TWM573408U - Thermal power generation system for organic waste gas incineration equipment - Google Patents

Abstract

一種有機廢氣焚化設備之取熱發電系統，其包含：焚化設備；廢熱擷取單元，其連結於焚化設備而擷取其中燃燒的廢熱；及有機朗肯循環發電設備，其係包括：蒸發器，其與熱源入口及熱源出口連結，且熱源入口與廢熱擷取單元連結；冷凝器，其與冷源入口及冷源出口連結；膨脹機，其與蒸發器及冷凝器連結；發電機，其與膨脹機連結；泵浦，其係設置於冷凝器與蒸發器之間，並促使工作流體以流經蒸發器、膨脹機、冷凝器、泵浦的順序循環於有機朗肯循環發電設備中。藉此，能夠達成(1)熱源的溫度穩定，具有可控性；(2)溫階高，冷源與熱源的溫差大，產生電力或軸功率輸出效率佳；(3)使用乾淨的廢熱(或廢熱氣)作為熱源等功效。

Description

有機廢氣焚化設備之取熱發電系統

本創作係提供一種有機廢氣焚化設備之取熱發電系統，尤指一種藉由廢熱擷取單元從焚化設備擷取燃燒廢熱並進行發電的取熱發電系統。

因為在生活中廣泛應用的有機溶劑極易揮發成氣體，故又稱為揮發性有機物(VOCs, Volatile Organic Compounds)，而多數的VOCs對人體有一定毒性，必須加以處理；其中，焚化法為一種VOCs廢氣的處理方法，在適當條件下之VOCs去除率可達99%以上。此法燃燒後之產物通常為水、二氧化碳、氮氧化物、硫氧化物…等，故其為一種有效處理廢氣中所含VOCs之方法；然而，焚化設備燃燒含有VOCs的廢氣後所產生之廢熱，一般係直接對外排放而未加以再利用，殊是可惜。

接著，就利用廢熱的方法而言，有人揭示了一種有機朗肯循環(ORC, Organic Rankine Cycle)發電技術，其係利用低溫沸點有機工作流體的熱機循環系統，將低溫熱能轉換為電力或軸功率輸出。有機朗肯循環特指使用有機溶液作為工作流體的朗肯循環，被廣泛運用在工業廢熱回收、太陽熱能發電及生質能燃燒發電上。由於有機溶液的沸點較低，因此僅需要利用溫度較低的熱源實施運作。又，在有機朗肯循環發電技術中，一般使用熱水、熱油、蒸氣、混合蒸氣、尾氣及煙氣等作為熱源。

然而，上述部分熱源的溫度較低，例如熱水、熱油、蒸氣等皆約在70℃~100℃之間；而溫度較高的尾氣、煙氣(大於120℃)又包含較多雜質，容易造成汙染或損壞設備，且難以掌控尾氣、煙氣的溫度。

因此，如何創作出一種有機廢氣焚化設備之取熱發電系統，將焚化設備燃燒含有VOCs的廢氣後所產生之廢熱，應用於有機朗肯循環(ORC, Organic Rankine Cycle)發電技術，進而產生電力或軸功率輸出，且具有(1)熱源的溫度穩定，具有可控性；(2)溫階高，冷源與熱源的溫差大，產生電力或軸功率輸出效率佳；(3)使用乾淨的廢熱(或廢熱氣)作為熱源等功效，將是本創作所欲積極揭露之處。

有鑑於習知技術並未揭示將焚化設備燃燒含有VOCs的廢氣後所產生之廢熱有效利用之缺憾，創作人有感其未臻於完善，遂竭其心智悉心研究克服，進而研發出一種有機廢氣焚化設備之取熱發電系統，透過廢熱擷取單元擷取焚化設備中燃燒所產生的廢熱，使其進入有機朗肯循環發電設備，進而產生電力或軸功率輸出，且具有(1)熱源的溫度穩定，具有可控性；(2)溫階高，冷源與熱源的溫差大，產生電力或軸功率輸出效率佳；(3)使用乾淨的廢熱(或廢熱氣)作為熱源等功效。

為達上述目的及其他目的，本創作係提供一種有機廢氣焚化設備之取熱發電系統，其包含：焚化設備；廢熱擷取單元，連結於焚化設備以擷取燃燒廢熱；及有機朗肯循環發電設備，其係包括：蒸發器，其與熱源入口及熱源出口連結，且熱源入口與廢熱擷取單元連結；冷凝器，其與冷源入口及冷源出口連結；膨脹機，其與蒸發器及冷凝器連結；發電機，其與膨脹機連結；泵浦，其係設置於冷凝器與蒸發器之間，並促使工作流體以流經蒸發器、膨脹機、冷凝器、泵浦的順序循環於有機朗肯循環發電設備中。

上述的有機廢氣焚化設備之取熱發電系統中，工作流體為冷媒或碳氫化合物。

上述的有機廢氣焚化設備之取熱發電系統中，冷媒為三氯三氟乙烷(R113)、二氯一氟乙烷(R141b)、三氯氟甲烷(R11)、二氯三氟乙烷(R123)、二氯三氟甲烷(R21)、1,1,2,2,3-五氟丙烷(R245ca)、1,1,1,3,3-五氟丁烷(R365mfc)。

上述的有機廢氣焚化設備之取熱發電系統中，碳氫化合物為異己烷、己烷、甲醇、乙醇、丙酮、戊烷或異戊烷。

上述的有機廢氣焚化設備之取熱發電系統中，將熱源出口與廢熱擷取單元連結，以回收經過熱源出口之流體的餘溫。

上述的有機廢氣焚化設備之取熱發電系統之一較佳實施例中，焚化設備為蓄熱式焚化爐，內部可區隔為第一蓄熱室、第二蓄熱室與燃燒室，外部連結有進氣管、排氣管與旁通排氣管，旁通排氣管連結燃燒室與排氣管；廢熱擷取單元的熱交換器之高溫側與旁通排氣管連結，熱交換器之低溫側與廢熱擷取管連結，廢熱擷取管之低溫段與高溫段間連結擷熱連通管道；以及蒸發器與廢熱擷取管之高溫段連結。

上述的有機廢氣焚化設備之取熱發電系統之一較佳實施例中，焚化設備為蓄熱式焚化爐，內部可區隔為第一蓄熱室、第二蓄熱室與燃燒室，外部連結有進氣管與排氣管；廢熱擷取單元將加熱器之供熱側連結於蓄熱式焚化爐之燃燒室上方，加熱器之受熱側與廢熱擷取管連結，廢熱擷取管之低溫段與高溫段間連結擷熱連通管道；以及蒸發器與廢熱擷取管之高溫段連結。

上述的有機廢氣焚化設備之取熱發電系統之一較佳實施例中，該焚化設備為蓄熱式焚化爐，內部可區隔為一第一蓄熱室、一第二蓄熱室與一燃燒室，外部連結有一進氣管與一排氣管；該廢熱擷取單元將一加熱器設置於該蓄熱式焚化爐之該燃燒室內進行廢熱擷取，且該加熱器與一高溫段連結；以及該蒸發器與該高溫段連結。

上述的有機廢氣焚化設備之取熱發電系統之一較佳實施例中，焚化設備為蓄熱式焚化爐，內部可區隔為第一蓄熱室、第二蓄熱室與燃燒室，外部連結有進氣管、排氣管與旁通排氣管，旁通排氣管連結燃燒室與排氣管；廢熱擷取單元將蒸氣鍋爐之供熱側與旁通排氣管連結，而於蒸氣鍋爐之受熱側連結進水管與出氣管；以及蒸發器與出氣管連結。

上述的有機廢氣焚化設備之取熱發電系統之一較佳實施例中，焚化設備為直燃式焚化爐，外部連結有進氣管與排氣管，且排氣管連結熱回收器之高溫側，而熱回收器之低溫側連結進氣管；廢熱擷取單元的熱水器之供熱側連結於排氣管，而熱水器之受熱側連結進水管與出水管；以及蒸發器與出水管連結。

上述的有機廢氣焚化設備之取熱發電系統中，冷源流經冷源入口及冷源出口，且冷源為河水、海水、溪水或來自冷卻水塔的水。

上述的有機廢氣焚化設備之取熱發電系統之一較佳實施例中，焚化設備係包括：第一轉輪，具有第一吸附區及第一脫附區，第一吸附區係供導入待處理氣體，用以吸附待處理氣體中的至少一部份揮發性有機化合物並送出第一吸附處理氣體；第一脫附區係供導入第一脫附氣體，用以脫附第一轉輪所吸附的揮發性有機化合物並送出第一脫附處理氣體；第二轉輪，其係與第一轉輪連結，且其具有第二吸附區及第二脫附區，第二吸附區係供導入第一吸附處理氣體，用以吸附第一吸附處理氣體中的至少一部份揮發性有機化合物並送出第二吸附處理氣體；第二脫附區係供導入第二脫附氣體，用以脫附第二轉輪所吸附的揮發性有機化合物並送出第二脫附處理氣體；以及焚化單元，其係與第一轉輪及第二轉輪連結，且其具有焚化室、進氣口及排氣口，進氣口及排氣口均連通焚化室，進氣口係供導入第一脫附處理氣體，焚化室將第一脫附處理氣體中的揮發性有機化合物焚燒處理進而生成焚化後氣體，排氣口排出至少一部份焚化後氣體，且焚化後氣體與待處理氣體合流後被導入至第一轉輪的第一吸附區；其中，廢熱擷取單元的對流加熱器之供熱側旁通連結於焚化室上方，對流加熱器之受熱側連結廢熱擷取管，廢熱擷取管之低溫段與高溫段間連結擷熱連通管道；以及蒸發器與廢熱擷取管之高溫段連結。

上述的有機廢氣焚化設備之取熱發電系統之一較佳實施例中，該焚化設備係包括：外箱體，兩端形成有第一類氣體進氣口與第一類氣體出氣口，頂端則形成置入口；至少一內垂吊體，藉由置入口將垂吊定位於外箱體內部，且其結構包括上盒體、下盒體與導氣管束，將導氣管束兩端焊接於上盒體之底板與下盒體之頂板，並把上盒體內部分隔出第二類氣體進氣室與第二類氣體出氣室，下盒體內部遂成為迴轉室，而上盒體於第二類氣體進氣室形成第二類氣體進氣口且於第二類氣體出氣室形成第二類氣體出氣口；保溫層，固定於外箱體內部；以及爐頭，設置於外箱體所增設之燃燒室內，燃燒室之進氣口與內垂吊體之第二類氣體出氣口連結，燃燒室之出氣口與外箱體之第一類氣體進氣口連結；其中，廢熱擷取單元的熱交換器之高溫側連結旁通排氣管，熱交換器之低溫側連結廢熱擷取管，廢熱擷取管之低溫段與高溫段間連結擷熱連通管道；以及蒸發器與廢熱擷取管之高溫段連結。

上述的有機廢氣焚化設備之取熱發電系統中，蒸發器的工作溫度係150℃~180℃。

藉此，本創作的有機廢氣焚化設備之取熱發電系統，可透過廢熱擷取單元擷取焚化設備中燃燒的廢熱，使其進入有機朗肯循環發電設備，進而產生電力或軸功率輸出，且具有(1)熱源的溫度穩定，具有可控性；(2)溫階高，冷源與熱源的溫差大，產生電力或軸功率輸出效率佳；(3)使用乾淨的廢熱(或廢熱氣)作為熱源等功效。

為充分瞭解本創作之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本創作做一詳細說明，說明如後：

首先，請參考圖7，圖7係有機朗肯循環發電設備10的示意圖。如圖7所示，本創作的有機朗肯循環發電設備10，其包含蒸發器1、冷凝器2、膨脹機3、發電機4及泵浦5。且，工作流體以流經蒸發器1、膨脹機3、冷凝器2、泵浦5的順序重複循環於有機朗肯循環發電設備10中。又，蒸發器1係與熱源入口6及熱源出口7連通，且冷凝器2係與冷源入口8及冷源出口9連通。又，泵浦5係設置於冷凝器2與蒸發器1之間，且將通過冷凝器2之工作流體打入該蒸發器1。

於蒸發器1中，由泵浦5打入蒸發器1的工作流體係與從熱源入口6流經蒸發器1再流至熱源出口7的熱源，例如廢熱水、廢熱氣等廢熱源，進行熱交換，以提升工作流體的熱焓量，進而成為提高熱焓量的工作流體。之後，此提高熱焓量的工作流體流入膨脹機3，藉由膨脹機3使其膨脹，進而對與膨脹機3連結的發電機4作功，而能夠產生電力或軸功率輸出。

在產生電力或軸功率輸出之後，通過膨脹機3的工作流體流入冷凝器2，且於冷凝器2中，工作流體係與從冷源入口8流經冷凝器2再流至冷源出口9的冷源，例如河水、海水、溪水或來自冷卻水塔的水等，進行熱交換，以冷凝工作流體。接著，經過冷凝後的工作流體再經由泵浦5加壓，而打入蒸發器1中，且於蒸發器1中，由泵浦5打入蒸發器1的工作流體再與從熱源入口6流經蒸發器1再流至熱源出口7的熱源，進行熱交換。此循環過程即為有機朗肯循環。

在一較佳實施例中，熱源的流向係與通過蒸發器1之工作流體的流向相反，藉此，能夠提升熱交換效率，但並不限於此。另外，在一較佳實施例中，冷源的流向係與通過冷凝器2之工作流體的流向相反，藉此，能夠提升熱交換(冷凝)效率，但並不限於此。

另外，就工作流體而言，雖可因應熱源溫度而選擇，但較佳實施例為冷媒或碳氫化合物。就冷媒的具體例而言，可舉出例如三氯三氟乙烷(R113)、二氯一氟乙烷(R141b)、三氯氟甲烷(R11)、二氯三氟乙烷(R123)、二氯三氟甲烷(R21)、1,1,2,2,3-五氟丙烷(R245ca)、1,1,1,3,3-五氟丁烷(R365mfc)等。而就碳氫化合物而言，可舉出例如異己烷、己烷、甲醇、乙醇、丙酮、戊烷或異戊烷等。

接著，請參照圖8，圖8係有機朗肯循環發電設備的循環熱效率與其所使用的工作流體之臨界溫度的關係圖。在圖8中，第一類、第二類及第三類代表在蒸發器1不同的工作溫度下，其所使用工作流體之臨界溫度與循環熱效率的關係圖。第一類係蒸發器1的工作溫度為70℃的情形，第二類係蒸發器1的工作溫度為120℃的情形，第三類係蒸發器1的工作溫度為150℃的情形。一般而言，在相同的工作流體中，若蒸發器1的工作溫度越高，則循環熱效率越高。舉例來說，在第一類的情況下，使用甲醇作為工作流體的循環熱效率約8%，在第二類的情況下，使用甲醇作為工作流體的循環熱效率約16%，在第三類的情況下，使用甲醇作為工作流體的循環熱效率約21%。

然而，若蒸發器1工作溫度超過工作流體的臨界溫度，則無法使用此工作流體。舉例來說，在工作流體為氨的情況下，其臨界溫度約在132℃左右，故氨僅適合於第一類及第二類使用，不適合於第三類使用。又，雖然二氧化硫的臨界溫度約為158℃，但此臨界溫度太接近於第三類之蒸發器1的工作溫度，故二氧化硫亦不適合作為第三類的工作流體使用。換言之，由圖8可知，相較於氨、異丁烷、丁烷、二氧化硫等工作流體，本創作較佳係使用三氯三氟乙烷(R113)、二氯一氟乙烷(R141b)、三氯氟甲烷(R11)、二氯三氟乙烷(R123)、二氯三氟甲烷(R21)、1,1,2,2,3-五氟丙烷(R245ca)、1,1,1,3,3-五氟丁烷(R365mfc)、異己烷、己烷、甲醇、乙醇、丙酮、戊烷或異戊烷等工作流體。

接著，請參照圖1，圖1係本創作第一實施例之結構示意圖。如圖1所示，本創作第一實施例係包括有：焚化設備；廢熱擷取單元20，連結於焚化設備而擷取燃燒所產生的廢熱；以及有機朗肯循環發電設備10，其係包括：蒸發器1，其與廢熱擷取單元20的廢熱源排出端(擷熱偵溫器25下游)及熱源出口7連結，廢熱源排出端即作為熱源入口6；冷凝器2，其與冷源入口8及冷源出口9連結；膨脹機3，其與蒸發器1及冷凝器2連結；發電機4，其與膨脹機3連結；泵浦5，其係設置於冷凝器2與蒸發器1之間，且將通過冷凝器2之工作流體打入蒸發器1。

焚化設備為蓄熱式焚化爐100a，內部可區隔為第一蓄熱室11a、第二蓄熱室11b與燃燒室12，外部連結有進氣管13a、排氣管14a與旁通排氣管18，旁通排氣管18連結於燃燒室12與排氣管14a；廢熱擷取單元20的熱交換器21之高溫側211與該旁通排氣管18連結，而於熱交換器21之低溫側212與廢熱擷取管22連結，廢熱擷取管22之低溫段221與高溫段222間連結擷熱連通管道23；以及蒸發器1與廢熱擷取管22之高溫段22連結。

此處，燃燒室12的燃燒溫度約為800℃，廢熱源(廢熱氣)排出端(熱源入口6)之廢熱氣溫度約為380℃，在蒸發器1進行熱交換後，經過熱源出口7之廢熱氣溫度約為140℃。又，冷源入口8之冷源溫度約為25℃，在經過冷凝器2的熱交換後，冷源出口9之冷源溫度約為30℃。藉此，能夠製造足夠的溫度差，使得蒸發器1的工作溫度被控制在150℃~180℃，較佳係被控制在150℃。

在本實施例的一較佳實施態樣中，於進氣管13a與排氣管14a間設置有流向控制閥15，流向控制閥15用以控制待焚化氣流自進氣管13a進入第一蓄熱室11a(或第二蓄熱室11b)，且控制焚化後氣流經由第二蓄熱室11b(或第一蓄熱室11a)進入排氣管14a，另於進氣管13a設置進氣風機16a，低溫段221與擷熱連通管道23分別設置擷熱流量控制閥24a、24b，高溫段222則設置擷熱偵溫器25，並將擷熱流量控制閥24a、24b與擷熱偵溫器25連結至擷熱流量控制器26，擷熱流量控制器26係根據擷熱偵溫器25所偵測之溫度控制擷熱流量控制閥24a、24b之比例開度，調整通過熱交換器21之廢熱擷取氣流比例，俾以控制廢熱擷取管22之擷熱溫度(可為450℃)。另於廢熱擷取管22設置擷熱風機27。

此外，藉由將熱源出口7與廢熱擷取單元20的擷熱風機27連結，以回收經過熱源出口7之流體(廢熱氣)的餘溫。

接著，請參照圖2，圖2係本創作第二實施例之結構示意圖。如圖2所示，本創作第二實施例係包括：蓄熱式焚化爐100b(焚化設備)、廢熱擷取單元30以及有機朗肯循環發電設備10；其中，就焚化設備而言，本創作第二、三實施例與第一實施例的差異點在於，蓄熱式焚化爐100b未連結有旁通排氣管18，其餘皆與第一實施例之蓄熱式焚化爐100a相同。就有機朗肯循環發電設備10而言，第二實施例與第一實施例相同。

接著，請參考圖3，圖3係本創作第三實施例之結構示意圖。如圖3所示，本創作第三實施例係包括：蓄熱式焚化爐100d(焚化設備)、廢熱擷取單元30以及有機朗肯循環發電設備10；其中，就焚化設備而言，本創作第三實施例與第二實施例的差異點在於，第二實施例的加熱方式係使用燃料(如圖中火焰處，例如瓦斯等)加熱，而第三實施例的加熱方式係使用電熱加熱(電熱式加熱單元90)，其餘皆與第二實施例之蓄熱式焚化爐100b相同，故就相同的元件，有適當地省略其說明的情形。且就有機朗肯循環發電設備10及廢熱擷取單元30而言，第三實施例與第二實施例相同，故亦有適當地省略其說明的情形。

而就廢熱擷取單元30的設置方式而言，第二實施例與第三實施例不同。第二實施例的廢熱擷取單元30係將加熱器31之供熱側311連結於蓄熱式焚化爐100b之燃燒室12上方，而燃燒室12與加熱器31之供熱側311因相對位置(供熱側311位於燃燒室12上方)及溫度差(燃燒室溫度高達700~850℃)產生自然熱對流傳導現象，並於加熱器31之受熱側312連結有廢熱擷取管32，廢熱擷取管32之低溫段321與高溫段322間連結擷熱連通管道33，低溫段321與擷熱連通管道33分別設置擷熱流量控制閥34a、34b，高溫段322設置擷熱偵溫器35，並將擷熱流量控制閥34a、34b與擷熱偵溫器35連結至擷熱流量控制器36，擷熱流量控制器36乃根據擷熱偵溫器35所偵測之溫度控制擷熱流量控制閥34a、34b之比例開度，調整通過熱交換器31之廢熱擷取氣流比例，俾以控制廢熱擷取管32之擷熱溫度(可為450℃)，另於廢熱擷取管32設置擷熱風機37。藉此，可完全自燃燒室12取熱，而不會有廢熱浪費的功效。

而在第三實施例中，廢熱擷取單元30並非設置於燃燒室上方，而是直接將加熱器31設置於蓄熱式焚化爐100d之燃燒室12內直接進行廢熱擷取，而燃燒室12之熱氣流直接經過加熱器31(燃燒室溫度高達300~850℃)產生熱強制與熱對流傳導現象，且熱氣流經過加熱器31後，作為高溫段(排氣管)322排出，之後並作為熱源入口6。同時，加熱器31係與高溫段322連結。

再者，第二實施例與第一實施例相同地，因為燃燒室12的燃燒溫度約為700~850℃，廢熱源(廢熱氣)排出端(熱源入口6)之廢熱氣溫度約為380℃，在蒸發器1進行熱交換後，經過熱源出口7之廢熱氣溫度約為140℃。又，冷源入口8之冷源溫度約為25℃，在經過冷凝器2的熱交換後，冷源出口9之冷源溫度約為30℃。藉此，能夠製造足夠的溫度差，使得蒸發器1的工作溫度被控制在150℃~180℃，較佳係被控制在150℃。此外，亦可將熱源出口7與廢熱擷取單元30的擷熱風機37連結，以回收經過熱源出口7之流體(廢熱氣)的餘溫。

又，雖然第三實施例之燃燒室12的溫度在300~850℃之間，略低於第一實施例與第二實施例，但因為第三實施例係直接將加熱器31設置於燃燒室12內進行廢熱擷取，亦能夠製造足夠的溫度差，使得蒸發器1的工作溫度被控制在150℃~180℃。因此，藉由在燃燒室12內直接擷取廢熱，第三實施例能夠更有效率地達到第一實施例與第二實施例的效果。此外，亦可將熱源出口7與廢熱擷取單元30的擷熱風機37連結，將經過的流體作為低溫段(進氣管)321回流至蓄熱式焚化爐100d(或加熱器31)，以回收經過熱源出口7之流體(廢熱氣)的餘溫。

此外，第三實施例的電熱式加熱單元90係可包含複數個電熱式加熱器，例如兩個電熱式加熱器91, 92。且可依照加熱位置的需求，調整電熱式加熱器的個數及位置。

接著，請參照圖4，圖4係本創作第四實施例之結構示意圖。如圖4所示，本創作第四實施例係包括有：直燃式焚化爐100c、廢熱擷取單元70以及有機朗肯循環發電設備10；其中，有機朗肯循環發電設備10與第一實施例的有機朗肯循環發電設備10相同，故省略其說明。

直燃式焚化爐100c的外部連結進氣管13b與排氣管14b，並將熱回收器17之高溫側171連結於排氣管14b，熱回收器17之低溫側172連結於進氣管13b，另於進氣管13b設置進氣風機16b。

廢熱擷取單元70將蒸氣鍋爐71之供熱側711連結於排氣管14b，而於蒸氣鍋爐71之受熱側712連結進水管72與出氣管73，並於出氣管73設置出氣流量控制閥74。於此，將廢熱源(廢蒸氣)排出端6與有機朗肯循環發電設備10連結，且可將熱源出口(未圖示)與廢熱擷取單元70的蒸氣鍋爐71連結，以回收經過熱源出口之流體(廢蒸氣)的餘溫。

此外，在圖4中，還有一種變化形態。關於本創作第四實施例的變化例，如圖4所示，本創作第四實施例的變化例係包括：直燃式焚化爐100c、廢熱擷取單元80及有機朗肯循環發電設備10。其中，第四實施例的變化例之直燃式焚化爐100c及有機朗肯循環發電設備10係與第四實施例之直燃式焚化爐100c及有機朗肯循環發電設備10相同，故省略其說明。

廢熱擷取單元80，係將熱水器81之供熱側811連結於排氣管14b，而於熱水器81之受熱側812連結進水管82與出水管83，並於出水管83設置出水流量控制閥84。 於此，將廢熱源(廢熱水)排出端6與有機朗肯循環發電設備10連結，且可將熱源出口(未圖示)與廢熱擷取單元80的熱水器81連結，以回收經過熱源出口之流體(廢熱水)的餘溫。

接著，請參照圖5A及圖5B，圖5A係本創作第五實施例之結構示意圖，圖5B係本創作第一轉輪510之結構示意圖。如圖5A及圖5B所示，本創作第五實施例係包括有：焚化設備500、廢熱擷取單元30以及有機朗肯循環發電設備10；其中，廢熱擷取單元30及有機朗肯循環發電設備10皆與第二實施例的廢熱擷取單元30及有機朗肯循環發電設備10相同，故省略其說明。

本創作第五實施例之焚化設備500係包括：第一轉輪510、第二轉輪520、焚化單元530、第一熱交換器540、第二熱交換器550及排放煙囪560，前述焚化設備500可用以處理含揮發性有機化合物的待處理氣體，且待處理氣體的來源可為但不限於石化製程廢氣、使用有機溶劑的製程廢氣及燃燒廢氣，所含有的揮發性有機化合物可能是，但不限於，甲苯、二甲苯、對-二甲苯、乙苯、苯乙烯、甲醛、乙醛、異丙醇(IPA)、醋酸丙二醇甲醚酯(PGMEA)、六甲基二矽氮烷(HMDS)、三氯乙烯(TCE)、單乙醇胺(MEA)及二甲基亞碸(DMSO)，其他可能的揮發性有機化合物可能是烷類、芳烴類、烯類、鹵代烴類、酯類、醛類及酮類化合物。

焚化單元530包括：焚化室531，且焚化室531具有二蓄熱槽5311、5312及連通於兩蓄熱槽5311、5312之間的燃燒室5313，兩蓄熱槽5311、5312各具有進氣口532及排氣口533。氣流可依序流經蓄熱槽5311、燃燒室5313及蓄熱槽5312，或者依序流經蓄熱槽5312、燃燒室5313及蓄熱槽5311。

焚化設備500係執行，第一吸附作業程序：將含揮發性有機化合物的待處理氣體導入第一轉輪510的第一吸附區511，經第一吸附區511內的吸附材料吸附至少一部份揮發性有機化合物，處理後的氣體作為第一吸附處理氣體由第一轉輪510的另一側送出。第二吸附作業程序：將第一吸附處理氣體再導入第二轉輪520的第二吸附區，經第二吸附區內的吸附材料吸附至少一部份揮發性有機化合物，處理後的氣體作為第二吸附處理氣體由第二轉輪520的另一側送出。經由兩次吸附處理後的第二吸附處理氣體通常僅含有極微量的揮發性有機化合物，可藉由第一風機571抽往排放煙囪560或作其他應用。

第一脫附作業程序：第一轉輪510的吸附材料在第一吸附作業程序中吸附了相當數量的揮發性有機化合物，因此本作業程序導入第一脫附氣體至第一轉輪510的第一脫附區512，使第一脫附氣體可以將第一轉輪510所吸附的揮發性有機化合物加以脫附，而後含有高濃度揮發性有機化合物的氣體作為第一脫附處理氣體自第一轉輪510另一側送出。

為了提高脫附效率，第一脫附氣體可被提升至較高的溫度，因此本實施例中，第一脫附氣體在進入第一脫附區512之前，更先被導入第一冷卻隔離區513預熱，而後再被導入第一熱交換器540與焚化後氣體進行熱交換；本實施例中，第一脫附氣體是由乾淨空氣及一部份待處理氣體組成，惟並不以此為限。

第二脫附作業程序：第二轉輪520的吸附材料在第二吸附作業程序中吸附了相當數量的揮發性有機化合物，因此本作業程序導入第二脫附氣體至第二轉輪520的第二脫附區，使第二脫附氣體可將第二轉輪520所吸附的揮發性有機化合物加以脫附，而後含有較高濃度揮發性有機化合物的氣體作為第二脫附處理氣體自第二轉輪520另一側送出；為了提高脫附效率，第二脫附氣體也可被提升至較高的溫度，因此本實施例中，第二脫附氣體在進入第二脫附區之前，更被導入第二冷卻隔離區預熱，而後再被導入第二熱交換器550與焚化後氣體進行熱交換；本實施例中，第二脫附氣體是由第一吸附處理氣體的一部份分流而來；另外，由於第二脫附處理氣體的揮發性有機化合物的含量與待處理氣體相當，因此可與待處理氣體合流後導入第一轉輪510的第一吸附區511再次進行第一吸附作業程序，且第二脫附處理氣體的餘熱可提升待處理氣體進入第一吸附區511前的溫度，降低相對濕度，並因此能使第一轉輪510的揮發性有機化合物的去除率提高，此時第一轉輪510較佳可使用疏水性沸石吸附材料。

焚化作業程序：含有高濃度揮發性有機化合物的第一脫附處理氣體被第二風機572抽取而經由進氣口532導入焚化室531，經焚化室531將第一脫附處理氣體中的揮發性有機化合物焚燒處理後生成一焚化後氣體，焚化後氣體的一部份由排氣口533排出，另一部份焚化後氣體則自焚化室531的燃燒室5313分流作為熱交換氣體使用，熱交換後的焚化後氣體則再與自排氣口533排出的焚化後氣體合流，並經排放煙囪560排出或作其他應用。

此外，含低濃度揮發性有機化合物的焚化後氣體常規下將與待處理氣體合流，焚化後氣體的餘熱可用以提升待處理氣體的溫度，降低其相對濕度，且後續被導入第一轉輪510的第一吸附區再次進行第一吸附作業程序時，可具有較高的吸附效率。換言之，常規下僅有經第二轉輪520處理後的第二吸附處理氣體會對外排放，焚化後氣體則不對外排出，藉此能再進一步降低排放尾氣的揮發性有機化合物的含量。

基於轉輪的工作特性，前述第一吸附作業程序、第二吸附作業程序、第一脫附作業程序及第二脫附作業程序實質上是同時發生的。在通常的情況中，焚化作業程序也是實質上同時發生的。

於此，與第二實施例相同地，在焚化室531的燃燒室5313上，連結有第二實施例的廢熱擷取單元30，廢熱擷取單元30直接自燃燒室5313取熱，而不會有廢熱浪費的功效。又，與第二實施例相同地，將從廢熱擷取單元30輸出之廢熱氣作為熱源6，而被引入有機朗肯循環發電設備10進行利用。

最後，請參照圖6A及圖6B，圖6A係本創作第六實施例之結構示意圖，圖6B係本創作外箱體之示意圖。如圖6A所示，本創作第六實施例係包括：焚化設備600、廢熱擷取單元20以及有機朗肯循環發電設備10；其中，廢熱擷取單元20及有機朗肯循環發電設備10皆與第一實施例的廢熱擷取單元20及有機朗肯循環發電設備10相同，故省略其說明。

本創作第六實施例的焚化設備600包含氣對氣熱交換氣之焚化設備。具體而言，焚化設備600係包括：外箱體650、至少一內垂吊體660a, 660b, 660c以及保溫層680。其中，保溫層680係固定於外箱體650內部。

又，外箱體650兩端形成有第一類氣體進氣口651與第一類氣體出氣口652，頂端則相對內垂吊體660a, 660b, 660c形成置入口653，內垂吊體660a, 660b, 660c與置入口653相對設置連結法蘭654，俾讓內垂吊體660a, 660b, 660c藉由置入口653而垂吊定位於外箱體650內部。又，外箱體650內具有設置爐頭670之燃燒室655，燃燒室655之進氣口與內垂吊體660a之第二類氣體出氣口616a連結，燃燒室655之出氣口與外箱體650之第一類氣體進氣口651連結。

又，內垂吊體660a、660b、660c藉由置入口653而垂吊定位於外箱體650內部，且其結構包括有上盒體661、下盒體662與導氣管束663，而將導氣管束663兩端焊接於上盒體661之底板與下盒體662之頂板，並把上盒體661內部分隔出第二類氣體進氣室(未圖示)與第二類氣體出氣室(未圖示)，下盒體662內部遂成為迴轉室，而上盒體661於第二類氣體進氣室形成第二類氣體進氣口615a且於第二類氣體出氣室形成第二類氣體出氣口616a。

又，如圖6A所示，藉由第二類氣體進氣口615a、第三類氣體進氣口615b及第四類氣體進氣口615c，於內垂吊體660a、660b、660c分別導入不同之氣體氣流(分別為第二、第三與第四氣體氣流)，致使橫貫流過該外箱體650內部之第一類氣體氣流，快速且連續地與不同之氣體氣流進行熱交換，且將經過熱交換之第二類氣體、第三類氣體及第四類氣體，藉由第二類氣體出氣口616a、第三類氣體出氣口616b及第四類氣體出氣口616c排出。

此外，內垂吊體660a、660b、660c具有熱交換器的功能，流經內垂吊體660a之第二氣體氣流為濃縮後之廢氣氣流(且第二氣體氣流可先流經內垂吊體660c預熱，流經內垂吊體660c之階段為圖示之第四氣體氣流)，流經內垂吊體660b之第三氣體氣流可為脫附氣流，而第一類氣體氣流則為焚化後之淨化氣流，亦即利用淨化氣流之焚化高溫使即將焚化之廢氣氣流與脫附氣流利用熱交換升溫，藉以節省爐頭670之燃料使用量與燃燒熱回收之功效；亦即，本創作第六實施例之焚化設備係與複數個熱交換器整合於一體，而具有壓損小且節省空間與易於清潔保養之功效。

於此，與第一實施例相同地，使作為脫附氣流之第三氣體氣流從第三類氣體出氣口616b流至廢熱擷取單元20，進行廢熱擷取。於此，將廢熱源(廢熱氣)排出端6與有機朗肯循環發電設備10連結，且可將該熱源出口7與該第三類氣體進氣口615b連結，以回收經過該熱源出口7之流體(廢熱氣)。

又，亦可將經過預熱之第四氣體氣流作為廢熱源，使第四氣體氣流從第四類氣體出氣口616c流至廢熱擷取單元20，進行廢熱擷取。再將廢熱源(廢熱氣)排出端6與有機朗肯循環發電設備10連結，且可將熱源出口7與第四類氣體進氣口615c連結，以回收經過熱源出口7之流體(廢熱氣)。

基於如是之構成，本創作藉廢熱擷取單元20、30、70或80擷取焚化設備100a、100b、100c、500或600之燃燒所產生的廢熱，且讓有機朗肯循環發電設備10利用擷取之廢熱產生電力或軸功率輸出，且具有(1)熱源的溫度穩定，具有可控性；(2)溫階高，冷源與熱源的溫差大，產生電力或軸功率輸出效率佳；(3)使用乾淨的廢熱(或廢熱氣)作為熱源等功效；再者，本創作藉廢熱擷取單元20、30、70或80所擷取之燃燒廢熱，完全不會影響焚化設備100a、100b、100c、500或600之正常運轉，則具有不影響焚化爐穩定性之功效。

本創作在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本創作，而不應解讀為限制本創作之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本創作之範疇內。因此，本創作之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧蒸發器

2‧‧‧冷凝器

3‧‧‧膨脹機

4‧‧‧發電機

5‧‧‧泵浦

6‧‧‧熱源入口(廢熱源排出端)

7‧‧‧熱源出口

8‧‧‧冷源入口

9‧‧‧冷源出口

10‧‧‧有機朗肯循環發電設備

11a‧‧‧第一蓄熱室

11b‧‧‧第二蓄熱室

12‧‧‧燃燒室

13a, 13b‧‧‧進氣管

14a, 14b‧‧‧排氣管

15‧‧‧流向控制閥

16a, 16b‧‧‧進氣風機

17‧‧‧熱回收器

18‧‧‧旁通排氣管

20, 30, 70, 80‧‧‧廢熱擷取單元

21‧‧‧熱交換器

22, 32‧‧‧廢熱擷取管

23, 33‧‧‧擷熱連通管道

24a, 24b, 34a, 34b‧‧‧擷熱流量控制閥

25, 35‧‧‧擷熱偵溫器

26, 36‧‧‧擷熱流量控制器

27, 37‧‧‧擷熱風機

31‧‧‧(對流或強制)加熱器

71‧‧‧蒸氣鍋爐

72、82‧‧‧進水管

73‧‧‧出氣管

74‧‧‧出氣流量控制閥

81‧‧‧熱水器

83‧‧‧出水管

84‧‧‧出水流量控制閥

90‧‧‧電熱式加熱單元

91, 92‧‧‧電熱式加熱器

100a, 100b, 100d‧‧‧(蓄熱式)焚化設備

100c‧‧‧(直燃式)焚化設備

171, 211‧‧‧高溫側

172, 212‧‧‧低溫側

221, 321‧‧‧低溫段

222, 322‧‧‧高溫段

311‧‧‧供熱側

312‧‧‧受熱側

500‧‧‧焚化設備(包含串聯式轉輪)

510‧‧‧第一轉輪

511‧‧‧第一吸附區

512‧‧‧第一脫附區

513‧‧‧第一冷卻隔離區

520‧‧‧第二轉輪

530‧‧‧焚化單元

531‧‧‧焚化室

532‧‧‧進氣口

533‧‧‧排氣口

5311, 5312‧‧‧蓄熱槽

5313‧‧‧燃燒室

540‧‧‧(第一)熱交換器

550‧‧‧(第二)熱交換器

560‧‧‧排放煙囪

571‧‧‧第一風機

572‧‧‧第二風機

600‧‧‧焚化設備(包含氣對氣熱交換器)

615a‧‧‧第二類氣體進氣口

615b‧‧‧第三類氣體進氣口

615c‧‧‧第四類氣體進氣口

616a‧‧‧第二類氣體出氣口

616b‧‧‧第三類氣體出氣口

616c‧‧‧第四類氣體出氣口

650‧‧‧外箱體

651‧‧‧第一類氣體進氣口

652‧‧‧第一類氣體出氣口

653‧‧‧置入口

654‧‧‧連結法蘭

655‧‧‧燃燒室

660a, 660b, 660c‧‧‧內垂吊體

661‧‧‧上盒體

662‧‧‧下盒體

663‧‧‧導氣管束

670‧‧‧爐頭

680‧‧‧保溫層

711、811‧‧‧供熱側

712、812‧‧‧受熱側

[圖1]係本創作第一實施例之結構示意圖。 [圖2]係本創作第二實施例之結構示意圖。 [圖3]係本創作第三實施例之結構示意圖。 [圖4]係本創作第四實施例之結構示意圖。 [圖5A]係本創作第五實施例之結構示意圖。 [圖5B]係本創作第一轉輪之結構示意圖。 [圖6A]係本創作第六實施例之結構示意圖。 [圖6B]係本創作外箱體之示意圖。 [圖7]係有機朗肯循環發電設備的示意圖。 [圖8]係有機朗肯循環發電設備的循環熱效率與其所使用的工作流體之臨界溫度的關係圖。

Claims (14)

1. 一種有機廢氣焚化設備之取熱發電系統，其包含： 一焚化設備； 一廢熱擷取單元，連結於該焚化設備並擷取其中之燃燒廢熱；及 一有機朗肯循環發電設備，其係包括： 一蒸發器，其與一熱源入口及一熱源出口連結，且該熱源入口與該廢熱擷取單元連結； 一冷凝器，其與一冷源入口及一冷源出口連結； 一膨脹機，其與該蒸發器及該冷凝器連結； 一發電機，其與該膨脹機連結； 一泵浦，其係設置於該冷凝器與該蒸發器之間，並促使一工作流體以流經該蒸發器、該膨脹機、該冷凝器、該泵浦的順序循環於該有機朗肯循環發電設備中。
2. 如請求項1所述之有機廢氣焚化設備之取熱發電系統，其中，該工作流體為冷媒或碳氫化合物。
3. 如請求項2所述之有機廢氣焚化設備之取熱發電系統，其中，該冷媒為三氯三氟乙烷(R113)、二氯一氟乙烷(R141b)、三氯氟甲烷(R11)、二氯三氟乙烷(R123)、二氯三氟甲烷(R21)、1,1,2,2,3-五氟丙烷(R245ca)、1,1,1,3,3-五氟丁烷(R365mfc)。
4. 如請求項2所述之有機廢氣焚化設備之取熱發電系統，其中，該碳氫化合物為異己烷、己烷、甲醇、乙醇、丙酮、戊烷或異戊烷。
5. 如請求項1~4中任一項所述之有機廢氣焚化設備之取熱發電系統，其中，將該熱源出口與該廢熱擷取單元連結，以回收經過該熱源出口之流體的餘溫。
6. 如請求項1所述之有機廢氣焚化設備之取熱發電系統，其中，該焚化設備為蓄熱式焚化爐，內部可區隔為一第一蓄熱室、一第二蓄熱室與一燃燒室，外部連結有一進氣管、一排氣管與一旁通排氣管，該旁通排氣管連結該燃燒室與該排氣管；該廢熱擷取單元的一熱交換器之一高溫側與該旁通排氣管連結，該熱交換器之一低溫側與一廢熱擷取管連結，該廢熱擷取管之一低溫段與一高溫段間連結一擷熱連通管道；以及該蒸發器與該廢熱擷取管之該高溫段連結。
7. 如請求項1所述之有機廢氣焚化設備之取熱發電系統，其中，該焚化設備為蓄熱式焚化爐，內部可區隔為一第一蓄熱室、一第二蓄熱室與一燃燒室，外部連結有一進氣管與一排氣管；該廢熱擷取單元將一對流加熱器之一供熱側連通管道連結於該蓄熱式焚化爐之該燃燒室上方，該對流加熱器之一受熱側與一廢熱擷取管連結，該廢熱擷取管之一低溫段與一高溫段間連結一擷熱連通管道；以及該蒸發器與該廢熱擷取管之該高溫段連結。
8. 如請求項1所述之有機廢氣焚化設備之取熱發電系統，其中，該焚化設備為蓄熱式焚化爐，內部可區隔為一第一蓄熱室、一第二蓄熱室與一燃燒室，外部連結有一進氣管與一排氣管；該廢熱擷取單元將一加熱器設置於該蓄熱式焚化爐之該燃燒室內進行廢熱擷取，且該加熱器與一高溫段連結；以及該蒸發器與該高溫段連結。
9. 如請求項1所述之有機廢氣焚化設備之取熱發電系統，其中，該焚化設備為直燃式焚化爐，外部連結有一進氣管與一排氣管，且該排氣管連結一熱回收器之一高溫側，而該熱回收器之一低溫側連結該進氣管；該廢熱擷取單元的一熱水器之一供熱側連結於該排氣管，而該熱水器之一受熱側連結進水管與出水管；以及該蒸發器與該出水管連結。
10. 如請求項1所述之有機廢氣焚化設備之取熱發電系統，其中，冷源流經該冷源入口及該冷源出口，且該冷源為河水、海水、溪水或來自冷卻水塔的水。
11. 如請求項1所述之有機廢氣焚化設備之取熱發電系統，其中，該焚化設備係包括： 一第一轉輪，具有一第一吸附區及一第一脫附區，該第一吸附區係供導入一待處理氣體，用以吸附該待處理氣體中的至少一部份揮發性有機化合物並送出一第一吸附處理氣體；該第一脫附區係供導入一第一脫附氣體，用以脫附該第一轉輪所吸附的揮發性有機化合物並送出一第一脫附處理氣體； 一第二轉輪，其係與該第一轉輪連結，且其具有一第二吸附區及一第二脫附區，該第二吸附區係供導入該第一吸附處理氣體，用以吸附該第一吸附處理氣體中的至少一部份揮發性有機化合物並送出一第二吸附處理氣體；該第二脫附區係供導入一第二脫附氣體，用以脫附該第二轉輪所吸附的揮發性有機化合物並送出一第二脫附處理氣體；以及 一焚化單元，其係與該第一轉輪及該第二轉輪連結，且其具有一焚化室、一進氣口及一排氣口，該進氣口及該排氣口均連通該焚化室，該進氣口係供導入該第一脫附處理氣體，該焚化室將該第一脫附處理氣體中的揮發性有機化合物焚燒處理進而生成一焚化後氣體，該排氣口排出至少一部份該焚化後氣體，且該焚化後氣體與該待處理氣體合流後被導入至該第一轉輪的該第一吸附區；其中， 該廢熱擷取單元的一對流加熱器之一供熱側旁通連結於該焚化室上方，該對流加熱器之一受熱側連結一廢熱擷取管，該廢熱擷取管之一低溫段與一高溫段間連結一擷熱連通管道；以及該蒸發器與該廢熱擷取管之該高溫段連結。
12. 如請求項1所述之有機廢氣焚化設備之取熱發電系統，其中，該焚化設備係包括： 一外箱體，兩端形成有第一類氣體進氣口與第一類氣體出氣口，頂端則形成一置入口； 至少一內垂吊體，藉由該置入口將垂吊定位於該外箱體內部，且其結構包括一上盒體、一下盒體與一導氣管束，將該導氣管束兩端焊接於該上盒體之底板與該下盒體之頂板，並把該上盒體內部分隔出一第二類氣體進氣室與一第二類氣體出氣室，該下盒體內部遂成為一迴轉室，而該上盒體於該第二類氣體進氣室形成一第二類氣體進氣口且於該第二類氣體出氣室形成一第二類氣體出氣口； 一保溫層，固定於該外箱體內部；以及 一爐頭，設置於該外箱體所增設之一燃燒室內，該燃燒室之一進氣口與該內垂吊體之該第二類氣體出氣口連結，該燃燒室之一出氣口與該外箱體之該第一類氣體進氣口連結；其中， 該廢熱擷取單元的一熱交換器之一高溫側連結該旁通排氣管，該熱交換器之一低溫側連結該廢熱擷取管，該廢熱擷取管之一低溫段與一高溫段間連結一擷熱連通管道；以及該蒸發器與該廢熱擷取管之該高溫段連結。
13. 如請求項1~4、6~12中任一項所述之有機廢氣焚化設備之取熱發電系統，其中，該蒸發器的工作溫度係150℃~180℃。
14. 如請求項5所述之有機廢氣焚化設備之取熱發電系統，其中，該蒸發器的工作溫度係150℃~180℃。