CN114484473A - 一种蓄热式有机废气燃烧装置及燃烧方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄热式有机废气燃烧装置，包括炉膛，在炉膛底部设置结构相同的第一燃烧器和第二燃烧器，炉膛内在第一燃烧器、第二燃烧器的出口处对应设置第一蓄热体和第二蓄热体，第一蓄热体和第二蓄热体之间设置隔热墙，隔热墙将第一蓄热体和第二蓄热体分隔，炉膛在隔热墙的上方设置用于将第一蓄热体和第二蓄热体导通的燃烧腔，在第一燃烧器和第二燃烧器上均设置空气进口，在进行蓄热燃烧过程中，其中一个燃烧器的空气进口作为排气通道；本发明利用通道出口的锥形区域对气体进行加速，避免粉尘液滴对通道的堵塞，同时避免闪爆现象；利用蓄热器吸收烟气能量，对二次空气进行预热，降低能量损耗，提高废气焚烧效果。

Description

一种蓄热式有机废气燃烧装置及燃烧方法

技术领域

本发明涉及挥发性有机物（VOCs）处理技术领域，具体涉及一种蓄热式有机废气燃烧装置及燃烧方法。

背景技术

随着我国工业的发展，近年来环境污染防止越来越受到人们重视，工业生产中产生的VOCs对环境的污染得到广泛关注，如钢铁厂、化工厂、制药厂、焦化厂、石油炼化厂等产生的有毒有害挥发性有机物废气，严重污染环境和影响人体健康。VOCs废气成分复杂，毒性不一，主要以苯系物、烃类、醇类、醛类等为主，若不经处理直接排放，将给大气环境和人体健康带来严重危害。现有VOCs处理效率较高的主要有蓄热燃烧法和直接热氧化法等，蓄热燃烧法适合大风量低浓度废气，直接热氧化法则适合高浓度废气。

蓄热式燃烧法处理技术虽然节能效益突出，但对入口废气有机物（VOCs）浓度和类别有严格控制要求。当VOCs浓度＞25%爆炸下限时，则停止进入废气燃烧处理装置，从旁路直接放空，造成废气直排污染环境。当入口VOCs种类发生变化时，往往造成可燃物爆炸下限检测值发生偏差，造成进入燃烧装置VOCs浓度超标，极易在装置内形成闪爆。现有的蓄热燃烧器对废气夹带粉尘、液滴也难以处理，易堵塞蓄热体气体通道造成停车。

发明内容

技术目的：针对现有蓄热燃烧器在入口浓度产生变化时，易产生闪爆，对于废气内夹带粉尘、液滴，容易造成气体通道堵塞不足，本发明公开了一种不存在回火闪爆风险，允许废气夹带粉尘和液滴，可处理多种废气工况的蓄热式有机废气燃烧装置及燃烧方法。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：

一种蓄热式有机废气燃烧装置，包括炉膛，在炉膛底部设置结构相同的第一燃烧器和第二燃烧器，炉膛内在第一燃烧器、第二燃烧器的出口处对应设置第一蓄热体和第二蓄热体，第一蓄热体和第二蓄热体之间设置隔热墙，隔热墙将第一蓄热体和第二蓄热体分隔，炉膛在隔热墙的上方设置用于将第一蓄热体和第二蓄热体导通的燃烧腔，气体通过燃烧腔在第一蓄热体与第二蓄热体之间流动；在第一燃烧器和第二燃烧器上均设置空气进口，在进行蓄热燃烧过程中，其中一个燃烧器的空气进口作为排气通道。

优选地，本发明的第一燃烧器包括燃烧器主体，在燃烧器主体的进口端设有助燃气通道，在助燃气通道的外部同心设有一次空气通道；在一次空气通道外部同心设有有机废气通道，位于内圈的通道出口低于位于外圈的通道出口；助燃气、一次空气和有机废气在有机废气通道的出口端汇集流向与有机废气通道连通的预混室，在预混室内混合；预混室采用漏斗状结构，在预混室的顶部设有与炉膛连通的气流分布孔板，在气流分布孔板上设有气孔，混合后的气体从气孔进入炉膛内。

优选地，本发明的助燃气通道、一次空气通道、有机废气通道的出口端均采用直径逐渐缩小的锥形结构。

优选地，本发明的燃烧器主体在有机废气通道外部设置二次空气通道，二次空气通道环绕在有机废气通道和预混室的外部，在预混室上设置与二次空气通道连通的二次空气喷口。

优选地，本发明的二次空气喷口沿预混室的中心周向均匀分布，气孔与二次空气喷口相对应；在二次空气通道的进气端设置第三蓄热体，第三蓄热体在二次空气通道作为排气通道时进行蓄热。

优选地，本发明在二次空气通道内衬有保温材料，在对预热后的二次高温空气进行隔热，在二次空气通道内设置温度传感器，温度传感器与用于控制第一燃烧器和第二燃烧器状态切换的控制系统电连接。

本发明还提供一种基于上述蓄热式有机废气燃烧装置的燃烧方法。包括步骤：

S01、首先，进行气体预混，助燃气、一次空气、有机废气和二次空气从第一燃烧器的上的通道进入预混室，并在预混室内混合充分；

S02、然后进行一次燃烧，预混后的气体从气流分布孔板上的气孔进入炉膛第一燃烧体内进行燃烧，

S03、在第一蓄热体内燃烧产生的烟气在隔热墙的导热作用下从第一蓄热体进入燃烧室，在从燃烧室的顶部折流回第二蓄热体内进行二次燃烧；

S04、接着进行烟气蓄热，经过第二蓄热体二次燃烧后的烟气从气孔进入第二燃烧器的预混室内，从二次空气喷口反向流经第二燃烧器的第三蓄热器，第二燃烧器的第三蓄热器吸收烟气中的热量进行蓄热；

S05、最后，通过温度传感器检测烟气温度，温度达到设定值时，第二燃烧器的第三蓄热器蓄热完毕，由控制系统控制燃烧状态切换，由第二燃烧器供气燃烧，烟气从第一燃烧器的二次空气通道排出。

优选地，在步骤S01中，第一燃烧器的助燃气、一次空气经过各自的通道出口加速后，与有机废气汇集在有机废气通道的出口处形成一次预混气体，再次加速后进入预混室内，二次空气从第一换热器的二次空气通道进入预混室内，被一次预混气体扰动混合形成二次预混气体。

优选地，在步骤S04中，在第二燃烧器的二次空气通道作为排气通道时，第二燃烧器的助燃气通道，有机废气通道和依次空气通道封闭，通道出口压力大于第二燃烧器的二次空气通道压力。

有益效果：本发明所提供的一种蓄热式有机废气燃烧装置的燃烧方法具有如下有益效果：

1、本发明在燃烧器的二次空气通道内设置第三蓄热器，在进行排气时蓄热，在作为空气进口时，对进入的二次空气进行预热，排烟温度150~180℃，储存的热量用于预热助燃空气，综合热效率＞80%，助燃气耗量低，节能效果显著。

2、本发明通过第三蓄热器对进入的二次空气进行预热，降低炉膛内的热量损失，废气燃烧温度≥1100℃，对VOCs废气中的苯系物、芳香烃类等难分解物质，对废气的焚烧处理更加彻底。

3、本发明有机废气、一次空气和助燃气的通道出口均采用锥形结构，并且内圈的通道出口低于外圈的通道出口，助燃气通过三次加速最终进入预混室内混合，在燃烧器出口处速度高达90~120m/s，远超火焰传播速度，无回火闪爆风险。气流通道截面大，对废气VOCs浓度和种类无限制，允许废气夹带粉尘和液滴，可处理多种废气工况，使用范围。

4、本发明在炉膛内设置第一蓄热体和第二蓄热体，第一蓄热体和第二蓄热体的蓄热层维持废气、空气、助燃气预混气体在蓄热体内稳定燃烧，形成无焰燃烧方式，燃烧温度均匀，避免产生局部高温，烟气氮氧化物排放浓度低。

5、本发明的预混室采用漏斗状结构，二次喷口和气孔均沿预混室的中心周向均匀分布，预混室底部的中心为助燃气、一次空气和有机废气的进口，经过加速的一次混合气体被气流分布孔板挡住，在预混室内形成扰动，增强混合效果，有利于废气充分燃烧，降低排放烟气中的有机废气浓度。

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介绍。

图1为本发明整体结构图；

图2为本发明第一燃烧器的结构图；

图3为本发明第一燃烧器的俯视图；

其中，1-炉膛、2-第一燃烧器、3-第二燃烧器、4-第一蓄热体、5-第二蓄热体、6-隔热墙、7-燃烧腔、8-燃烧器主体、9-助燃气通道、10-一次空气通道、11-有机废气通道、12-预混室、13-气流分布孔板、14-气孔、15-二次空气通道、16-二次空气喷口、17-第三蓄热体、18-助燃气喷口、19-一次混合气喷口、20-一次预混气体喷口。

具体实施方式

下面通过一较佳实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1-图3所示为本发明所公开的一种蓄热式有机废气燃烧装置，包括炉膛1，在炉膛1底部设置结构相同的第一燃烧器2和第二燃烧器3，炉膛1内在第一燃烧器2、第二燃烧器3的出口处对应设置第一蓄热体4和第二蓄热体5，第一蓄热体4和第二蓄热体5之间设置隔热墙6，隔热墙6将第一蓄热体4和第二蓄热体5分隔，炉膛5在隔热墙的上方设置用于将第一蓄热体4和第二蓄热体5导通的燃烧腔7，气体通过燃烧腔7在第一蓄热体4与第二蓄热体5之间流动；在第一燃烧器2和第二燃烧器3上均设置空气进口，在进行蓄热燃烧过程中，其中一个燃烧器的空气进口作为排气通道。

在进行燃烧的过程中，气体经过第一蓄热体4、第二蓄热体5的蓄热层进行两次无焰燃烧，燃烧均匀度好，可以提高有机废气的处理效果，降低排放浓度。

为避免因有机废气中存在的粉尘和液滴造成进气通道堵塞，同时防止出现回火闪爆现象，在一个具体的实施例中，本发明第一燃烧器2包括燃烧器主体8，在燃烧器主体8的进口端设有助燃气通道9，在助燃气通道9的外部同心设有一次空气通道10；在一次空气通道外部同心设有有机废气通道11，位于内圈的通道出口低于位于外圈的通道出口，助燃气通道9、一次空气通道10、有机废气通道11的出口端均采用直径逐渐缩小的锥形结构，助燃气、一次空气和有机废气在有机废气通道11的出口端汇集流向与有机废气通道连通的预混室12，在预混室12内混合；预混室12采用漏斗状结构，在预混室12的顶部设有与炉膛1连通的气流分布孔板13，在气流分布孔板13上设有气孔14，混合后的气体从气孔进入炉膛内。

气体经过通道出口处的锥形区域进行加速，在燃烧器出口处速度高达90~120m/s，超过火焰的传播速度，不会产生回火闪爆，同时高度输送的气体，可以将粉尘与液滴带出，避免对通道造成阻塞。

在燃烧的过程中，燃烧后的烟气会带走炉膛内的热量，并且新进入炉膛内的外部空气会吸收炉膛内的能量，导致有机废气的处理温度无法达到需求，造成燃烧不充分，使排出的废气无法达标；为降低能量损耗，同时维持炉膛内的温度保持稳定，本发明在燃烧器主体8在有机废气通道11外部设置二次空气通道15，二次空气通道16环绕在有机废气通道11和预混室12的外部，在预混室12上设置与二次空气通道15连通的二次空气喷口16，二次空气喷口16沿预混室12的中心周向均匀分布，气孔14与二次空气喷口16相对应；在二次空气通道15的进气端设置第三蓄热体17，第三蓄热体17在二次空气通道作为排气通道时进行蓄热。

通过位于出口侧的第三蓄热体进行蓄热，吸收燃烧后烟气中的热量，在蓄热完毕后，转换燃烧的进气和排气方向，使二次空气经过第三蓄热器的加热后再进入预混室混合，减少预混后的气体从炉膛内吸收的热量，提高能量利用率，同时维持炉膛内燃烧温度的稳定，保证有机废气的燃烧处理效果；可以在二次空气通道15内衬有保温材料，在对预热后的二次高温空气进行隔热，在进入炉膛燃烧之前，减小热量损失，在二次空气通道内设置温度传感器，温度传感器与用于控制第一燃烧器2和第二燃烧器3状态切换的控制系统电连接，依据排气侧的温度，自动进行切换。

本发明还提供一种基于上述蓄热式有机废气燃烧装置的燃烧方法，包括步骤：

S01、首先，进行气体预混，助燃气、一次空气、有机废气和二次空气从第一燃烧器的上的通道进入预混室，并在预混室内混合充分；

S02、然后进行一次燃烧，预混后的气体从气流分布孔板上的气孔进入炉膛第一燃烧体内进行燃烧，

S03、在第一蓄热体内燃烧产生的烟气在隔热墙的导热作用下从第一蓄热体进入燃烧室，在从燃烧室的顶部折流回第二蓄热体内进行二次燃烧；

S04、接着进行烟气蓄热，经过第二蓄热体二次燃烧后的烟气从气孔进入第二燃烧器的预混室内，从二次空气喷口反向流经第二燃烧器的第三蓄热器，第二燃烧器的第三蓄热器吸收烟气中的热量进行蓄热；

S05、最后，通过温度传感器检测烟气温度，因为随着蓄热过程的进行，位于排气侧的第三蓄热器温度会升高，对烟气热量的吸收能力会降低，从而导致排气侧的烟气温度升高，当温度达到设定值时，第二燃烧器的第三蓄热器蓄热完毕，由控制系统控制燃烧状态切换，由第二燃烧器供气燃烧，烟气从第一燃烧器的二次空气通道排出，如此进行循环切换，既能保证有机废气的充分燃烧，同时利用前一次排气能量对后一次的二次空气进行预热，降低能量损耗。

本发明的助燃气在助燃气喷口18进行第一次加速，进入一次空气通道10内，在第一次混合器喷口19处第一次进行混合，并再次加速进入有机废气通道11，在第一预混气体喷口20处再次与有机废气混合并进行第三次加速，最后进入预混室12内，与从二次空气通道15进入的二次空气再次混合，形成二次混合气，最后由气流分布孔板13均压后进入炉膛的蓄热器内进行无焰燃烧，混合充分的气体能够在炉膛内充分燃烧，避免局部出现燃烧不充分的现象。

在步骤S04中，在第二燃烧器的二次空气通道作为排气通道时，第二燃烧器的助燃气通道，有机废气通道和依次空气通道封闭，通道出口压力大于第二燃烧器的二次空气通道压力，可以避免烟气的导倒灌，能够顺利从排气通道排出。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种蓄热式有机废气燃烧装置，其特征在于，包括炉膛（1），在炉膛（1）底部设置结构相同的第一燃烧器（2）和第二燃烧器（3），炉膛（1）内在第一燃烧器（2）、第二燃烧器（3）的出口处对应设置第一蓄热体（4）和第二蓄热体（5），第一蓄热体（4）和第二蓄热体（5）之间设置隔热墙（6），隔热墙（6）将第一蓄热体（4）和第二蓄热体（5）分隔，炉膛（5）在隔热墙的上方设置用于将第一蓄热体（4）和第二蓄热体（5）导通的燃烧腔（7），气体通过燃烧腔（7）在第一蓄热体（4）与第二蓄热体（5）之间流动；在第一燃烧器（2）和第二燃烧器（3）上均设置空气进口，在进行蓄热燃烧过程中，其中一个燃烧器的空气进口作为排气通道。

2.根据权利要求1所述的一种蓄热式有机废气燃烧装置，其特征在于，所述第一燃烧器（2）包括燃烧器主体（8），在燃烧器主体（8）的进口端设有助燃气通道（9），在助燃气通道（9）的外部同心设有一次空气通道（10）；在一次空气通道外部同心设有有机废气通道（11），位于内圈的通道出口低于位于外圈的通道出口；助燃气、一次空气和有机废气在有机废气通道（11）的出口端汇集流向与有机废气通道连通的预混室（12），在预混室（12）内混合；预混室（12）采用漏斗状结构，在预混室（12）的顶部设有与炉膛（1）连通的气流分布孔板（13），在气流分布孔板（13）上设有气孔（14），混合后的气体从气孔进入炉膛内。

3.根据权利要求2所述的一种蓄热式有机废气燃烧装置，其特征在于，所述助燃气通道（9）、一次空气通道（10）、有机废气通道（11）的出口端均采用直径逐渐缩小的锥形结构。

4.根据权利要求2所述的一种蓄热式有机废气燃烧装置，其特征在于，所述燃烧器主体（8）在有机废气通道（11）外部设置二次空气通道（15），二次空气通道（16）环绕在有机废气通道（11）和预混室（12）的外部，在预混室（12）上设置与二次空气通道（15）连通的二次空气喷口（16）。

5.根据权利要求4所述的一种蓄热式有机废气燃烧装置，其特征在于，所述二次空气喷口（16）沿预混室（12）的中心周向均匀分布，气孔（14）与二次空气喷口（16）相对应；在二次空气通道（15）的进气端设置第三蓄热体（17），第三蓄热体（17）在二次空气通道作为排气通道时进行蓄热。

6.根据权利要求5所述的一种蓄热式有机废气燃烧装置，其特征在于，在二次空气通道（15）内衬有保温材料，在对预热后的二次高温空气进行隔热，在二次空气通道内设置温度传感器，温度传感器与用于控制第一燃烧器（2）和第二燃烧器（3）状态切换的控制系统电连接。

7.根据权利要求6所述的一种蓄热式有机废气燃烧装置的燃烧方法，其特征在于，包括步骤：

S01、首先，进行气体预混，助燃气、一次空气、有机废气和二次空气从第一燃烧器的上的通道进入预混室，并在预混室内混合充分；

S02、然后进行一次燃烧，预混后的气体从气流分布孔板上的气孔进入炉膛第一燃烧体内进行燃烧，

S03、在第一蓄热体内燃烧产生的烟气在隔热墙的导热作用下从第一蓄热体进入燃烧室，在从燃烧室的顶部折流回第二蓄热体内进行二次燃烧；

S04、接着进行烟气蓄热，经过第二蓄热体二次燃烧后的烟气从气孔进入第二燃烧器的预混室内，从二次空气喷口反向流经第二燃烧器的第三蓄热器，第二燃烧器的第三蓄热器吸收烟气中的热量进行蓄热；

S05、最后，通过温度传感器检测烟气温度，温度达到设定值时，第二燃烧器的第三蓄热器蓄热完毕，由控制系统控制燃烧状态切换，由第二燃烧器供气燃烧，烟气从第一燃烧器的二次空气通道排出。

8.根据权利要求7所述的一种蓄热式有机废气燃烧装置的燃烧方法，其特征在于，在步骤S01中，第一燃烧器的助燃气、一次空气经过各自的通道出口加速后，与有机废气汇集在有机废气通道的出口处形成一次预混气体，再次加速后进入预混室内，二次空气从第一换热器的二次空气通道进入预混室内，被一次预混气体扰动混合形成二次预混气体。

9.根据权利要求7所述的一种蓄热式有机废气燃烧装置的燃烧方法，其特征在于，在步骤S04中，在第二燃烧器的二次空气通道作为排气通道时，第二燃烧器的助燃气通道，有机废气通道和依次空气通道封闭，通道出口压力大于第二燃烧器的二次空气通道压力。

Images