CN203131842U - 有机废气蓄热式热力燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种有机废气蓄热式热力燃烧装置，包括负压密封转阀、蓄热室和热力燃烧室，所述蓄热室的上部与热力燃烧室相连，所述蓄热室的下部与负压密封转阀相连，所述蓄热室内装填有蓄热材料，所述蓄热室沿圆心方向呈扇形状等分为2n个蓄热分室，其中n≥3。本实用新型采用一个负压密封转阀替代常规二室RTO、三室RTO和多室RTO的多个切换阀门，利用一个负压密封转阀的旋转，来实现2n个蓄热分室依次完成预热-冲洗-蓄热三个过程，解决了众多切换阀门不可能实现的开启与关闭的一致性，同时操作简单，装置运行稳定可靠。

Description

有机废气蓄热式热力燃烧装置

技术领域

本实用新型属于有机废气净化领域，具体涉及一种有机废气蓄热式热力燃烧装置。

背景技术

橡胶、纺织、涂层、化工、石油化工、汽车制造等行业在生产过程中产生大量的有机废气，有机废气主要由挥发性有机化合物(Volatile OrganicCompounds，VOC)组成，工业有机废气在涂装、印刷、电子、化工及食品等行业的生产加工中大量地产生,有机废气和空气中的氮氧化物发生光化学反应，产生严重的烟雾.产生难闻的恶臭,有机废气很多成分具有毒性，使人体产生各种疾病甚至致癌；有机废气如不经过净化处理并实现达标排放，将会严重污染环境，危害空气质量。由于有机废气大部分属挥发性易燃易爆物质，易聚积，与空气形成爆炸性混合物后遇火或静电等极易引发爆炸或火灾事故，造成生命和财产的重大损失。有机废气中的有机污染物都具有很高的热值，具有很高的回收价值。有机废气中有机污染物浓度越高，其回收价值就越高，若不能加以利用，是极大的浪费。

很多场合排放的有机废气是有多种复杂的有机成分，浓度不高，采用常规的热力燃烧与催化燃烧，不足以维持自燃，还需要补充大量的热能，为此开发出了有机废气蓄热室热力燃烧装置（Regenerative Thermal Oxidizer，RTO），RTO实际上是由高效的蓄热室、热力燃烧室、切换阀门组成。RTO经历了二室RTO→三室RTO→多室RTO的发展历程，例如三室RTO就需要配备9个切换阀门，这些切换阀门在切换的过程中无法做到同步开启与关闭，这样就造成了待净化的有机废气与净化后的洁净气体的交叉污染，交叉污染就造成了净化效率不高，无法实现达标排放，而且切换阀门众多，操作就十分繁琐，故障率很高。

目前RTO最常用的基本形式有三种：二室RTO、三室RTO、多室RTO（＞3）。

·二室RTO

二室RTO是最早一种形式的RTO，其由二个蓄热室、一个热力燃烧室、4个切换阀门组成。有机废气首先进入预热床A，有机废气被床A内的蓄热蜂窝陶瓷预热，预热的废气再进入热力燃烧室进行热力燃烧净化，净化后的高温洁净气体再进入床B，高温气体的热量释放到床B的蓄热蜂窝陶瓷上，高温洁净气体降温后排放；当在下一个切换周期内，通过4个切换阀门的切换，废气首先进入床B，有机废气被床B内的蓄热蜂窝陶瓷预热，预热的废气在进入热力燃烧室进行热力燃烧净化，净化后的高温洁净气体再进入蓄热床A，高温气体的热量释放到蓄热床A的蓄热蜂窝陶瓷上，高温洁净气体降温后排放；如此往复循环，实现热能在床A与床B之间来回迁移。但这种形式的RTO具有如下缺点：

（1）当在进行阀门切换时，管道与床内的残存的有机废气会随净化后的气体排放，在切换阶段是无法实现达标排放；

（2）当有机废气从下向上通过预热床时，随着时间的推移，预热床内的蓄热蜂窝陶瓷会逐步降温，越靠近进气端的温度越低，当温度低于有机污染物的沸点时，有机污染物会被吸附在蓄热蜂窝陶瓷上，当在下一个周期内，这些被吸附在蓄热蜂窝陶瓷上的有机污染物被高温气体脱附出来并排放，在这个阶段，也是无法实现达标排放。

综上所述，二室RTO在一个周期内，大约有60%以上的时间内无法实现达标排放，其综合净化效率不会超过80%。

·三室RTO

三室RTO是在二室RTO的基础上发展起来的，其由3个蓄热室、1个热力燃烧室、9个切换阀门组成。三室RTO是在二室RTO的基础上增加了一个冲洗室，在每个切换周期内，其中的一个蓄热室进行冲洗，冲洗后的气体回流到RTO进口进行再次净化处理，三室RTO的的每个蓄热室依次经历蓄热—冲洗—放热过程。三室RTO解决了吸附-脱附的污染问题，但无法解决9个切换阀门在切换时的同步性，这样就会造成在阀门切换时，有机废气与净化后的洁净气体形成交叉污染，导致在这个阶段无法实现达标排放。另外9个切换阀门，需要有一个十分庞杂的液压传动系统，操作十分繁杂，故障率高。

·多室RTO

多室RTO是在三室RTO的基础上发展起来的，其每次都是有一个室在进行冲洗，但无法解决多个切换阀门在切换时的同步性，这样就会造成在阀门切换时，有机废气与净化后的洁净气体形成交叉污染，导致在这个阶段无法实现达标排放。另外众多的切换阀门，需要有一个十分庞杂的液压传动系统，相比三室RTO，其操作更加繁杂，故障率更高。

实用新型内容

实用新型目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本实用新型的目的是提供一种有机废气蓄热式热力燃烧装置，采用一个负压密封转阀替代常规二室RTO、三室RTO和多室RTO的多个切换阀门，利用一个负压密封转阀的旋转，来实现2n（n≥3）个蓄热分室依次完成预热-冲洗-蓄热三个过程，解决了众多切换阀门不可能实现的开启与关闭的一致性，同时操作简单，装置运行稳定可靠。

技术方案：为实现上述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案为一种有机废气蓄热式热力燃烧装置，包括负压密封转阀、蓄热室和热力燃烧室，所述蓄热室的上部与热力燃烧室相连，所述蓄热室的下部与负压密封转阀相连，所述蓄热室内装填有蓄热材料，所述蓄热室沿圆心方向呈扇形状等分为2n个蓄热分室，其中n≥3。

所述蓄热分室中可以有2个对称设置的冲洗室；所述两个冲洗室的一侧为（n-1）个进入废气的蓄热分室，另一侧为（n-1）个进入净化后的洁净气体的蓄热分室。有机废气在空气密封转阀的引领下进入（n-1）个相邻的蓄热分室（冷侧室）进行废气预热，有机废气在热力燃烧室内热力燃烧净化后再进入与冷侧室对称的（n-1）个相邻的蓄热分室（热侧室），将热力燃烧产生的高温洁净气体的热能释放到这热侧室的蓄热蜂窝陶瓷内，将热能回收蓄积，用于下一个旋转周期预热有机废气。另外2个蓄热分室做为“冲洗室”，热力燃烧产生的高温洁净气体对2个“冲洗室”内的蓄热蜂窝陶瓷进行冲洗，将在上一个旋转周期内吸附到冷侧室蓄热蜂窝陶瓷上的有机污染物脱附出来，进入负压密封转阀内并回流到RTO的进气口，重新进入RTO内进行净化处理，同时高温洁净气体的热能释放到冲洗室内的蓄热蜂窝陶瓷上。在下一个旋转周期里，一个冲洗室转换为冷侧室用于有机废气的预热，一个冲洗室转换为热侧室用于蓄热回收热能。

还可包括风机；所述负压密封转阀可包括圆柱形进气箱、定子、转子和排气管所述转子可包括冲洗收集槽和排气槽，该冲洗收集槽的中心连接所述排气管的上端，所述排气管的下端连接风机，所述排气槽分别连接所述冲洗收集槽和排气管的管壁，所述转子的上表面设有第一环形导轨，所述定子设在所述圆柱形进气箱的上表面，且该定子的下表面设有与所述第一环形导轨相适配的第二环形导轨，所述第一环形导轨插入所述第二环形导轨。转子在驱动系统驱动下，沿定子的第二环形导轨做圆周运动。

所述冲洗收集槽可始终对应所述冲洗室，所述排气槽可对应（n-1）个进入净化后的洁净气体的蓄热分室。

所述第二环形导轨与第一环形导轨之间可设有间隙。所述间隙的大小可为3至5微米，这样既能保证转子旋转的灵活性，又能将圆柱形进气箱内的有机废气泄漏到转子内冲洗收集槽气体量控制到最小。

所述转子的下部可设置有一个气囊支撑。通过调节气囊的压力来调整转子上的凸面环形导轨（即第一环形导轨）与定子下的凹槽环形导轨（即第二环形导轨）之间的间隙。这样既能保证转子旋转的灵活性，又能将上述间隙控制在最小，而且这种调节十分方便。

所述冲洗收集槽可包括两个对称设置的槽口，所述槽口将（n-1）个进入废气的蓄热分室与（n-1）个进入净化后的洁净气体的蓄热分室隔离。圆柱形进气箱内的待处理的有机废气和转子排气槽内的净化后的洁净气体从转子与定子环形导轨的3-5um间隙泄漏到冲洗收集槽内，冲洗收集槽保持负压设计（通过风机的作用），保证冲洗收集槽内的气体被及时抽并回流到RTO的进气口与废气一并再进行净化处理，这样圆柱形进气箱内的待处理的有机废气和排气槽内的洁净气体不会形成交叉污染。

由于整个圆柱形蓄热室用钢板等分为2n个蓄热分室，负压密封转阀的转子每次旋转时，负压密封转阀的冲洗收集槽正好位于2个对称分布的分室下部，这2个分室就是“冲洗室”，热力燃烧室产生的高温洁净气体对冲洗室内的蓄热材料进行冲洗，一是可以将热能蓄积在冲洗室的蓄热材料上；二是利用高温洁净气体对冲洗室内的蓄热材料进行吹扫脱附，脱附气体进入冲洗收集槽内并回流到RTO的进气口。

所述蓄热材料可为蓄热蜂窝陶瓷。

有益效果：本实用新型采用一个负压密封转阀就可以实现蓄热室的预热-冲洗-蓄热的转换，操作与控制简单灵活；采用负压密封技术与冲洗收集槽，保证了有机废气与净化后的洁净气体之间不会相互渗漏，不会形成交叉污染，提高了净化效率；负压密封转阀的转子与定子之间保留一定的间隙，这样使得转子与定子之间不会产生摩擦，不仅保证了转子旋转的灵活性与可靠性，同时也降低了负压密封转阀机械加工的精度与安装精度，降低了设备的生产成本；始终保证2个蓄热分室处于冲洗状态，解决了蓄热陶瓷的吸附-脱附污染问题，提高了净化效率，达到98%以上。

附图说明

图1为本实用新型有机废气蓄热式热力燃烧装置内部结构示意图；

图2为本实用新型有机废气蓄热式热力燃烧装置主要部件的外部结构示意图。

图中：1、外壳，2、隔热材料，3、蓄热室，4、定子，5、法兰，6、转子，7、排气管，8、气囊，9、驱动系统，10、排气口，11、进气口，12、排气槽，13、钢板，14、冲洗收集槽，15、热力燃烧室，16、圆柱形进气箱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

本实用新型有机废气蓄热式热力燃烧装置（RTO），采用负压密封转阀的RTO装置，利用一个负压密封转阀的旋转，来实现12个蓄热分室依次完成预热-冲洗-蓄热三个过程。采用负压密封技术，使得负压密封转阀的转子6与定子4之间不直接接触摩擦，使得负压密封转阀的加工与安装简单，而且运行可靠，故障率低，设备使用寿命长；同时采用冲洗回流技术，不仅使得了冲洗室完成了蓄热过程，而且将在上一预热阶段蓄热蜂窝陶瓷所吸附的有机污染物脱附出来，为下一阶段的蓄热提供了洁净的蓄热蜂窝陶瓷，解决了蓄热阶段脱附污染问题。2个冲洗室始终对称分布且设置了冲洗收集槽14，将有机废气与排放的洁净气体始终隔离，且不会交叉污染。提高了装置的净化效率。

如图1和图2所示，有机废气蓄热式热力燃烧装置（RTO），其包括负压密封转阀、蓄热室3、热力燃烧室15等，其中蓄热室和热力燃烧室的外侧为外壳1，外壳中设有隔热材料2，该隔热材料可以是隔热纤维板等。蓄热室被钢板13等分分隔为12个完全相同的蓄热分室，有机废气在负压密封转阀的引领下进入5个相邻的蓄热分室进行废气预热，预热后的有机废气进入热力燃烧室内热力燃烧净化，然后再进入5个相邻的蓄热分室，将热力燃烧产生的高温洁净气体的热能释放到这5个蓄热分室的蓄热蜂窝陶瓷（图中未示出）内，将热能回收蓄积，用于后续预热下一旋转周期的有机废气。另外2个蓄热分室作为“冲洗室”，热力燃烧产生的高温洁净气体对2个“冲洗室”内的蓄热蜂窝陶瓷进行冲洗，将在上一个预热周期内吸附到冷侧室蓄热蜂窝陶瓷上的有机污染物脱附出来，并进入冲洗收集槽内，通过排气口10回流到RTO的进气口11，重新进入RTO内进行净化处理，为下一阶段的蓄热提供了洁净的蓄热蜂窝陶瓷，解决了蓄热阶段脱附污染问题。

进一步，所述的蓄热室是一个圆柱状立式结构设备，内部采用钢板分隔为12个完全相同的蓄热分室，每个蓄热分室都装填有蓄热蜂窝陶瓷。蓄热室上部与热力燃烧室相连，蓄热室下部与负压密封转阀相连，负压密封转阀将蓄热室分割成进气端口（对应5个蓄热分室）、排气端口（对应5个蓄热分室）、冲洗回流端口（对应2个蓄热分室）三个部分。

所述负压密封转阀中的圆柱形进气箱16是固定的，而排气槽12与冲洗收集槽是一体的，是一个半圆锥体结构装置，统称转子，其在驱动系统9的驱动下做圆周运动（该驱动系统实际上是和排气管相连，通过驱动排气管旋转从而带动连接在排气管上的转子运动），排气槽对应的是蓄热室的排气端口，冲洗收集槽对应的是蓄热室的冲洗回流端口，无论转子运动到什么位置，都不会影响废气进入蓄热室的进气端口。

所述的圆柱形进气箱与蓄热室之间采用法兰5连接，圆柱形进气箱的上端面与定子相连，定子与转子的环形导轨间隙约3-5um,圆柱形进气箱内的有机废气有极其少量的从间隙内泄漏到冲洗收集槽内，同时在转子的排气槽内的洁净气体也有极其少量的从间隙内泄漏到冲洗收集槽内，而冲洗收集槽的中心位置连接一个排气管7，排气管接到风机（图中未示出）的进口端，利用风机的抽吸作用在冲洗收集槽内产生负压，及时将冲洗收集槽内的废气通过排气口排出并重新进入RTO的进气口进行处理。这样就成功解决了有机废气与净化后的气体交叉污染的问题。由于转子与定子之间有3-5um的间隙，这样转子与定子不会直接接触，不会产生磨损，保证了负压密封转阀运转的灵活性。冲洗收集槽包括两个对称设置的槽口，始终把蓄热室的进气端口与排气端口对称分隔开来。空气密封转阀既解决了交叉污染问题，又保证了阀门旋转的灵活性，同时也降低了对空气密封转阀加工精度的要求，降低了设备的加工成本。

所述的冲洗收集槽，当空气密封转阀每旋转一次，空气密封转阀上的冲洗收集槽始终对应着蓄热室的2个蓄热分室，这2个蓄热分室就是冲洗室，一部分热力燃烧产生的高温洁净气体从冲洗室顶部流过冲洗室的蓄热蜂窝陶瓷，高温洁净气体的热能释放到冲洗回流室内的蓄热蜂窝陶瓷上，同时原来吸附在冲洗室蓄热蜂窝陶瓷内的有机污染物被高温洁净气体脱附出来进入到冲洗收集槽内，通过排气管和排气口回流到进气口再次进行净化处理。这样就解决了常规二室RTO、三室RTO、多室RTO的吸附-脱附所造成的交叉污染问题。

所述的负压密封转阀采用一个转阀代替常规二室RTO、三室RTO、多室RTO的众多切换阀门，解决了众多切换阀门不可能实现的开启与关闭的一致性问题，同时设备运转与操作更加灵活简单。

所述的负压密封转阀采用气囊8支撑，通过调节气囊的压力来调节转子与定子的间隙，这样既能保证转子旋转的灵活性，又能将上述间隙控制在最小，同时也使得这种调节操作十分简单，而不需要拆卸整个负压密封转阀。

本实用新型有机废气蓄热式热力燃烧装置的工作过程分为以下三个过程：1、预热；2、冲洗；3、蓄热。

1、预热

有机废气首先进入从圆柱形进气箱内，通过负压密封转阀的分配进入12个蓄热分室中相邻的5个蓄热分室，废气自下而上通过5个蓄热分室，蓄热分室内的蓄热蜂窝陶瓷将热量释放给有机废气，有机废气得到预热升温，而这5个蓄热分室内的蓄热蜂窝陶瓷的温度逐步降低。这个过程称之为“预热”。经过预热的废气再进入顶部的热力燃烧室进行热力燃烧净化，有机废气中的VOC（VolatileOrganic Compounds，挥发性有机化合物）被转化为无毒无害的二氧化碳和水。

2、冲洗

热力燃烧产生的高温洁净气体部分进入冲洗室，高温洁净气体自上而下通过这二个冲洗室，高温洁净气体对这二个分室进行吹扫，高温洁净气体将热能释放到这二个冲洗室的蓄热蜂窝陶瓷并使得蓄热蜂窝陶瓷的温度逐步升高，同时还将吸附到蓄热蜂窝陶瓷上的有机污染物脱附出来并吹扫进入冲洗收集槽内，冲洗收集槽内的气体由风机抽吸到RTO的进气口进行再次净化处理。这个过程称之为“冲洗”。这二个冲洗分室在下一个旋转周期内，一个作为预热室，一个作为蓄热室。冲洗的作用有二个，一是将冲洗室内的蓄热蜂窝陶瓷蓄热升温，用于下一个旋转周期内预热有机废气；二是将上一个旋转周期内预热阶段吸附到蓄热蜂窝陶瓷上的有机污染物脱附出来，当这个分室在下一个旋转周期内作为蓄热分室时，该蓄热分室的蓄热蜂窝陶瓷是洁净的，防止交叉污染。

3、蓄热

热力燃烧室热力燃烧所产生的高温洁净气体从5个相邻的蓄热分室上部进入到蓄热分室内，高温洁净气体自上而下通过这5个蓄热分室的蓄热蜂窝陶瓷并将热能释放到蓄热蜂窝陶瓷上，蓄热蜂窝陶瓷的温度逐步升高，而高温洁净气体的温度逐步降低，降温后的洁净气体进入负压密封转阀的排气槽内并通过出气口（图中未示出）排出RTO，这个过程称之为“蓄热”。

空气密封转阀每间隔一定的时间旋转36°，当空气密封转阀旋转10次，完成一个切换周期，在此期间，每个蓄热分室依次完成了预热室—冲洗室—蓄热室的转换。

Claims (9)

1.一种有机废气蓄热式热力燃烧装置，其特征在于：包括负压密封转阀、蓄热室和热力燃烧室，所述蓄热室的上部与热力燃烧室相连，所述蓄热室的下部与负压密封转阀相连，所述蓄热室内装填有蓄热材料，所述蓄热室沿圆心方向呈扇形状等分为2n个蓄热分室，其中n≥3。

2.根据权利要求1所述有机废气蓄热式热力燃烧装置，其特征在于：所述蓄热分室中有2个对称设置的冲洗室；所述两个冲洗室的一侧为（n-1）个进入废气的蓄热分室，另一侧为（n-1）个进入净化后的洁净气体的蓄热分室。

3.根据权利要求2所述有机废气蓄热式热力燃烧装置，其特征在于：还包括风机；所述负压密封转阀包括圆柱形进气箱、定子、转子和排气管，所述转子包括冲洗收集槽和排气槽，该冲洗收集槽的中心连接所述排气管的上端，所述排气管的下端连接风机，所述排气槽分别连接所述冲洗收集槽和排气管的管壁，所述转子的上表面设有第一环形导轨，所述定子设在所述圆柱形进气箱的上表面，且该定子的下表面设有与所述第一环形导轨相适配的第二环形导轨，所述第一环形导轨插入所述第二环形导轨。

4.根据权利要求3所述有机废气蓄热式热力燃烧装置，其特征在于：所述冲洗收集槽始终对应所述冲洗室，所述排气槽对应（n-1）个进入净化后的洁净气体的蓄热分室。

5.根据权利要求3所述有机废气蓄热式热力燃烧装置，其特征在于：所述第二环形导轨与第一环形导轨之间设有间隙。

6.根据权利要求5所述有机废气蓄热式热力燃烧装置，其特征在于：所述间隙的大小为3至5微米。

7.根据权利要求3所述有机废气蓄热式热力燃烧装置，其特征在于：所述转子的下部设置有一个气囊支撑。

8.根据权利要求3所述有机废气蓄热式热力燃烧装置，其特征在于：所述冲洗收集槽包括两个对称设置的槽口，所述槽口将（n-1）个进入废气的蓄热分室与（n-1）个进入净化后的洁净气体的蓄热分室隔离。

9.根据权利要求1所述有机废气蓄热式热力燃烧装置，其特征在于：所述蓄热材料为蓄热蜂窝陶瓷。

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