CN217464466U - 一种超低排放的内燃式废气焚烧系统 - Google Patents

Abstract

一种超低排放的内燃式废气焚烧系统，特别适用于废气浓度波动范围较大，且间歇性排放的VOCs废气处理场合。VOCs废气经水封罐、分液罐后进入燃烧塔，由防回火燃烧器喷出，与空气充分混合后在燃烧塔中进行燃烧；燃烧塔为VOCs分解提供恒定温度场及足够的空间，使得废气完全分解；内燃式废气燃烧塔上部设有热电偶检测燃烧温度，当温度低于设定温度时，则调节助燃气及风机风量，当温度高于设定温度时，则调节风量降低温度；高温破坏废气使其完全分解，加上多重安全防回火措施、防回火型燃烧器、紧急切断阀、阻火器、氮气吹扫系统等实现任何浓度下的安全达标排放。

Description

一种超低排放的内燃式废气焚烧系统

技术领域

本实用新型属于废气处理技术领域，特别涉及一种处理浓度波动大、间歇性、非连续排放的废气的处理技术，具体地说是一种超低排放的内燃式废气焚烧系统，可实现废气的安全节能处理排放。

背景技术

目前国内环保领域焚烧法处理VOCs废气根据气源特性和排放特点主要有三种途径，焚烧炉TO、蓄热式焚烧装置RTO、蓄热催化燃烧RCO等,该类焚烧法治理VOC装置均需长期处于热备用状态，装置频繁启停对耐火浇注料、蓄热体产生的冷热冲击会降低其寿命；停炉以后设备的耐火材料及粘结剂等都残留有水分,启动前需要去除，以免在炉膛升温时水分急剧汽化，耐火砖受热急剧膨胀，而造成炉膛开裂或倒塌。烘炉曲线是由耐火砖和耐火浇注料生产厂家根据材料特性确定的升温曲线，若温度升得太快，炉体砌筑处就会出现明显的裂缝，通常焚烧炉烘炉需2-3天，RTO至少需要3-4小时时间。

从废气浓度要求角度：RTO/RCO有超温及爆炸风险，TO、RTO、RCO进气均需低于25%LEL，若VOCs浓度过高则会超温或有安全隐患，如采用焚烧炉TO处理，则在低浓度时需添加大量辅助燃料气，在高浓度时需稀释至爆炸极限外。如采用RTO，当VOCs浓度>25%LEL，则需加大量风稀释，当VOCs浓度超过爆炸上限时，需要几十倍的稀释风量，这样就无形中造成设备的庞大。同时对VOCs浓度检测仪的灵敏性及控制系统的响应时间提出巨大挑战，因为浓度是随时变化的，大大降低了该类设备的安全性能。

综上所述，对于VOCs浓度波动大，甚至从<25%LEL到>25%LEL都有可能的废气（如装卸台、码头装船等间歇性工况废气），上述处理技术从经济性及安全性均无法很好地处理。本实用新型的废气焚烧系统避免了长时间烘炉，克服了废气浓度的限制，采用多重安全防回火措施，从而实现了任何浓度废气下的快速安全达标治理。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有的焚烧法处理VOCs废气存在安全性差、设备成本高，处理风险大的问题，设计一种烘炉时间短、不受废气浓度限制可在任何浓度废气下的快速安全达标治理的超低排放的内燃式废气焚烧系统。

本实用新型的技术方案是：

一种超低排放的内燃式废气焚烧系统,其特征在于它主要由燃烧系统、供风系统、VOCs供气系统、燃料气供应系统、氮气吹扫系统和控制系统组成，其中：

所述的燃烧系统包括燃烧塔1、VOCs防回火燃烧器2和长明灯3；VOCs防回火燃烧器2和长明灯3均安装在燃烧塔1中；

所述的供风系统包括风机4、风阀5，风机4为变频风机，直接连接燃烧塔1，风阀5设置在燃烧塔1的底部并设置有可调执行机构，可调执行机构调节挡板开度以便调节风量大小，风阀的数量为一个或以上；

所述的VOCs 供气系统主要包括分液罐6、水封罐7、VOCs风机8、紧急切断阀9、带测温型阻火器10及其工艺所需测温测压、测量仪表及附属阀门；分液罐6的进口端与VOCs气源相连通，出口端与水封罐7的进口端相连通，VOCs风机8的进风口与水封罐7的出口端相连通，VOCs风机8的出风口与带测温型阻火器10的进口端相连通，紧急切断阀9安装在连接VOCs风机8的出风端与带测温型阻火器10进口端的管路上，带测温型阻火器10的出口端与VOCs防回火燃烧器2的进气端相连通；

所述的燃料气供应系统的进口端与燃烧气气源相连通，它的出口端一路与直接进入燃烧塔中作为引燃火炬气源，一路与VOCs气供气管路相连通并与其混合后进入VOCs防回火燃烧器2中，另一路与长明灯3相连通，作为长明灯燃烧气源；在燃料气的进气管路上安装有燃料减压阀11，在为长明灯供气的管线上安装有长明灯管线调节阀12，在为VOCs气供气的管路上安装有第一助燃管线调节阀13，在为引燃火炬供气的管路上安装在第二助燃管线调节阀14；

所述的氮气吹扫系统的进口端与氮气气源相连通，它的出口端通过管道分别连接燃料气供应管线和VOCs气供气管线，在氮气气源的出口端管线上依次安装有氮气开关阀15、减压阀16和限流孔板17；

所述控制系统采用多重连锁控制，与VOCs管线紧急切断阀及燃烧塔测温装置18进行连锁，若燃烧塔测温装置温度高于报警温度，则紧急切断VOCs进气阀门。

所述的燃烧塔1为自立式，其内部敷设无需烘炉的材料。

所述的无需烘炉的材料为耐高温陶瓷纤维毯、耐火纤维模块或具有相同功能的材料，以保证系统能够随时启停，从而适应间歇性排放规律的VOCs废气。其中所述防回火燃烧器2置于燃烧塔1内部，采用中国专利CN201320634050.6的防回火燃烧器实现高效防回火功能，可根据工艺需求设置为单级或多级。

所述的燃烧塔1的中上部设置多个测温装置18,可以是如热电偶等类似相同的测温设备。

所述的带测温阻火器10设置于靠近燃烧塔位置，它是阻爆燃型或阻爆轰型阻火器，且其端部设置测温装置判断是否发生回火。

所述的氮气吹扫系统与燃烧塔测温装置18及带测温阻火器10上的测温装置进行连锁，若燃烧塔测温装置温度高于报警温度及阻火器测温装置设定温度，即开启氮气吹扫。

所述风机4、风阀5及第一助燃管线调节阀13、第二助燃管线调节阀14与燃烧塔测温装置18连锁，若燃烧塔测温装置温度低于设定温度时，调节第一助燃管线调节阀13、第二助燃管线调节阀14，增大助燃气量；若燃烧塔测温装置温度高于设定温度，则调节风机4风量，开大风阀5开度提高风量降低燃烧塔内温度，从而实现温度恒定。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的废气焚烧系统避免了长时间烘炉，克服了废气浓度的限制，采用多重安全防回火措施，从而实现了任何浓度废气下的快速安全达标治理。

附图说明

图1为本实用新型的焚烧系统结构示意图。

图2为本实用新型使用的防回火燃烧器示意图。

图中：1-燃烧塔；2- 防回火燃烧器；3-长明灯；4-风机；5-风阀；6-分液罐；7-水封罐；8-VOCs风机；9-紧急切断阀；10-带测温阻火器；11-减压阀；12-长明灯调节阀；13、14-助燃管线调节阀；15-氮气开关阀；16-氮气减压阀；17-限流孔板；18-测温装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1、2所示。

一种超低排放的内燃式废气焚烧系统,主要由燃烧系统、供风系统、VOCs供气系统、燃料气供应系统、氮气吹扫系统和控制系统组成，其中：所述的燃烧系统包括燃烧塔1、VOCs防回火燃烧器2和长明灯3；VOCs防回火燃烧器2和长明灯3均安装在燃烧塔1中。燃烧塔1为自立式，其内部敷设无需烘炉的材料如耐高温陶瓷纤维毯、耐火纤维模块或具有相同功能的材料，以保证系统能够随时启停，从而适应间歇性排放规律的VOCs废气。其中所述防回火燃烧器2置于燃烧塔1内部，采用如图2所示的无级自动调节燃烧器（CN201320634050.6）实现高效防回火功能，可根据工艺需求设置为单级或多级。所述的燃烧塔1的中上部设置多个测温装置18,可以是如热电偶等类似相同的测温设备，如图1所示。所述的供风系统包括风机4、风阀5，风机4为变频风机，直接连接燃烧塔1，风阀5设置在燃烧塔1的底部并设置有可调执行机构，可调执行机构调节挡板开度以便调节风量大小，风阀的数量为一个或以上；所述的VOCs 供气系统主要包括分液罐6、水封罐7、VOCs风机8、紧急切断阀9、带测温型阻火器10及其工艺所需测温测压、测量仪表及附属阀门；分液罐6的进口端与VOCs气源相连通，出口端与水封罐7的进口端相连通，VOCs风机8的进风口与水封罐7的出口端相连通，VOCs风机8的出风口与带测温型阻火器10的进口端相连通，紧急切断阀9安装在连接VOCs风机8的出风端与带测温型阻火器10进口端的管路上，带测温型阻火器10的出口端与VOCs防回火燃烧器2的进气端相连通；所述的带测温阻火器10设置于靠近燃烧塔位置，它是阻爆燃型或阻爆轰型阻火器，且其端部设置测温装置判断是否发生回火。所述的燃料气供应系统的进口端与燃烧气气源相连通，它的出口端一路与直接进入燃烧塔中作为引燃火炬气源，一路与VOCs气供气管路相连通并与其混合后进入VOCs防回火燃烧器2中，另一路与长明灯3相连通，作为长明灯燃烧气源；在燃料气的进气管路上安装有燃料减压阀11，在为长明灯供气的管线上安装有长明灯管线调节阀12，在为VOCs气供气的管路上安装有第一助燃管线调节阀13，在为引燃火炬供气的管路上安装在第二助燃管线调节阀14；所述的氮气吹扫系统的进口端与氮气气源相连通，它的出口端通过管道分别连接燃料气供应管线和VOCs气供气管线，在氮气气源的出口端管线上依次安装有氮气开关阀15、减压阀16和限流孔板17；所述控制系统采用多重连锁控制，与VOCs管线紧急切断阀及燃烧塔测温装置18进行连锁，若燃烧塔测温装置温度高于报警温度，则紧急切断VOCs进气阀门。所述的氮气吹扫系统与燃烧塔测温装置18及带测温阻火器10上的测温装置进行连锁，若燃烧塔测温装置温度高于报警温度及阻火器测温装置设定温度，即开启氮气吹扫。所述风机4、风阀5及第一助燃管线调节阀13、第二助燃管线调节阀14与燃烧塔测温装置18连锁，若燃烧塔测温装置温度低于设定温度时，调节第一助燃管线调节阀13、第二助燃管线调节阀14，增大助燃气量；若燃烧塔测温装置温度高于设定温度，则调节风机4风量，开大风阀5开度提高风量降低燃烧塔内温度，从而实现温度恒定。

详述如下：

如图1所示。VOCs经废气输送管线，经分液罐6将液体分离后进入水封罐7；当VOCs废气压力大于水封设定压力时，突破水封经过VOCs废气风机，增压后进入燃烧塔1，从经特殊设计的防回火燃烧器2（如图2）喷出，废气被长明灯12点燃，风机4及风阀5提供废气燃烧充足的空气，空气与废气充分混合，燃烧塔为VOCs分解提供恒定温度场及足够的空间，实现高温完全分解达标超低排放。

关键核心设备燃烧器可采用图2所示的自动变径防回火燃烧器技术，燃烧头的特殊曲面使废气出口在康达效应 (Coanda Effect) 亦称附壁作用或柯恩达效应作用下改变废气出口流向，会有随着凸出的物体表面流动的倾向。当流体与它流过的物体表面之间存在表面摩擦时，流体的流速会减慢。依据流体力学中的伯努利原理，流速的减缓会导致流体被吸附在物体表面上流动。在康达效应的影响下，能够更好更快地与空气进行混合，保证废气高效分解。

当废气流量变化时，燃烧器出口可随废气流量的变化而自动调节，在无排放和排放结束时排放口自动关闭，同时当火炬气流量变化时，自动调节系统中弹簧长度会随之变化，带动康达体上升或下降，从而改变了火炬气出口面积，保证火炬气在相对恒定的速度下喷出，从而始终保证废气出口速度大于回火速度。自有专利技术将防回火性能传统平均提高10,000倍，详细内容见（无级自动调节火炬燃烧器ZL201320634050.6）。

燃烧器可以根据废气排放为多头设计，且每个燃烧头开启压力均可设置为不同的开启压力，当废气流量及压力极小时，通过开启压力低的燃烧头喷出，其他燃烧头保持关闭状态，当废气流量及压力非常大时，所有燃烧头均开启工作，这样自动实现分级功能。

与常规固定口径燃烧器相比，由于常规燃烧器是固定出口设计，当最大排放设计工况与最小排放工况相差较大时，有时甚至可相差几十倍，当极小流量排放时就会出现废气出口速度低于回火速度的情况，从而出现回火爆燃现象。

与蜂窝式多孔燃烧技术相比，自动变径防回火燃烧器将被动防回火转为主动防回火，从燃烧源头根本上提高设备防回火性能的同时，解决了多孔燃烧容易堵塞问题。

通常燃烧温度根据废气组分的不同设定温度为750-850度之间，既保证废气完全分解同时又控制NOx生成，若燃烧塔测温装置18测得温度低于设定温度，说明废气浓度低或者供风太大，则调节助燃管线调节阀13、14，增大助燃气量，同时调节风机4以及风阀5开度；若燃烧塔测温装置测得温度高于设定温度，说明废气浓度太高，或者供风太小，则调节风机4风量，开大风阀5开度，降低燃烧塔内温度，从而实现温度恒定。

为了保证设备安全，燃烧塔内设定温度报警值，通常设为1100-1200度，当燃烧塔测温装置测得温度高于报警温度，则紧急切断VOCs进气阀门9，打开氮气开关阀15，同时将风机4以及风阀5风量调至最大进行降温；若阻火器测温装置10测得超过设定温度，说明发生回火，立即开启氮气吹扫，同时水封罐增加一道回火安全保障，从而保证系统安全运行。

本实用新型未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种超低排放的内燃式废气焚烧系统,其特征在于它主要由燃烧系统、供风系统、VOCs供气系统、燃料气供应系统、氮气吹扫系统和控制系统组成，其中：

所述的燃烧系统包括燃烧塔（1）、VOCs防回火燃烧器（2）和长明灯（3）；VOCs防回火燃烧器（2）和长明灯（3）均安装在燃烧塔（1）中；

所述的供风系统包括风机（4）、风阀（5），风机（4）为变频风机，直接连接燃烧塔（1），风阀（5）设置在燃烧塔（1）的底部并设置有可调执行机构，可调执行机构调节挡板开度以便调节风量大小，风阀的数量为一个或以上；

所述的VOCs 供气系统主要包括分液罐（6）、水封罐（7）、VOCs风机（8）、紧急切断阀（9）、带测温型阻火器（10）及其工艺所需测温测压、测量仪表及附属阀门；分液罐（6）的进口端与VOCs气源相连通，出口端与水封罐（7）的进口端相连通，VOCs风机（8）的进风口与水封罐（7）的出口端相连通，VOCs风机（8）的出风口与带测温型阻火器（10）的进口端相连通，紧急切断阀（9）安装在连接VOCs风机（8）的出风端与带测温型阻火器（10）进口端的管路上，带测温型阻火器（10）的出口端与VOCs防回火燃烧器（2）的进气端相连通；

所述的燃料气供应系统的进口端与燃烧气气源相连通，它的出口端一路与直接进入燃烧塔中作为引燃火炬气源，一路与VOCs气供气管路相连通并与其混合后进入VOCs防回火燃烧器（2）中，另一路与长明灯（3）相连通，作为长明灯燃烧气源；在燃料气的进气管路上安装有燃料减压阀（11），在为长明灯供气的管线上安装有长明灯管线调节阀（12），在为VOCs气供气的管路上安装有第一助燃管线调节阀（13），在为引燃火炬供气的管路上安装在第二助燃管线调节阀（14）；

所述的氮气吹扫系统的进口端与氮气气源相连通，它的出口端通过管道分别连接燃料气供应管线和VOCs气供气管线，在氮气气源的出口端管线上依次安装有氮气开关阀（15）、减压阀（16）和限流孔板（17）；

所述控制系统采用多重连锁控制，与VOCs管线紧急切断阀及燃烧塔测温装置（18）进行连锁，若燃烧塔测温装置温度高于报警温度，则紧急切断VOCs进气阀门。

2.根据权利要求1的所述的超低排放的内燃式废气焚烧系统，其特征是所述的燃烧塔（1）为自立式，其内部敷设无需烘炉的材料。

3.根据权利要求2的所述的超低排放的内燃式废气焚烧系统，其特征是所述的无需烘炉的材料为耐高温陶瓷纤维毯、耐火纤维模块或具有相同功能的材料，以保证系统能够随时启停，从而适应间歇性排放规律的VOCs废气。

4.根据权利要求1的所述的超低排放的内燃式废气焚烧系统，其特征是所述的燃烧塔（1）的中上部设置多个测温装置（18）。

5.根据权利要求1的所述的超低排放的内燃式废气焚烧系统，其特征是所述的带测温型阻火器（10）设置于靠近燃烧塔位置，它是阻爆燃型或阻爆轰型阻火器，且其端部设置测温装置判断是否发生回火。

6.根据权利要求1的所述的超低排放的内燃式废气焚烧系统，其特征是所述的氮气吹扫系统与燃烧塔测温装置（18）及带测温阻火器（10）上的测温装置进行连锁，若燃烧塔测温装置温度高于报警温度及阻火器测温装置设定温度，即开启氮气吹扫。

7.根据权利要求1的所述的超低排放的内燃式废气焚烧系统，其特征是所述风机（4）、风阀（5）及第一助燃管线调节阀（13）、第二助燃管线调节阀（14）与燃烧塔测温装置（18）连锁，若燃烧塔测温装置温度低于设定温度时，调节第一助燃管线调节阀（13）、第二助燃管线调节阀（14），增大助燃气量；若燃烧塔测温装置温度高于设定温度，则调节风机（4）风量，开大风阀（5）开度提高风量降低燃烧塔内温度，从而实现温度恒定。

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