TWI493142B - 無焰催化熱氧化焚燒裝置 - Google Patents

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Description

無焰催化熱氧化焚燒裝置
本發明涉及熱氧化焚燒裝置，更具體地涉及用於對煉油設施、半導體、LED、顯示器制造工程等中發生的各種環境有害物質進行處理的無焰催化熱氧化焚燒裝置。
作為對煉油工廠的煉油處理，特別是煉油處理、半導體、LED、顯示器元件或者面板的制造工程中發生的有害環境物質進行處理的技術，可以舉例蓄熱氧化方式、催化熱氧化方式、無焰熱氧化方式。上述技術的目的為，將工程途中發生的氨等物質完全分解為氫氣和氮氣，進行焚燒排出對環境無害的氣體。
即，上述技術的目的為，燃燒對人體有害的甲苯、苯、乙烯、氨等物質，完全燃燒成對人體無害的二氧化碳、水蒸氣、氮氣、氫氣等，特別是在燃燒過程中，氨等氮氣化合物在不發生NOx時才能夠充分達到預期的目的，如發生NOx時，可發生二次大氣汙染問題。
在上述技術中，無焰熱氧化方式相比蓄熱氧化方式和催化熱氧化方式，完全燃燒率高，燃料供應對比效率也高。
但，以往公開的無焰熱氧化焚燒裝置，在焚燒爐內注入包括有害物質的反應物進行無焰熱氧化焚燒時，NOx等有害物質的濃度達到數百ppm，而未能夠達到滿意的標準。其原因是，對反應物不進行預熱，只對焚燒爐進行預熱，沒有催化劑、加熱器自身的高溫氧化以及因劣化引起 的能量供應的不穩定等。
本發明的目的為將NOx等有害物質的濃度大幅度降低至不超過數ppm水準的無焰催化熱氧化焚燒裝置。
本發明的另一目的為提供高溫防止氧化結構的、利用於無焰催化熱氧化焚燒裝置的加熱器，同時，提供便於在必要時進行分解組裝的結構的無焰催化熱氧化焚燒裝置。
本發明提供一種無焰催化熱氧化焚燒裝置，其包含：焚燒爐，安裝於外殼內，具備氣孔；反應物流入口，使得將要燃燒的反應物流入焚燒爐內；反應物加熱供給部，從流入口向下延長，內置加熱器，下端具有開口部；氧氣供給部，通過焚燒爐的氣孔供給氧氣；以及金屬氧化物催化劑，填充至焚燒爐內部。
較佳地，內置於加熱供給部的加熱器由加熱線和電接觸部構成，電接觸部配置於下端，加熱線從電接觸部向上部延長地配置。
較佳地，焚燒爐的氣孔在焚燒爐的底面形成多個。
較佳地，氧氣供給部與焚燒爐外殼內壁面相通地構成，以使氧氣沿著焚燒爐外殼的內壁面流入，通過焚燒爐底面的氣孔進行供給。
較佳地，氧氣供給部包括：盤狀物，內部為空心結構，以反應物流入口為中心進行配置；第一管道，與盤狀物的一端相接，與盤狀物相通地構成，以使氧氣流入盤狀 物內；以及第二管道，與盤狀物的另一端相接，與盤狀物相通地構成，以使從盤狀物流出的氧氣供給至焚燒爐外殼的內壁面。
較佳地，形成於反應物加熱供給部的下端的開口部包括多個氣孔。
較佳地，加熱器被加熱至800℃至1200℃。
較佳地，金屬氧化物催化劑包括SiO2、Al2O3、Fe2O3、MnOx。
較佳地，焚燒爐外殼具備凸出於兩端的固定部，以使外殼整體能夠以固定部為中心進行旋轉。
承上所述，依本發明之無焰催化熱氧化焚燒裝置，其可具有一或多個下述優點：
(1)根據本發明之無焰催化熱氧化焚燒裝置，可將有害物質進行無焰熱氧化焚燒，再添加金屬氧化物催化劑，從而可迅速地完全燃燒，由此可將NOx等有害物質的濃度降低至數ppm。
(2)根據本發明之無焰催化熱氧化焚燒裝置，藉由反應物流入口使得有害物質從上往下流入地構成，通過內置於與其連通的反應物加熱供給部的加熱器而加熱，以使對反應物進行預熱(pre-heating)，從而有助於迅速地完全燃燒。
(3)根據本發明之無焰催化熱氧化焚燒裝置，考慮到加熱氣流的上升，內置於加熱供給部的加熱器的電接觸部配置於焚燒爐的下端，加熱線配置於上端，從而防止電 接觸部的高溫氧化損傷，而延長壽命。
(4)根據本發明之無焰催化熱氧化焚燒裝置，氧氣供給部，使得氧氣通過圍繞反應物流入口的盤狀物，沿著焚燒爐外殼的內壁面流入，通過焚燒爐底面的氣孔進行供給，因此可通過供給路徑進行熱交換，對焚燒爐則有保溫的效果。
(5)根據本發明之無焰催化熱氧化焚燒裝置，在焚燒爐外殼具備凸出的固定部，由此使得外殼整體以固定部為中心進行旋轉，從而便於進行分解組裝。
為利貴審查員瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。
請參閱第1圖，其係為顯示根據本發明的實施例的無焰催化熱氧化焚燒裝置(1000)的整體外形的立體圖。第1圖中，並列設置安裝有焚燒爐(101)的外殼(100)和將由其發生的燃燒生成物進行冷卻排出的熱交換機(200)。
本發明的焚燒裝置如下所述進行工作。即，包含有害物質的反應物通過外殼(100)上部的反應物流入口(110)流入焚燒爐(101)內，並且，通過另外的通路向焚燒爐(101)內供給包括氧氣的空氣，焚燒爐(101)內裝有金屬 氧化物催化劑，使得反應物在高溫下以高效率進行燃燒後，燃燒生成物通過排出口進入熱交換機(200)，並通過熱交換機(200)後，發生液化或以降低溫度的氣體狀態向外部排出。
為了說明其詳細的結構和運轉，請參閱第2圖及第3圖以利進行說明。第2圖係為說明第1圖所示的無焰催化熱氧化焚燒裝置(1000)的主要結構的運轉的概略截面圖，第3圖為剖開焚燒爐外殼(100)的一部分而顯示內部結構的剖開立體圖。焚燒爐(101)在外殼(100)內側與外殼(100)內壁面分隔有空隙地進行組裝。外殼(100)上端形成有使得將要焚燒的具有有害成分的反應物流入於焚燒爐(101)內的反應物流入口(110)。通過反應物流入口(110)向焚燒爐(101)內流入的反應物通過與反應物流入口(110)連接的加熱供給部(130)進入焚燒爐(101)的下端。加熱供給部(130)以連通型構成，內部安裝有加熱器(135)。加熱器(135)由電熱絲構成，優選地，達到連通型的加熱供給部(130)總高度的1/2至2/3的高度。通過反應物流入口(110)流入的反應物，在流入焚燒爐(101)下端之前借助於加熱器(135)的運轉已被進行預熱，而容易達到完全燃燒的條件。加熱供給部(130)的下端形成有開口部，以使反應物向焚燒爐(101)內部排出，優選地，如第3圖所示，通過多個排氣氣孔(139)排出反應物。並且，焚燒爐(101)內部填充輔助完全燃燒的催化劑(150)，催化劑(150)包括SiO2，Al2O3，Fe2O3，MnOx等金屬氧化物中的一個以上的成分。燃燒反應物所需的氧氣通過形成於 焚燒爐(101)底面的供給氣孔(129)供給。
氧氣供給部(120)的氧氣的供給路徑如下所述。即，從焚燒爐(101)外部的氧氣或包括氧氣的空氣筒(未繪於圖中)，通過第一管道(121)流入於以反應物流入口(110)為中心進行組裝的中空的盤狀物(123)。優選地，盤狀物(123)以同心重疊多個而構成。盤狀物(123)和第一管道(121)的接觸部分通過噴嘴連接，以使進入氧氣。由此，流入的氧氣將填充盤狀物(123)，接收由加熱器(135)供給的熱量的一部分，並移動至連接於盤狀物(123)的另一端的第二管道(125)。如第3圖所示，第二管道(125)向外殼(100)外部凸出，回歸至外殼(100)與焚燒爐(101)之間的縫隙(127)。由此，氧氣沿著外殼內壁面與焚燒爐(101)之間的縫隙(127)流入外殼(100)下部，並通過形成於焚燒爐(101)底面的供給氣孔(129)供給至焚燒爐(101)內。
此類氧氣的路徑具有如下優點。即，氧氣在滯留於盤狀物(123)期間吸收熱量，從而可以快速地燃燒，並且因包圍外殼(100)的內壁面而流下，因此有助於外殼(100)具有的熱阻斷效果。對焚燒爐(101)內部的高溫則具有保溫的效果，氧氣本身被加溫而得到能量，從而促進燃燒反應。在第4圖中，將氧氣的供給路徑與盤狀物(123)的結構一同更詳細地示出，第6圖的平面圖詳細示出焚燒爐(101)底面的供給氣孔(129)。
另外，第5圖詳細示出加熱器(135)的結構。加熱器(135)由加熱線(136)和電接觸部(137)構成，電接觸部 (137)配置於下端，加熱線(136)從電接觸部(137)向上部延長地進行配置。此類配置結構，是因為考慮到如下問題：如將電接觸部(137)配置於上部時，因高溫氣流的上升，使得電接觸部(137)快速地被高溫氧化，最終導致加熱器(135)的壽命縮短，或發生未預料的加熱器(135)的運轉不良。因此，將本發明電接觸部(137)配置於焚燒爐(101)的下部，並且，從焚燒爐(101)下部供給氧氣，由此，使得電接觸部(137)相對地得到冷卻效果，使得加熱線(136)向上延長，而裸露於高溫。優選地，加熱線(136)由鉻鋁钴耐熱鋼(Kanthal)構成，但並非限於此。加熱線(136)的形狀為了盡可能供給充分的熱量，采用具有蓄積的路徑的結構(參閱第5圖)。如上所述的加熱器(135)可加熱至800℃至1200℃，從而，燃燒效率非常高，幾乎不發生氧化氮。
根據如上所述的結構特性，如更換加熱器(135)等更換部件時，分解組裝需要開閉外殼(100)的底面。因此，使得本發明外殼(100)整體相對於某一個固定點進行旋轉，使得底面面對於操作者。即，如第7圖所示，將固定部(160)形成於外殼(100)的兩端部，從而如第7圖所示，將外殼(100)對於固定部(160)而進行旋轉時，如第8圖所示，外殼(100)底面將位於操作者的正面。外殼(100)、焚燒爐(101)等由具有高溫耐氧化性的不鏽鋼材料形成，考慮到根據各部分的特性，可根據各部位使用SUS310，304，316等。
由此，可製造高效率的無焰催化熱氧化焚燒裝置，並置 入機具，附加各種自動控制裝置。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
1000‧‧‧無焰催化熱氧化焚燒裝置
100‧‧‧外殼
101‧‧‧焚燒爐
110‧‧‧反應物流入口
120‧‧‧氧氣供給部
121‧‧‧第一管道
123‧‧‧盤狀物
125‧‧‧第二管道
127‧‧‧縫隙
129‧‧‧供給氣孔
130‧‧‧加熱供給部
135‧‧‧加熱器
136‧‧‧加熱線
137‧‧‧電接觸部
139‧‧‧排氣氣孔
150‧‧‧催化劑
160‧‧‧固定部
200‧‧‧熱交換機
第1圖為顯示根據本發明的實施例的無焰催化熱氧化焚燒裝置的整體外形的立體圖；第2圖為關於第1圖的截面圖，是為了說明主要結構的工作的概略截面圖；第3圖為第1圖的焚燒裝置中焚燒爐部分的剖開立體圖，是為了顯示內部結構的附圖；第4圖為為了顯示本實施例的氧氣供應路徑的關於氧氣供給部的截面圖；第5圖為顯示利用於本實施例的加熱器的結構的加熱供給部的分解立體圖；第6圖為顯示本實施例的焚燒爐底面的平面圖；第7圖為利用設置於本實施例的焚燒爐外殼的固定部，旋轉焚燒爐外殼整體的狀態的截面圖；第8圖為焚燒爐外殼的形狀和其通過第7圖的運轉被旋轉的狀態的立體圖。
100‧‧‧外殼
101‧‧‧焚燒爐
110‧‧‧反應物流入口
123‧‧‧盤狀物
127‧‧‧縫隙
130‧‧‧加熱供給部
135‧‧‧加熱器
136‧‧‧加熱線
137‧‧‧電接觸部
150‧‧‧催化劑
200‧‧‧熱交換機

Claims (6)

  1. 一種無焰催化熱氧化焚燒裝置，其包含：一焚燒爐，安裝於外殼內，具備一供給氣孔；一反應物流入口，使得將要燃燒的一反應物流入該焚燒爐內；一反應物加熱供給部，從該反應物流入口向下延長，且其內置一加熱器，該加熱器下端具有一開口部；一氧氣供給部，通過該焚燒爐之該供給氣孔供給氧氣；以及一金屬氧化物催化劑，填充至該焚燒爐內部；一盤狀物，內部為空，以所述反應物流入口為中心進行配置；其中，所述焚燒爐的氣孔形成在焚燒爐的底面，所述氧氣供給部使氧氣通過所述盤狀物沿著所述焚燒爐外殼的內壁面流下後，通過所述焚燒爐底面的氣孔進行供給，其包括：第1管道，與所述盤狀物的一端部相接，與所述盤狀物相通地構成，以使氧氣流入盤狀物內；以及第2管道，與所述盤狀物的另一端相接，與所述盤狀物相通地構成，以使從盤狀物流出的氧氣供給至所述焚燒爐外殼的內壁面； 焚燒爐外殼內壁面，與所述焚燒爐底面的氣孔相通。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之無焰催化熱氧化焚燒裝置，其中，內置於該反應物加熱供給部之該加熱器由一加熱線和一電接觸部構成，該電接觸部配置於下端，該加熱線從該電接觸部向上部延長地配置。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之無焰催化熱氧化焚燒裝置，其中，形成於該反應物加熱供給部下端之該開口部包括多個排氣氣孔。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之無焰催化熱氧化焚燒裝置，其中，該加熱器被加熱至800℃至1200℃。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之無焰催化熱氧化焚燒裝置，其中，該金屬氧化物催化劑包括SiO2、Al2O3、Fe2O3或者MnOx中的一個以上。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之無焰催化熱氧化焚燒裝置，其中，該焚燒爐之該外殼具備凸出於兩端之一固定部，以使該外殼整體能夠以該固定部為中心進行旋轉。
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