一种甲醛尾气燃烧及热回收系统及其操作方法与流程

本发明属于管道连接技术领域，尤其是涉及一种甲醛尾气燃烧及热回收系统及其操作方法。

背景技术：

银法制甲醛生产37％甲醛，最终三塔顶排出的尾气中含有H₂约18-20％，CO、CH₄、O₂各0.5％，CO₂5％，N₂72-74％，水和微量的甲醛、甲醇等。其中约20％左右的可燃气，其热值约526Kcal/Nm³，如果利用它来燃烧产生蒸汽，既可消除污染，又可产生蒸汽。甲醛尾气属贫气，主要是含有20％左右的H₂，氢氧反应属爆炸反应。因此，如何安全、高效地利用成为关键问题。

目前一般甲醛生产厂虽然都配备了甲醛尾气余热锅炉，但通常采用一道水封装置，燃烧装置没有配备自动点火装置，没有配备炉膛熄火保护装置，安全性差；没有采用保温绝热炉膛，炉膛没有采用分级配风装置，燃烧效率较低；余热锅炉通常采用立式火管式结构，没有采用高效受热面，且受热面积布置不足，余热锅炉排烟温度较高，余热锅炉尾部没有采用烟气冷凝技术，余热回收利用率低；每生产一吨甲醛产生的尾气燃烧后余热利用能产0.25吨左右的低压饱和蒸汽。

中国专利公开第CN201520921389.3和CN201120276282.X中，均采用一道水封装置，燃烧装置没有配备自动点火装置，没有配备炉膛熄火保护装置，没有采用保温绝热炉膛，炉膛没有采用分级配风装置，余热锅炉尾部没有采用烟气冷凝技术。

综上所述，目前一般甲醛生产厂虽然都配备了甲醛尾气余热锅炉，但安全性差，利用效率不高。

技术实现要素：

为了克服现有甲醛尾气余热锅炉存在安全性较差、热利用率较低的不足，本发明提供一种安全性较好、热利用率较高的甲醛尾气燃烧及热回收系统及其操作方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种甲醛尾气燃烧及热回收系统，包括进气系统、点火装置、燃烧装置、绝热炉膛、二次风装置、炉膛熄火保护装置和热回收系统，所述绝热炉膛位于所述进气系统的前方，所述点火装置安装于绝热炉膛的后墙内壁上并位于所述二次风装置的上方，所述燃烧装置、二次风装置均位于所述绝热炉膛内，所述二次风装置位于所述燃烧装置的上方并安装在绝热炉膛的左右侧内壁上，所述进气系统的出气口与所述燃烧装置的进气口连通，鼓风机的出气口与所述二次风装置的进气口连通；

所述炉膛熄火保护装置包括火焰监测装置和PLC控制柜，所述火焰监测装置位于二次风装置的上方并安装于绝热炉膛的前墙内壁上，所述火焰监测装置与所述PLC控制柜连接，所述PLC控制柜与所述进气系统的进气阀连接；

所述热回收系统包括余热锅炉、节能器和冷凝器，所述绝热炉膛的上部出气口与余热锅炉的下部进气口连通，所述余热锅炉的出气口与所述节能器的进气口连通，所述节能器的出气口与所述冷凝器的进气口连通，所述冷凝器的出气口与引风机的进气口连通，引风机的出气口与烟囱的进烟口连通。

进一步，所述进气系统包括尾气进气总管、进气阀、第一进气连接管、第一水封槽、第二进气连接管、第一出气阀、第三进气连接管、第四进气连接管、第二出气阀、尾气排放火炬管、第五进气连接管、第二水封槽、第六进气连接管和进气分配箱，所述尾气进气总管的出气口通过所述进气阀与第一进气连接管的进气口连接，所述第一进气连接管的出气口插入第一水封槽的底部液面下，所述第二进气连接管的进气口与第一水封槽的上部前侧连通，所述第二进气连接管的出气口通过第一出气阀与第三进气连接管的进气口连接，所述第三进气连接管的出气口与所述进气分配箱的进气端连接，所述进气分配箱的出气端与所述燃烧装置连接；

所述第四进气连接管的进气口与第一水封槽的上部连通，所述第四进气连接管的出气口通过第二出气阀与所述尾气排放火炬管的进气端连接，所述尾气排放火炬管的出气端设有泄压点火器；第五进气连接管的进气口与第一水封槽的上部后侧连通，所述第五进气连接管的出气口与第二水封槽的上部连通，所述第六进气连接管的进气口插入第二水封槽的底部液面下，所述第六进气连接管的出气口与所述尾气排放火炬管的进气端连接。

再进一步，所述点火装置包括高能点火器、点火电极和点火油枪，所述高能点火器与所述点火电极的后端连接，所述点火电极的前端穿过绝热炉膛的后墙内壁位于绝热炉膛内，所述点火油枪的后端与供油泵连接，所述点火油枪的前端穿过绝热炉膛的前墙内壁。

再进一步，所述燃烧装置采用多管式结构，其烧嘴采用旋流叶片式结构。

再进一步，所述二次风装置包括两个以上的二次风喷嘴，在绝热炉膛同一侧壁上的两个以上的二次风喷嘴呈上下两排错位布置。

再进一步，所述余热锅炉包括锅炉本体，所述锅炉本体内设有辐射室和对流室，所述辐射室的内壁采用的是膜式壁受热面，所述对流室内设有横向布置的水管束，所述水管束的外壁构成对流受热面，所述余热锅炉上还设有防爆门，所述防爆门设置在膜式壁受热面上。

再进一步，所述节能器和冷凝器具有螺旋鳍片管式受热面，螺旋鳍片管式受热面采用烟气横向冲刷错列布置。

更进一步，所述泄压点火器由高能点火器和点火电极组成。

一种甲醛尾气燃烧及热回收系统的操作方法，包括以下步骤：

1)、首先开启进气阀、第一出气阀，甲醛尾气依次通过尾气进气总管、进气阀、第一进气连接管、第一水封槽、第二进气连接管、第一出气阀、第三进气连接管、进气分配箱，最后进入燃烧装置；开启鼓风机，冷空气从鼓风机的出气口进入二次风装置；

2)、甲醛尾气通过点火装置点火后，与从二次风装置的二次风喷嘴中喷射出的空气混合后，在绝热炉膛内燃烧，高温烟气携带热量进入余热锅炉，通过余热锅炉的膜式壁受热面和对流受热面吸收热量后，烟气进入节能器和冷凝器，温度进一步降低后，通过引风机的抽引，排入烟囱。

进一步，正常工作时，当尾气进气总管的燃气压力过高时，甲醛尾气自动通过第五进气连接管、第二水封槽、第六进气连接管、尾气排放火炬管进行泄压；

燃烧装置停止工作前，先开启第二出气阀，关闭进气阀和第一出气阀。

本发明的主要有益效果是：进气系统采用双水封槽及气动阀组件，防止正常燃烧时发生回火及进气压力异常时自动泄压，提高安全性；采用轻油自动点火装置，先进行炉膛吹扫，再轻油点火，再进气，防止点火发生爆燃，提高点火安全性；采用火焰监测装置，进行熄火保护，当火焰监测装置监测不到火焰信号时，自动关闭第一出气阀，提高运行安全性；装设防爆门，提高运行安全性；

采用保温绝热炉膛，采用二次风装置进行分级配风，实现低过量空气系数燃烧，减低氮氧化物的产生和排放；余热锅炉和节能器、冷凝器采用高效受热面；采用烟气冷凝技术，提高余热回收利用效率。

附图说明

图1是一种甲醛尾气燃烧及热回收系统的结构示意图。

图2是燃烧装置的主视图。

图3是图2的俯视图。

图4是图2的右视图。

图5是烧嘴的结构示意图。

图6是余热锅炉的结构示意图。

图7是螺旋鳍片管式受热面的示意图。

图8是图7中A-A图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图8，一种甲醛尾气燃烧及热回收系统，包括进气系统、点火装置、燃烧装置15、绝热炉膛16、二次风装置17、炉膛熄火保护装置和热回收系统，所述绝热炉膛16位于所述进气系统的前方，所述点火装置安装于绝热炉膛16的后墙内壁上并位于所述二次风装置17的上方，所述燃烧装置15、二次风装置17均位于所述绝热炉膛16内，所述二次风装置17位于所述燃烧装置15的上方并安装在绝热炉膛16的左右侧内壁上，所述进气系统的出气口与所述燃烧装置15的进气口连通，鼓风机18的出气口与所述二次风装置17的进气口连通；

所述炉膛熄火保护装置包括火焰监测装置27和PLC控制柜28，所述火焰监测装置27位于二次风装置17的上方并安装于绝热炉膛16的前墙内壁上，所述火焰监测装置27与所述PLC控制柜27连接，所述PLC控制柜28与所述进气系统的进气阀连接；

所述热回收系统包括余热锅炉19、节能器20和冷凝器21，所述绝热炉膛16的上部出气口与余热锅炉19的下部进气口连通，所述余热锅炉19的出气口与所述节能器20的进气口连通，所述节能器20的出气口与所述冷凝器21的进气口连通，所述冷凝器21的出气口与引风机22的进气口连通，引风机22的出气口与烟囱26的进烟口连通。

进一步，所述进气系统包括尾气进气总管1、进气阀2、第一进气连接管3、第一水封槽4、第二进气连接管5、第一出气阀6、第三进气连接管7、第四进气连接管8、第二出气阀9、尾气排放火炬管10、第五进气连接管11、第二水封槽12、第六进气连接管13和进气分配箱14，所述尾气进气总管1的出气口通过所述进气阀2与第一进气连接管3的进气口连接，所述第一进气连接管3的出气口插入第一水封槽4的底部液面下，所述第二进气连接管5的进气口与第一水封槽4的上部前侧连通，所述第二进气连接管5的出气口通过第一出气阀与第三进气连接管7的进气口连接，所述第三进气连接管7的出气口与所述进气分配箱14的进气端连接，所述进气分配箱14的出气端与所述燃烧装置连接；

所述第四进气连接管8的进气口与第一水封槽4的上部连通，所述第四进气连接管8的出气口通过第二出气阀9与所述尾气排放火炬管10的进气端连接，所述尾气排放火炬管10的出气端设有泄压点火器；第五进气连接管11的进气口与第一水封槽4的上部后侧连通，所述第五进气连接管11的出气口与第二水封槽12的上部连通，所述第六进气连接管13的进气口插入第二水封槽12的底部液面下，所述第六进气连接管13的出气口与所述尾气排放火炬管10的进气端连接。

再进一步，所述点火装置包括高能点火器23、点火电极24和点火油枪25，所述高能点火器23与所述点火电极24的后端连接，所述点火电极24的前端穿过绝热炉膛16的后墙内壁位于绝热炉膛16内，所述点火油枪25的后端与供油泵30连接，所述点火油枪25的前端穿过绝热炉膛16的前墙内壁。

再进一步，所述燃烧装置15采用多管式结构，其烧嘴31采用旋流叶片式结构。

再进一步，所述二次风装置17包括两个以上的二次风喷嘴，在绝热炉膛16同一侧壁上的两个以上的二次风喷嘴呈上下两排错位布置。

再进一步，所述余热锅炉19包括锅炉本体，所述锅炉本体内设有辐射室和对流室，所述辐射室的内壁采用的是膜式壁受热面32，所述对流室内设有横向布置的水管束，所述水管束的外壁构成对流受热面33，所述余热锅炉19上还设有防爆门29，所述防爆门29设置在膜式壁受热面32上。

再进一步，所述节能器20和冷凝器21具有螺旋鳍片管式受热面，螺旋鳍片管式受热面采用烟气横向冲刷错列布置。

更进一步，所述泄压点火器由高能点火器和点火电极组成。

本实施例中，气动阀组件包括进气阀2、第一出气阀6和第二出气阀9；

所述二次风装置17设置于绝热炉膛16的左右两侧内壁，高度上分层布置，实现分级配风，降低绝热炉膛16内的燃烧温度，降低NOx的生成和排放量；两侧射流式二次风错列对喷，送入过量空气系数约为1.15左右的空气；二次风喷嘴出口风速约50m/s，二次风射程约2米；甲醛尾气和空气在绝热炉膛16内充分混合后进行绝热燃烧；因甲醛尾气属于贫气，绝热燃烧温度约800℃左右，根据相关文献资料，800℃时热力氮和快速氮产生量非常少，对本系统而言，其在1.15左右低过量空气系数，800℃左右低温燃烧时产生的燃料氮也非常少，实测约为30mg/Nm³；大大低于GB13271-2014《锅炉大气污染物排放标准》中重点地区新建燃气锅炉限制150mg/Nm³；

余热锅炉19具有膜式壁受热面32和对流受热面33，对流受热面33采用烟气横向冲刷顺列布置，烟气流速约8-9m/s左右，节能器20和冷凝器21具有螺旋鳍片管式受热面34；螺旋鳍片管式受热面34采用烟气横向冲刷错列布置；烟气流速约8m/s左右；螺旋鳍片管鳍片厚度1.2mm，间距约8-10mm，鳍片高度约0.25d；甲醛尾气含氢量约20％，燃烧后生成烟气中水蒸气容积份额约14％左右，烟气水露点温度约60℃，如果把排烟温度降低到露点温度60℃以下，则烟气中水蒸气冷凝成水放出汽化潜热，被冷凝器中的冷水吸收后再经过节能器进一步加热后进入余热锅炉，则锅炉热效率将提高约6％-7％。经理论计算和实践测试，排烟温度降到50℃左右，则每生产一吨甲醛所产生的甲醛尾气采用本系统经余热锅炉所产的低压饱和蒸汽可达500Kg；

所述燃烧装置采用多管式结构，喷嘴为燃烧装置的主要部件，采用旋流叶片式结构；叶片倾角为60°，喷嘴出口风速约5m/s。

一种甲醛尾气燃烧及热回收系统的操作方法为：

甲醛尾气依次通过尾气进气总管1、进气阀2、第一进气连接管3、第一水封槽4、第二进气连接管5、第一出气阀6、第三进气连接管7、进气分配箱14；正常工作时，进气阀2和第一出气阀6全开；第一水封槽4用于防止燃烧装置15发生回火；

点火前先进行绝热炉膛16的吹扫，再由点火装置点火，再开第一出气阀6进甲醛尾气正常燃烧；

燃烧装置15停止工作前，先开启第二出气阀9，关闭进气阀2和第一出气阀6；

正常工作时，当尾气进气总管1的燃气压力过高时，甲醛尾气自动通过第五进气连接管11、第二水封槽12、第六进气连接管13、尾气排放火炬管10泄压；防止短时内大量甲醛尾气进入燃烧装置15和绝热炉膛16聚集，来不及燃烧造成尾气浓度上升达到爆炸极限造成安全事故；

甲醛尾气通过进气系统，进入燃烧装置15，通过点火装置点火后，与从二次风装置17的二次风喷嘴中喷射出的空气混合后，在绝热炉膛16内燃烧，高温烟气携带热量进入余热锅炉19，通过余热锅炉19的膜式壁受热面32和对流受热面33吸收热量后，烟气进入节能器20和冷凝器21，温度进一步降低后，通过引风机22的抽引，排入烟囱26；

冷空气从鼓风机18的出气口进入二次风装置17，从二次风装置17的喷嘴喷出，二次风喷嘴错列、分层布置，实现分级配风、低过量空气系数燃烧，减少NOx的生成和排放；

采用炉膛火焰监测装置，进行熄火保护，当火焰监测装置监测不到火焰信号时，自动关闭第一出气阀6，提高运行安全性；

本发明结构简单、具有较高的燃烧和换热效率、安全可靠性高；甲醛尾气燃烧及热回收系统可以对甲醛生产所产生的尾气进行回收利用，将其释放的热能回收用于供热，其余热回收利用效率高于现有处理技术，并且有效减小常规燃烧利用所产生的NOx污染，实现工业废气的无害化处理。排放的尾气符合GB13271-2014《锅炉大气污染物排放标准》和其它标准的规定。