专利名称：废气循环焚烧固化系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及化工及能源领域，属于化工设备领域的实用新型。本实用新型适用于化工行业有机涂料的烘干固化以及有机废气的焚烧排放，尤其适用于彩涂钢板连续涂漆生产线。
背景技术：
彩涂钢板生产线是将薄钢板或镀锌钢板涂上一层彩色油漆，在30 50米长的固化炉内加热烘干成为市面上常见的彩色钢板。每个固化炉分为3 5段，每段有一个加热、 混风室向该段补充热量对炉内钢板进行加热。油漆里的溶剂受热挥发成为固化炉废气，油漆里的固体成分被固化在钢板上成为彩色钢板。油漆废气经过焚烧后排往大气。目前，国内外彩涂钢板生产线主要有以下4种固化技术1)直燃直排固化技术参见附图1，固化炉每段设一个烧嘴，燃料燃烧后的烟气和该段从炉内抽出的循环炉气混合后送回炉内加热钢板，固化炉有机废气不经过焚烧直接排往大气。该技术为了节能，牺牲环保，不设焚烧炉，对环境严重污染。同时，该技术固化炉内可燃气体浓度在爆炸范围之内，存在着火、爆炸危险。2)直燃焚烧固化技术参见附图2，在直燃直排系统的基础上，增加可燃气体稀释和废气焚烧炉，解决了直燃直排系统的环境污染和爆炸危险。缺点增加废气排放量，烟 排出的废气带出的物理热急剧增加，吨钢板燃料单耗增大。3)空气间接加热固化技术参见附图3，这是国外普遍采用的一项节能新技术，比直燃焚烧型节能50% ；该技术取消直燃式设在各段的燃料烧嘴，利用焚烧炉烟气把冷空气加热到600°C以上作为热源对固化炉进行加热。缺点是庞大的空气加热器提高了固化系统的造价，同时，排烟量大而且温度高(比第二种略低)，能量浪费仍然严重。4)半废气焚烧型固化技术参见附图4，为了进一步减少烟囱排出的废气量，在韩国和国内新兴一种直燃半焚烧型的固化新技术。该技术将第二、第三两种技术合为一体，保留直燃式的各段烧嘴，将固化炉废气分两部分抽出，进口段的废气抽出送往焚烧炉焚烧后排放，出口段抽出的废气代替冷空气经过换热器再加热后送回固化炉各个加热段帮助加热固化。该技术由于利用了部分废气的余热并减少了几乎一半的烟囱排出量，因此，比空气间接加热技术又节能将近 40%左右；缺点是回送的未经焚烧的废气增加了固化炉内可燃有机废气的浓度，固化炉内可燃气仍在爆炸范围之内，有着火、爆炸的危险，同时，烟囱排放的烟气物理热仍然很多。综上，现有的技术中要么为了节能牺牲环保和安全，要么为了环保牺牲节能，不能兼顾。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种既节能又环保且不会给生产设备本身带来安全威胁的废气循环焚烧固化系统。为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下本实用新型的废气循环焚烧固化系统，包括固化炉、化涂烘干炉、清洗工段碱槽、 洗涤水槽、风机、焚烧炉、换热器及烟囱，其特征在于所述固化炉的侧面安装有焚烧炉，在所述的焚烧炉后依次设置有第一级换热器、第二级换热器和第三级换热器；第一级换热器管程的进口通过引风机和固化炉连接，出口和焚烧炉入口连接；第二级换热器管程的进口通过鼓风机和大气连接，出口和化涂烘干炉连接；第三级换热器管程的进口通过水泵和清洗工段碱槽和洗涤水槽的出口连接，出口和清洗工段碱槽和洗涤水槽的进口连接；该三级换热器的壳程依次通过烟气管道相通，所述第一级换热器的壳程入口和所述的焚烧炉出口相通，所述第三级换热器的壳程出口通过烟气通道和所述烟囱连通，在第二级换热器和第三级换热器之间引出用于输送作为固化炉热源的烟气的热风通道。所述固化炉的油漆废气通过所属引风机及所属第一级换热器的管程进入所属焚烧炉进行焚烧，焚烧后的的烟气进入第一级换热器换热管外侧的烟气通道再进入第二级换热器换热器换热管外侧的烟气通道，烟气从第二级换热器出来后大部分回送到固化炉，另一小部分烟气通过第三级换热器换热管外侧的烟气通道，经过引风机从烟 排往大气。所述的焚烧炉焚烧后产生的废烟气不仅作为所述固化烘干炉的加热热源，同时还作为所属固化炉炉内气氛的稀释气体，保证了固化炉的安全生产。所述焚烧炉的筒体分为两部分混风结构和设置在该混风结构后的燃烧室，所述混风结构包括设置在焚烧炉筒体中心的燃烧筒和设置在燃烧筒出口和焚烧炉筒体之间的混流装置；所述燃烧室出口和所述第一级换热器连接；所述焚烧炉的端头装有燃料烧嘴。 所述焚烧炉的是一个圆筒形的筒体，直径IOOOmm 2000mm，长度5 15m ；所述燃料烧嘴为空燃比可调的短火焰烧嘴。所述的废气循环焚烧固化系统还包括前处理清洗工段和设置在所述的第二级换热器和烟 之间的第三级换热器，所述热风通道在第二级换热器和第三级换热器之间引出；所述第三级换热器为汽水换热器，和所述前处理清洗工段的清洗水槽构成循环。所述的热风管道包括从第二级换热器和第三级换热器之间引出的总管及分别和总管相通并连接到固化炉各段的混风室上的支管。所述的固化炉包括初涂炉和精涂炉，所述的抽风管道包括和所述引风机相连的总管、分别和总管相连的初涂炉和精涂炉的干管、再和干管连通并分别连接到初涂炉和精涂炉各段的支管。在所述的每个干管上设有分别连接到工控机的测温元件、流量测量元件和控制抽风量的电动阀门。所述的焚烧炉焚烧后产生的废烟气通过第一级换热器、第二级换热器、热风通道进入所述的固化炉作为稀释气体和加热热源。彩涂钢板连续涂漆生产线的用热设备包括初涂固化炉、精涂固化炉、化涂烘干炉、碱洗槽和洗涤水槽；本实用新型在固化炉侧设置焚烧炉作为热量产生设备；在热量产生设备之后设置三级换热设备第一级换热器——废气预热器，第二级换热器——空气加热器，第三极换热器——汽水换热器(也称余热锅炉)；各换热器的作用分别是第一级换热器——废气预热器的作用是把从固化炉抽来的低温废气预热到较高的温度，便于送入焚烧炉后快速着火燃烧；第二级换热器——空气加热器的作用是把空气从室温加热到适当的温度作为化涂烘干炉的热源；第三极换热器——汽水换热器(也称余热锅炉)的作用是把前处理清洗工段的碱洗液及洗涤水进行加热；用热设备(固化炉、化涂烘干炉、清洗水槽)是生产线原来固有的设备，新建的焚烧炉安装在固化炉侧面；三个换热器安装在焚烧炉后面；烟囱在第三极换热器之后；抽风管道总管通过干管、支管和固化炉连接，总管出口和引风机进口连接，引风机出口通过管道和第一级换热器的进口连接，第一级换热器的出口通过管道和焚烧炉的入口连接；热风管道从第二级换热器和第三极换热器之间引出，通过总管送往固化炉，再通过支管连接到固化炉各段的混风室上。本实用新型的废气循环焚烧固化系统的循环焚烧、固化的工艺过程如下钢板涂上彩色油漆进入固化炉受热后，油漆里的溶剂挥发变为有机废气(该废气有毒、易燃易爆)，有机废气被抽风支管从固化炉内抽出，汇集到初涂炉干管和精涂炉干管 (每支干管上设有温度、流量测量元件和控制抽风量的电动阀门)，两只干管汇集于抽风总管，通过引风机被送往第一级换热器(废气预热器)，被加热后的有机废气送往焚烧炉进行焚烧，焚烧后的废气(也可称作烟气)经过第一级换热器进入第二级换热器，从第二级换热器出来之后分成两路大部分作为固化炉的热源通过热风管道被送往固化炉的各段混风室和该段的循环风混合后进入固化炉的上下风箱，再通过喷风嘴对钢板及油漆进行喷流加热，加热后的油漆废气又被设在固化炉各段的抽风支管抽出，遵照前述被送往焚烧炉焚烧， 完成一个废气焚烧、固化的大循环，如此周而复始的循环下去；另一路小部分烟气经过第三极换热器把碱液和洗涤水加热，本身温度进一步降低，然后通过烟管被烟气引风机送往烟囱排放。本实用新型的有益效果如下本实用新型的废气循环焚烧固化系统，利用直燃式的燃烧物可以直接送往固化炉而不影响普通彩涂钢板质量的事实，将焚烧炉绝大部分燃烧后的高温烟气同样直接送回固化炉各段作为固化烘干的原理(取消各段的燃料烧嘴)进行循环焚烧固化。在整个循环过程中，废气身兼三职从固化炉抽出时作为可燃气载体把油漆废气带往焚烧炉焚烧，焚烧后又作为热量载体回送回固化炉对炉内钢板进行加热，同时，也作为稀释剂对固化炉内新挥发出来的油漆气进行稀释。本实用新型的废气循环焚烧固化系统，设备相对减少，投资也相对降低，能耗比半焚烧固化又下降50%，同时降低了着火、爆炸的安全隐患，达到环保排放标准。
图1为直燃直排固化技术工艺流程图；图2为直燃焚烧固化技术工艺流程图；图3为空气间接加热固化技术工艺流程图；[0038]图4为半废气焚烧型固化技术工艺流程图；图5为本实用新型的废气循环焚烧固化系统的工艺流程图；图6为本实用新型的废气循环焚烧固化系统一个实施例结构图；图7为本实用新型的废气循环焚烧固化系统的处理工艺和其他四种工艺吨彩钢板天然气单耗对比图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案和有益效果进一步进行说明。一项好的油漆固化烘干技术必须解决油漆固化的热源的节约和固化过程的安全生产问题。参见附图1至附图4，传统的四种方法中，除第三种用被加热后的热空气间接地作为固化炉固化加热的热源外，其他三种仍然是以天然气作为对固化炉进行加热的热源， 同时，第四种方法虽然比较节能，但是废气在循环过程中可燃性的油漆废气越来越多，从而给生产设备带来着火、爆炸等安全隐患。本实用新型的废气循环焚烧固化系统同时解决了节能、环保、安全的问题，本实用新型的系统中取消设在固化炉各段的天然气烧嘴，只在焚烧炉设置一个天然气烧嘴，参见附图5.废气循环焚烧固化系统的工艺过程，本实用新型的废气循环焚烧固化系统一改传统的加热方法，用油漆废气焚烧后的高温烟气代替天然气作为固化炉加热固化的热源，热量主要来自油漆废气本身在高温下裂解燃烧所放出的热量，满足不了固化炉需要的热量时再由设在焚烧炉炉头的天然气烧嘴补充，从而达到节约天然气的目的。同时，大部分的焚烧炉烟气不像传统的方法从烟囱排放，而是返回固化炉作为固化加热的热源，从而减少了高温气体的排放量，比传统的工艺更加节能，返回焚烧炉的烟气量可以通过设置在各处的风机及阀门控制，比如根据工艺要求可以控制80 %的烟气返回。参见附图6，本实用新型的废气循环焚烧固化系统通过废气预热器(即第一级换热器)先对从固化烘干炉排出的低温废气进行预热，使其温度升高，以保证进入焚烧炉后能够更加快速、充分的燃烧，这样一方面可以放出更多的热量，为节能做贡献，另一方面，充分燃烧后的烟气(主要成分是氮气、二氧化碳和水蒸汽)作为热源被引入固化炉时可同时充当稀释气体，稀释固化炉内新产生的油漆废气(主要成分是笨、甲苯、二甲苯…等有机成分，有毒而且易燃)，使其达到其爆炸下限的25%，同时控制好固化炉内的含氧量和温度， 消灭着火爆炸的条件，使系统免受着火、爆炸等安全隐患的威胁。参见附图6，本实用新型的系统在第一级换热器——“废气预热器”之后设有第二级换热器——“空气加热器”，用于利用废气将新鲜空气加热，加热后的新鲜空气用作化涂烘干炉的热源，代替原来安装在化涂烘干炉上的天然气烧嘴进行加热，以节省天然气的用量。在“空气加热器”之后还设置有第三级换热器-“气水换热器”，代替清洗工段原有的锅炉蒸汽加热碱洗液和洗涤水，同时本身温度下降后从烟囱排出。各段温度的控制可以根据彩涂钢板的生产工艺设定，以下是一个典型的温度控制程式通过“废气预热器”将从固化炉抽来的250 310°C的低温油漆废气预热到500°C左右再送入焚烧炉进行焚烧，焚烧后的烟气经过两级换热器换热后温度降到500°C左右，其中 80%左右的焚烧炉废气返回固化炉作为热源和稀释气体，20%左右的废气通过第三级换热器把前处理工段的碱液和洗涤水加热至60°C以上同时自身温度下降到200°C以下从烟囱排出，同时，常温空气经过空气加热器被加热到250°C左右，送往化涂烘干炉作为烘干的热源。由于固化炉中处理的钢板的规格不同、运行速度不同需要的热量也有所不同，实际生产中可以根据固化炉的热平衡和整个焚烧固化系统的气体平衡，通过计算机控制各个风机、 阀门对固化炉的抽气量和送往固化炉的烟气温度进行动态控制。图7为本实用新型的废气循环焚烧固化系统的处理工艺和其他四种工艺吨彩钢板天然气单耗对比图，表1为传统的4种固化系统和本实用新型废气循环焚烧固化系统各种技术性能对比表，可以看出，本方法不仅一次性投资造价低，而且安全环保、节能减排，比传统方法分别节能75 %、60 %、50 %以上。表1环保能耗对照表。
权利要求1.废气循环焚烧固化系统，包括固化炉、化涂烘干炉、清洗工段碱槽、洗涤水槽、风机、焚烧炉、换热器及烟囱，其特征在于所述固化炉的侧面安装有焚烧炉，在所述的焚烧炉后依次设置有第一级换热器、第二级换热器和第三级换热器；第一级换热器管程的进口通过引风机和固化炉连接，出口和焚烧炉入口连接； 第二级换热器管程的进口通过鼓风机和大气连接，出口和化涂烘干炉连接； 第三级换热器管程的进口通过水泵和清洗工段碱槽和洗涤水槽的出口连接，出口和清洗工段碱槽和洗涤水槽的进口连接；该三级换热器的壳程依次通过烟气管道相通，所述第一级换热器的壳程入口和所述的焚烧炉出口相通，所述第三级换热器的壳程出口通过烟气通道和所述烟 连通，在第二级换热器和第三级换热器之间引出用于输送作为固化炉热源的烟气的热风通道。
2.根据权利要求1所述的废气循环焚烧固化系统，其特征在于所述焚烧炉的筒体分为两部分混风结构和设置在该混风结构后的燃烧室，所述混风结构包括设置在焚烧炉筒体中心的燃烧筒和设置在燃烧筒出口和焚烧炉筒体之间的混流装置；所述燃烧室出口和所述第一级换热器的烟气通道连接；所述焚烧炉的端头装有燃料烧嘴。
3.根据权利要求1所述的废气循环焚烧固化系统，其特征在于所述固化炉的油漆废气通过所属引风机及所属第一级换热器的管程进入所属焚烧炉进行焚烧，焚烧后的的烟气进入第一级换热器换热管外侧的烟气通道再进入第二级换热器换热器换热管外侧的烟气通道，烟气从第二级换热器出来后大部分回送到固化炉，另一小部分烟气通过第三级换热器换热管外侧的烟气通道，经过引风机从烟 排往大气。
专利摘要本实用新型公开了一种适用于彩涂钢板连续涂漆生产线上对油漆进行烘干固化的废气循环焚烧固化系统，该系统包括固化炉，所述固化炉的侧面安装有焚烧炉，在所述的焚烧炉后依次设置有三级换热器，在所述的固化烘干炉上连接有抽风管道，该抽风管道的出口处连接一台引风机，该引风机出口通过管道连接到所述第一级换热器的进口，所述第一级换热器的出口通过管道和焚烧炉的入口连接，在第二级换热器和第三级换热器之间引出热风通道，该热风通道和固化烘干炉连通。本实用新型废气循环焚烧固化系统将经焚烧炉充分焚烧后的烟气大部分引回固化炉作为热源，解决了现有系统中存在的节能、环保、生产安全不能兼顾的问题。
文档编号F23G7/06GK201940352SQ20112000964
公开日2011年8月24日 申请日期2011年1月13日 优先权日2011年1月13日
发明者侯丙林, 原浩 申请人:北京中竞同创能源环境技术有限公司