CN202118926U

CN202118926U - 蓄热式热氧化器

Info

Publication number: CN202118926U
Application number: CN2011202104331U
Authority: CN
Inventors: 孙斌; 陆勇兵; 毛国强; 周文高; 刘旺文
Original assignee: CHANGZHOU YABANG CHEMICAL Co Ltd
Current assignee: Xinyang science and Technology Group Co Ltd
Priority date: 2011-06-20
Filing date: 2011-06-20
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2021-06-20

Abstract

一种蓄热式热氧化器，包括燃烧室、填料床、切换阀和控制装置；所述填料床有多个；各个填料床的上部分别与燃烧室连通，各个填料床的下部连接两个切换阀，分别为进气阀和出气阀；控制装置连接控制各个切换阀的开关；所述燃烧室内设有点火装置。与现有技术相比，本实用新型采用蓄热氧化反应来处理苯法顺酐等尾气，具有工艺简单，系统阻力小，操作范围宽广，工作稳定可靠，在正常运行过程中无需附加燃料，运行中会产生蒸汽，完全可以收到经济效益，无二次污染，尾气处理彻底的特点，检测结果完全满足国家标准规定的环保控制要求。

Description

蓄热式热氧化器

技术领域

本发明涉及一种化工生产中的尾气处理装置，具体是一种可以应用于苯法顺酐等工业生产过程中尾气的蓄热式热氧化器。

背景技术

顺酐生产工艺有苯法和丁烷法两种。苯法顺酐尾气的主要成分为氮气、氧气、水蒸汽及二氧化碳，同时含有一定量的一氧化碳和苯等污染环境有害成分。由于苯法顺酐尾气有机物浓度低，尾气中含水量多，流量大，采用一般尾气处理工艺如吸收、活性炭等都不能满足环保要求。

目前苯法顺酐尾气一般采用烟囱高点直接排放，对环境造成严重污染。另外现在存在部分生产企业采用顺酐装置催化氧化处理工艺尾气，但其运行需要运行成本，不会产生经济效益，并且运行成本很高，其内部的催化剂还会因为工艺而经常更换。

发明内容

为了解决现有技术中的上述技术问题，本实用新型提出一种工艺简单、系统阻力低，运行无成本并会产生效益，无二次污染、尾气处理彻底的蓄热式热氧化器。具体技术方案如下：

一种蓄热式热氧化器，包括燃烧室、填料床、切换阀和控制装置；所述填料床有多个；各个填料床的上部分别与燃烧室连通，各个填料床的下部连接两个切换阀，分别为进气阀和出气阀；控制装置连接控制各个切换阀的开关；所述燃烧室内设有点火装置。

包括吹扫风机，吹扫风机的出风口通过管路连接各个填料床的下部；吹扫风机的出风口与各个填料床连接处设有切换阀，所述控制装置连接控制该切换阀的开关。

包括烟囱，所述各个填料床的出气阀都连接烟囱。

包括烟囱，所述燃烧室上设有出气口，该出气口通过切换阀连接烟囱；出气口与烟囱之间设置换热器。

上述两个烟囱可以共用。

所述点火装置是燃烧器；燃烧器的燃料管线上设有调节阀，所述控制装置连接控制该调节阀；所述燃烧器上还连接有助燃风机。

所述控制装置是PLC。

所述填料床包括蓄热室和填料，填料装在蓄热室内。

本技术方案的原理：

对于有毒、有害、不须回收的挥发性有机化合物(Volatile OrganicCompounds，VOC)，热氧化法是一种较彻底的处理方法。它的基本原理是VOC与O₂在一定温度下发生氧化反应，生成CO₂和H₂O，并释放一定量的热，化学方程式：aCxHyOz+bO₂→cCO₂+dH₂O；

这种氧化反应很像化学上的燃烧过程，但是由于VOC的浓度低，所以反应中不会产生可见的火焰。

蓄热式氧化器(Regenerative Thermal Oxidize，RTO)，是在热氧化装置中加入RTO，回收洁净气的余热用来预热VOC废气，再进行氧化反应。

以图1所示两床式RTO来说明本技术方案的工作原理。图1中的RTO，其主体结构包括燃烧室、两个陶瓷填料床和四个切换阀。

当有机废气进入陶瓷填料床14(以下简称床14)后，此时阀1、4打开，阀2、3关闭；床14放热，有机废气被加热到一定温度，在燃烧室11氧化燃烧(在启动时，可以用燃烧器12促成其燃烧)，气体通过陶瓷填料床15(以下简称床15)，床15吸热，燃烧后的洁净气被冷却，通过切换阀4后排放到烟囱16。在达到切换时间T后，阀1、4关闭，打开阀2、3，废气从床15进入，床15放热，废气被氧化燃烧，气体通过床14，床14吸热，燃烧后的洁净气被冷却，通过切换阀2后排放到烟囱16。在达到切换时间T后，关闭阀2、3，打开阀1、4，废气从床16进入。这样周期性的切换运行，就可连续处理尾气。当废气浓度偏高，燃烧室温度超过900℃时，自动控制系统调节通向烟囱的调节阀2的开度，将部分高温烟气直接排入烟囱(或进行余热回收)，以使燃烧室温度保持在800℃--900℃。

由于RTO装置包括一组热回收率高达95％的陶瓷填充床换热器，所以在处理过程中只消耗很少的燃料(在有机废气浓度大于450ppm时，除启动外，不需使用辅助燃料)。

与现有技术相比，本实用新型采用蓄热氧化反应来处理苯法顺酐等尾气，具有工艺简单，系统阻力小，操作范围宽广，工作稳定可靠，在正常运行过程中无需附加燃料，运行中会产生蒸汽，完全可以收到经济效益，无二次污染，尾气处理彻底的特点，检测结果完全满足国家标准规定的环保控制要求。

附图说明

图1是两床式RTO结构示意图，其中，1、2、3和4均为阀，17为引风机；

图2是具体实施例的三床式RTO结构示意图，其中：柴油A、石油液化气B、吸收塔废气C、燃烧器21、燃烧室22、蓄热室23、填料24、烟囱25、吹扫风机26、助燃风机27、余热锅炉28。

具体实施方式

本例是三床式RTO。

一种蓄热式热氧化器，包括燃烧室、填料床、切换阀和控制装置；所述填料床有三个；各个填料床的上部分别与燃烧室连通，各个填料床的下部连接两个切换阀，分别为进气阀和出气阀；控制装置连接控制各个切换阀的开关；所述燃烧室内设有点火装置。

还包括吹扫风机，吹扫风机的出风口通过管路连接各个填料床的下部；吹扫风机的出风口与各个填料床连接处设有切换阀，所述控制装置连接控制该切换阀的开关。

还包括烟囱，所述各个填料床的出气阀都连接烟囱。所述燃烧室上设有出气口，该出气口通过切换阀连接烟囱；出气口与烟囱之间设置换热器。

所述控制装置是PLC。

所述填料床包括蓄热室和填料，填料装在蓄热室内。

本例中，苯法顺酐装置尾气的蓄热氧化处理工艺应用本装置，苯法顺酐尾气经过送风管道进入到进风分配器中，分配后进到蓄热室中，在压力0-6KPA(G)，入口温度为40-60度，出口温度为600-1000度的蓄热氧化反应器中进行氧化反应，将有害的挥发性有机物转化为二氧化碳和水，最后进入尾气热量回收装置，最后排入大气。

RTO有三个状态，启动预热状态、运行状态和故障状态，下面是各个过程的流程说明：

(1)启动预热状态

RTO启动时，干净空气经开车/吹扫风机从净化管线进入，由燃烧器提供燃料，通过6个阀门的(WG-06、WG-07、WG-09、WG-10、WG-12、WG-13)周期切换，完成3个填料床的预热。

(2)正常运行时

废气通过自动切换阀门进入填料床A，被预热到760℃以上，在燃烧室发生氧化反应，经填料床C排除，温度降低后，通过自动切换阀进入烟囱底部排出。由于VOC浓度较高，热量有过剩，这样燃烧室一部分气通过高温旁通阀送入余热锅炉系统回收热量后排入烟囱。

在此过程中，另有干净的空气从填料床B进入燃烧室，用来吹扫上一过程在填料床B中滞留的废气。

在达到循环时间T后，通过3个填料床底部的9个自动切换阀门由PLC程序控制切换，废气由填料床C进入，从填料床B排出，填料床A进行吹扫程序。

如此通过PLC程序控制自动切换阀门的切换，就可完成废气的连续净化，余热的回收利用。

部件组成的说明

(1)蓄热室

蓄热室四周采用连续焊保证气密性，每个蓄热室采用内保温。保温材料采用硅酸铝陶瓷纤维软制品。壳体由6mm钢板制造，局部设加强筋，壳体密封性良好。壳体内壁涂防腐涂层，并进行内保温(耐热1260℃)，厚度220mm。外表涂耐热漆。

(2)蓄热介质

本例采用陶瓷矩鞍环填料。该填料在急热急冷时具有很好的化学和物理稳定性，还可以改善气流分布。

(3)燃烧室

每个蓄热室均与一个共同的燃烧室相连，燃烧室位于蓄热室顶部，各室的法兰面采用连续焊以保证气密性，燃烧室有1个燃烧器。燃烧室各个侧面采用硅酸铝陶瓷纤维软制品内保温。燃烧室设2个人孔，人孔带有易移动的吊架。燃烧室壳体由6mm钢板制造，局部设加强筋，壳体密封性良好。壳体内设耐火保温层(耐热1260℃)，厚度250mm。外表涂耐热漆。

(4)阀门(切换阀)

本RTO的所有阀门，全部选用气动蝶阀。阀门精度高，泄漏量小(小于1％)，寿命长(可达100万次)，运行可靠。蝶阀的压降小，安装灵活性大，同时，在处理污浊气流时蝶阀具有较高的可靠性。

切换阀采用气动方式，电磁阀和气缸，气动执行机构要求压缩空气压力为4-6bar。

换向阀由于采用了缓冲消音装置，震动小，噪音小。

(5)燃烧系统包括燃烧器和燃烧管线

采用1台燃烧器来维持RTO燃烧室的设计温度。燃烧器的能力大小取决于加热清洁空气(无附加能量)的流量，另外工艺气的湿度大小、不燃物的浓度也要考虑。

采用North American低压头比例调节式燃油燃烧器，燃烧器能力200万kcal/h。

本系统具有自动吹扫、自动点火、紫外线扫描仪火焰检测、火焰燃烧状况监视等功能。可实现温度自动控制、高温报警和应急保护、风量自动调节和空燃比自动控制、燃气压力自动和手动调节等功能。系统含燃烧机(含助燃风机)、燃烧管路系统、电控柜等全套。燃烧系统应足以满足最大燃烧容量及升温曲线等要求。

燃烧管路含主关断阀、过滤器、指示柴油供给压力的压力表、压力控制器、指示燃烧器前柴油压力的压力表、燃气压力开关、气体高低压力开关、快速切断阀及调控马达、比例调节阀(气体流量调节阀)、点火电磁阀、手动蝶阀等全套。

(6)余热锅炉系统(换热器)

本例采用卧式水管锅炉，额定蒸汽压力1.7MPa，额定温度207℃，额定蒸汽量5-6.5吨/h。

(7)烟囱、风管、平台等

烟囱由Q235-A(厚8mm，10mm)钢板制作，直径1300mm，标高35m，加揽风绳，并进行防腐防锈处理，含避雷装置。烟囱底段(从底面以上6m)等进行外保温，材料为岩棉，厚度100mm，外包0.8 mm厚的镀锌钢板。在烟囱的适当高度设置VOC、CO、NO_X的浓度、流量、温度等人工检测口装置。

RTO系统内部风管除RTO进口段风管材质为SUS304之外，其它采用δ3mm厚的Q235-A钢板制作，内衬防腐涂层，外涂防锈漆。所有风管全部进行外保温，保温材料为岩棉，厚度100mm，外包δ0.8mm厚的镀锌钢板。

标准平台钢架，45°扶梯。

(8)风机

根据本项目RTO设计的工艺条件，在RTO正常运行时废气动力足够了不需要外加动力，故RTO系统提供1台吹扫风机，风量7000m³/h，风压7000Pa，电机功率为30kw，耐温250℃，上海通用风机，用于RTO系统吹扫净化，并且该风机在RTO首次启动烘炉时提供新鲜风的动力。1台燃烧风机，2800m³/h，风压10KPa，15kw，用来给燃烧器补充助燃空气。

(9)控制系统

全套系统采用西门子的S7-300 PLC进行控制。在控制柜面板上设置人机界面(HMI)，人机界面采用台湾WEINVIEW产品，通过人机界面：

△对整个系统的流程和工作状态进行显示。

△利用人机界面的分图对专用设备的状态进行显示。

△一般报警(对生产没有影响)

△阻碍性故障(严重故障，可能导致无法正常生产)

△非阻碍性故障(一般故障，对正常生产无影响)

△参数设定功能

△在人机界面可显示所有设备信息

PLC的I/O模块输入、输出(I/O)点至少有总点数10％的预留；

存储器剩余可编程空间不少于总存储容量的20％；

接口信号采用谁选用谁负责的原则。电缆的编号采用双方编号综合形式，来源信号编号在前，目标信号编号在后。

使用的控制程序是梯形图。PLC程序完全符合工艺要求，具有完善的诊断和保护功能。控制软件为结构化程序设计，通过子程序间的调用来完成各种控制功能；所有转子程序指令加指令注释以说明该子程序的功能；所有输入/输出(I/O)地址、过程标志位、数据存储字加地址注释以说明该地址的作用；控制程序应加注各种注释，注释语言为汉语或英语。

电机控制：各电机回路配有低压断路器(带热保护功能)组成的短路保护和过载保护线路。电机正常运行时有运行信号灯显示，接电流信号入控制室，当出现异常故障时有相应的显示和报警。

控制要点：

采用西门子PLC编程控制。所有的系统功能都可在PLC控制器面板操作来实现。燃烧控制器、火焰监测器、高压点火开关等采用美国HONEYWELL产品。并配有西门子触摸屏，对整个系统运行工况进行实时监控。

燃烧系统具有点火前的预吹扫、高压点火、熄火保护、超温报警和超温切断燃料供给等自动功能。

炉膛内高温传感器能反馈炉膛温度信息，确定热旁通管线上阀门的开启比例，使炉膛温度稳定在850℃左右，当炉膛温度超过950℃时，系统将自动报警，超过980℃时，系统将自动离线。

系统能对设备故障进行声光报警。

本例装置的优点包括：

超低燃料费：有机废气浓度在450PPM以上，蓄热式氧化器(RTO)装置不需辅助燃料。

高净化率：两床式RTO净化率在98％以上，三床式RTO净化率在99％以上。

不产生二次公害：RTO装置不产生NO_X。

自动控制、操作简单：RTO装置采用全自动控制，操作费用低。

安全性：RTO装置设有防爆膜及异常报警装置，安全性高。

RTO基本原理是将废气加热到760℃以上，废气中的有机物在高温下发生氧化反应，使废气中的碳氢化合物变成CO₂和H₂O，直接排放到大气。RTO装置包括一组热回收率高达95％的陶瓷填充床换热器，由于废气浓度较高，所以在本技术方案中除启动外，不需使用辅助燃料，还可以用余热锅炉副产蒸汽。

Claims

1.一种蓄热式热氧化器，其特征是包括燃烧室、填料床、切换阀和控制装置；所述填料床有多个；各个填料床的上部分别与燃烧室连通，各个填料床的下部连接两个切换阀，分别为进气阀和出气阀；控制装置连接控制各个切换阀的开关；所述燃烧室内设有点火装置。

2.根据权利要求1所述的蓄热式热氧化器，其特征是包括吹扫风机，吹扫风机的出风口通过管路连接各个填料床的下部；吹扫风机的出风口与各个填料床连接处设有切换阀，所述控制装置连接控制该切换阀的开关。

3.根据权利要求1所述的蓄热式热氧化器，其特征是包括烟囱，所述各个填料床的出气阀都连接至烟囱。

4.根据权利要求1所述的蓄热式热氧化器，其特征是包括烟囱，所述燃烧室上设有出气口，该出气口通过切换阀连接烟囱；出气口与烟囱之间设置换热器。

5.根据权利要求1所述的蓄热式热氧化器，其特征是所述点火装置是燃烧器；燃烧器的燃料管线上设有调节阀，所述控制装置连接控制该调节阀；所述燃烧器上还连接有助燃风机。

6.根据权利要求1所述的蓄热式热氧化器，其特征是所述控制装置是PLC。

7.根据权利要求1所述的蓄热式热氧化器，其特征是所述填料床包括蓄热室和填料，填料装在蓄热室内。