)在瞬间(千分之1秒)被电离、裂解，从而使复杂的大分子污染物分解和转变为小分子的安全物质，形成水、二氧化碳及单体物质等，实现污染物处理的目的。可见热等离子体裂解技术在有机废气处理领域将具有非常好的工业化应用前景。

并且本发明同时改变了传统蓄热的方式，采用若干串联的蓄热换热器代替传统的陶瓷蓄热体，避免了阻塞，简化了操作，并同时提高炉膛内空气的流动性，实现对有机废气更好的处理。

当然，本发明的蓄热换热器部分安装在焚烧炉内，部分安装在烟气管道上，焚烧炉内设置的蓄热换热器可以显著提高换热效率，安装在烟气管道上的蓄热换热器可以通过与从烟气管道出来的烟气互相换热后，达到蓄热的目的。

总之，本发明是一种能够持续处理有机废气(VOCs)的蓄热式热等离子体焚烧装置(TP-RTO)，使用时不需要预热，有机废气(VOCs)进入蓄热式热等离子体焚烧装置(TP-RTO)在热等离子体炬作用下瞬间裂解。

蓄热换热器吸收热等离子体炬RTO焚烧产生的热量，加热有机废气(VOCs)，实现简化设备结构，节约能源的目的。

优选地，作为进一步可实施的方案，所述蓄热换热器为2-4个，铺设在所述烟气管道上的蓄热换热器个数为2-3个，其余设置在所述焚烧炉内部。

蓄热换热器的类型最好为列管式，列管蓄热换热器采用耐热钢制造，结构简单、使用寿命长，焚烧炉内部的列管式蓄热换热器吸收RTO焚烧热量，有机废气通过列管式蓄热换热器时其温度已经接近RTO焚烧装置工作温度，热交换效率优于陶瓷蓄热体等常规技术。

优选地，作为进一步可实施的方案，焚烧炉的炉体采用陶瓷纤维保温材料，陶瓷纤维保温层其强度、保温性能均优于常规保温材料。

优选地，作为进一步可实施的方案，所述蓄热换热器的个数为3个，铺设在所述烟气管道上的蓄热换热器个数为2个，设置在所述焚烧炉内部的蓄热换热器距离所述热等离子体炬的垂直距离为50-80cm。

三组列管式蓄热换热器串行依次联接，一组列管式蓄热换热器置于焚烧炉内部，另外两组列管式蓄热换热器置于烟气管道焚烧炉的外部。

焚烧后的烟气依次由三组列管式蓄热换热器烟气通道与列管外壁热交换后，温度大幅度降低，通过烟气通道排放出去。

有机废气依次由三组列管式蓄热换器列管进入焚烧炉内，与焚烧后的烟气流动方向互逆，列管内壁与有机废气接触将热量传递给有机废气，有机废气逐次提升，实现热等离子RTO焚烧烟气热交换的全过程。

当然，位于焚烧炉内的蓄热换热器不能与热等离子体炬的距离太近，最好保持50-80cm的距离，具体实际距离可根据炉膛的大小实时调整，目的是提高处理效果，距离太近可能会影响处理效果，对有机废气的处理不够完全。

本发明的热等离子体炬由数只焰心温度达到3000℃，火焰温度超过1000℃，使用寿命超过5千小时的热等离子炬组成阵列，在焚烧炉体内形成均匀热场，待炉温达到预设温度后等离子体炬自动关闭。通过采用热等离子体炬焚烧有机废气较传统方式节能高效，热等离子体炬热效率高达90％以上，不消耗氧气，热效率显著高于燃气焚烧等常规技术，不需要天然气、燃油等易燃物，没有消防安全问题。

优选地，作为进一步可实施的方案，所述焚烧炉顶部安装的热等离子体炬的个数为2-6个。

优选地，作为进一步可实施的方案，位于中间的所述热等离子体炬沿竖直方向排列，两端的所述热等离子体炬沿倾斜方向。沿倾斜方向设置可以提高炉膛内的空气流通性。

优选地，作为进一步可实施的方案，所述热等离子体炬的个数为3个，均沿竖直方向排列。一般实际操作过过程中处于经济性考虑热等离子体炬的个数不宜过多，将根据炉腔的大小和被处理有机废气浓度设定。

优选地，作为进一步可实施的方案，本发明的蓄热式热等离子体焚烧装置还包括温度传感器以及空气补充装置，所述温度传感器以及所述空气补充装置设置在所述焚烧炉的侧壁上。

优选地，作为进一步可实施的方案，该装置还包括有机物浓度检测仪器，所述有机物浓度检测仪器设置在有机废气从相互串联的蓄热换热器的一端进入的进口处。有机物浓度检测仪器根据有机废气浓度检测数据，启动空气补充装置向RTO内补充空气，保证焚烧效果，避免废气浓度过高发生燃爆事故。

优选地，作为进一步可实施的方案，还包括PLC控制器，所述PLC控制器用于控制焚烧炉以及蓄热换热器的工作。PLC控制器根据温度传感器检测结果调整热等离子体炬功率，当有机物废气自行燃烧时热等离子炬关闭，实现节能、经济的良性循环。

优选地，以触摸屏输入技术参数由PLC控制器控制RTO焚烧装置各部件运行。

优选地，作为进一步可实施的方案，在所述烟气通道的底部设置有烟气排放阀门以用于控制烟气的排出。PLC控制烟气排放阀门开启、关闭节奏，调整有机废气焚烧工艺。

优选地，作为进一步可实施的方案，本发明的装置还包括泄爆装置，当RTO设备发生爆燃时，泄爆装置开启保障系统安全。

与现有技术相比，本发明的技术效果在于：

本发明的蓄热式热等离子体焚烧装置使用时不需要预热，有机废气(VOCs)进入蓄热式热等离子体焚烧装置(TP-RTO)在热等离子体炬作用下瞬间裂解，蓄热换热器吸收热等离子体炬RTO焚烧产生的热量，加热有机废气(VOCs)，节约能源，实现简化设备结构，节约能源的目的，且无需天燃气或燃油，无外源性附加碳及排放，符合国家倡导的低碳发展战略需求。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例的蓄热式热等离子体焚烧装置的结构示意图；

图2为本发明实施例的蓄热式热等离子体焚烧装置的蓄热换热器的结构示意图。

附图说明：

1-焚烧炉； 2-热等离子体炬；

3-陶瓷纤维保温层； 4-蓄热换热器；

5-烟气通道； 6-烟气排放阀门。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。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。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了更加清晰的对本发明中的技术方案进行阐述，下面以具体实施例的形式进行说明。

实施例

如图1-图2所示，本发明的蓄热式热等离子体焚烧装置包括：焚烧炉1，焚烧炉1的底部连通有烟气通道5，焚烧炉1顶部安装有若干热等离子体炬2，该实施例的热等离子体炬2的个数可以为2-6个，优选为3个，位于中间的所述热等离子体炬2沿竖直方向排列，两端的所述热等离子体炬2沿倾斜方向，或者所有热等离子体炬2沿竖直方向排列，倾斜方向排列可以提高炉膛内的空气流通性。

烟气通道5以及焚烧炉1内铺设有多个相互串联的蓄热换热器4，有机废气从相互串联的蓄热换热器4的一端进入后通过不断蓄热从位于所述焚烧炉1内部的蓄热换热器4的一端排出进入到所述焚烧炉1内，经过所述热等离子体炬2处理后从所述烟气通道5排出，烟气通道5的底部设置有烟气排放阀门6以用于控制烟气的排出。

本实施例的蓄热换热器4类型为列管式蓄热换热器4，有机废气走管程，依次通过串联的列管式蓄热换热器4进入到焚烧炉1体内，列管内壁与有机废气接触将热量传递给有机废气，有机废气逐次提升，实现热等离子RTO焚烧烟气热交换的全过程。列管式蓄热换热器4个数可以为2-4个，铺设在烟气管道上的蓄热换热器4个数为2-3个，其余设置在焚烧炉1内部，较优地蓄热换热器4的个数为3个，铺设在烟气管道上的蓄热换热器4个数为2个，设置在所述焚烧炉1内部的蓄热换热器4距离热等离子体炬2的垂直距离为50-80cm，焚烧后的烟气依次由排布了三组列管式蓄热换热器4的烟气通道5与列管内的有机废气热交换后，温度大幅度降低，通过烟气通道5排放出去。

焚烧炉1的炉体采用陶瓷纤维保温材料，陶瓷纤维保温层3其强度、保温性能均优于常规保温材料。

该实施例的蓄热式热等离子体焚烧装置包括有温度传感器、空气补充装置，有机物浓度检测仪器，泄爆装置以及PLC控制器，温度传感器以及空气补充装置设置在所述焚烧炉1的侧壁上，有机物浓度检测仪器设置在有机废气从相互串联的蓄热换热器4的一端进入的进口处。

有机物浓度检测仪器根据有机废气浓度检测数据，启动空气补充装置向RTO内补充空气，保证焚烧效果，避免废气浓度过高发生燃爆事故，PLC控制器根据温度传感器检测结果调整热等离子体炬2功率，当有机物废气自行燃烧时热等离子炬关闭，实现节能、经济的良性循环，同时PLC控制烟气排放阀门6开启、关闭节奏，调整有机废气焚烧工艺，当RTO设备发生爆燃时，泄爆装置还可实现开启保障系统安全，整个装置通过PLC控制器可以实现更为智能化的操作。

PLC控制器带有触摸屏以更为方便的控制RTO焚烧装置各部件运行。

最后，可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种蓄热式热等离子体焚烧装置，其特征在于，包括：焚烧炉，所述焚烧炉的底部连通有烟气通道，所述焚烧炉顶部安装有若干热等离子体炬；

所述烟气通道以及焚烧炉内铺设有多个相互串联的蓄热换热器，有机废气从相互串联的蓄热换热器的一端进入后通过不断蓄热从位于所述焚烧炉内部的蓄热换热器的一端排出进入到所述焚烧炉内，经过所述热等离子体炬处理后从所述烟气通道排出。

2.根据权利要求1所述的蓄热式热等离子体焚烧装置，其特征在于，所述蓄热换热器为2-4个，铺设在所述烟气管道上的蓄热换热器个数为2-3个，其余设置在所述焚烧炉内部。

3.根据权利要求2所述的蓄热式热等离子体焚烧装置，其特征在于，所述蓄热换热器的个数为3个，铺设在所述烟气管道上的蓄热换热器个数为2个，设置在所述焚烧炉内部的蓄热换热器距离所述热等离子体炬的垂直距离为50-80cm。

4.根据权利要求1所述的蓄热式热等离子体焚烧装置，其特征在于，所述焚烧炉顶部安装的热等离子体炬的个数为2-6个。

5.根据权利要求4所述的蓄热式热等离子体焚烧装置，其特征在于，位于中间的所述热等离子体炬沿竖直方向排列，两端的所述热等离子体炬沿倾斜方向。

6.根据权利要求4所述的蓄热式热等离子体焚烧装置，其特征在于，所述热等离子体炬的个数为3个，均沿竖直方向排列。

7.根据权利要求1-6任一项所述的蓄热式热等离子体焚烧装置，其特征在于，还包括温度传感器以及空气补充装置，所述温度传感器以及所述空气补充装置设置在所述焚烧炉的侧壁上。

8.根据权利要求1-6任一项所述的蓄热式热等离子体焚烧装置，其特征在于，还包括有机物浓度检测仪器，所述有机物浓度检测仪器设置在有机废气从相互串联的蓄热换热器的一端进入的进口处。

9.根据权利要求1-6任一项所述的蓄热式热等离子体焚烧装置，其特征在于，还包括PLC控制器，所述PLC控制器用于控制焚烧炉以及蓄热换热器的工作。

10.根据权利要求1-6任一项所述的蓄热式热等离子体焚烧装置，其特征在于，在所述烟气通道的底部设置有烟气排放阀门以用于控制烟气的排出。

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