一种还原氛围多级氧化热力焚烧炉及废气治理方法与流程

[0001]
本发明涉及环境治理技术，具体涉及废气治理技术。


背景技术：

[0002]
制药、精细化工行业中，如存储、转运、生产等过程产生各种不同废气，废气组分中有氢气、氧气、一氧化碳、氨气、含硫有机物、含氯有机物、含氮有机物等废气。针对此类型的废气处理，目前主要的处理方式为蓄热式焚烧、直接焚烧、催化氧化等工艺。
[0003]
常规的废气处理将各废气来源收集混合集中处理，针对性不强，混合送入焚烧炉燃烧存在爆炸风险，废气无法得到充分氧化，燃烧不彻底。同时高温燃烧容易产生氮氧化物等副产物，需要再增加后续处理措施。
[0004]
故而，现有的废气处理方案在实际操作过程中存在如下问题：
[0005]
(1)针对废气组分复杂，浓度波动大，普通的氧化技术废气混合不够充分、氧化温度不高、停留时间不足，废气净化效率低，废气排放在环保排放要求逐步提高下难以达标。
[0006]
(2)当燃烧温度高时，会产生氮氧化物，后端需要脱硝装置，增加费用。
[0007]
(3)精细化工中，产生废气来源点多，不能对所有废气采用简单的混合，送入焚烧炉直接燃烧。有些组分废气可燃物浓度高，含氧气浓度低；有些废气来源可燃物浓度低，含氧气浓度高，如果不加以分类送入焚烧炉分别燃烧，则存在混合爆炸风险。
[0008]
由此可见，如何高效且安全进行废气处理为本领域亟需解决的问题。


技术实现要素：

[0009]
针对现有废气处理方案在实际运行过程中所存在的问题，本发明的目的在于提供一种还原氛围多级氧化热力焚烧炉，同时基于该还原氛围多级氧化热力焚烧炉提供一种废气治理方法，以实现对各种废气进行高效且安全的处理。
[0010]
为了达到上述目的，本发明提供的还原氛围多级氧化热力焚烧炉，包括相互配合的燃烧器本体和燃烧炉膛，所述燃烧器本体上设第一废气进气口，助燃风进气口，所述第一废气进气口，助燃风进气口与燃烧器本体连通；
[0011]
所述燃烧炉膛内沿其轴向依次设置多级氧化燃烧段，其中，第一级氧化燃烧段形成还原性氛围；第二级氧化燃烧段形成降温阶段；第三级氧化燃烧段形成氧化性氛围；
[0012]
所述燃烧炉膛上对应每级氧化燃烧段分别设置有进风组件，所述进风组件分别与对应的多级氧化燃烧段连通。
[0013]
进一步的，所述进风组件包括环形风管和若干进风小支管，所述环形风管沿燃烧炉膛的周向分布设置，其上设置有废气进气口，所述环形风管的内侧沿其周向分布设置与其连通的若干进风小支管，所述若干进风小支管分别以相同的倾斜角度伸入燃烧炉膛中。
[0014]
进一步的，所述若干进风小支管之间沿环形风管内侧等距分布。
[0015]
进一步的，所述进风小支管相对于燃烧炉膛，以斜向向下的状态伸入燃烧炉膛中。
[0016]
进一步的，对应于第一级氧化燃烧段的进风组件中的若干进风小支管相对于燃烧
炉膛，以与燃烧器喷出的火焰外环的切向角度设置。
[0017]
进一步的，对应于第二级氧化燃烧段的进风组件中的若干进风小支管相对于燃烧炉膛，以与燃烧炉膛直径1/2为圆处直径切向角度设置。
[0018]
为了达到上述目的，本发明提供的废气治理方法，根据废气组分特性从燃烧炉不同位置送入废气，进行对应阶段的氧化燃烧：
[0019]
第一燃烧阶段形成还原性氛围，将废气直接喷入高温火焰处，废气能在在高温下迅速氧化；
[0020]
第二燃阶段烧位于第一燃烧阶段之后，为降温阶段，此阶段喷入的废气与第一燃烧阶段产生的高温烟气进行混合降温；
[0021]
第三燃烧阶段位于第二燃烧阶段之后，为氧化性氛围，此阶段氧气处于过氧状态，使第一燃烧段产生的一氧化碳、氢气和废气的可燃物一起彻底氧化分解。
[0022]
进一步地，所述第一燃烧阶段中针对高浓度小风量废气以燃料形式从燃烧器送入在助燃风混合下达到充分燃烧。
[0023]
进一步地，所述第一燃烧阶段中，针对高浓度大风量废气沿焚烧炉周向，从多个位置以一定角度直接喷入燃烧器产生的高温火焰区，在火焰外环形成一个切向角度，使废气围绕火焰旋转，废气混合充分，使废气在高温下迅速氧化。
[0024]
进一步地，所述第二或/和第三燃烧阶段中，废气沿焚烧炉周向，从多个位置同时以燃烧炉的炉膛直径1/2为圆处直径切向喷入。
[0025]
本发明提供的方案相对于现有技术具有如下优点：
[0026]
(1)本方案根据废气组分特性，在焚烧炉不同部位分别送入，避免发生混合爆炸，达到多级氧化目的，安全性能更高。
[0027]
(3)本方案将喷入炉膛的废气或者补氧风以环形风道和送风支管以一定角度送入炉膛，且与火焰外环成切向角混合，混合形成的湍流更加充分，氧化更加彻底，去除效率更高。
[0028]
(3)本方案通过三区域的划分，通过控制还原性氛围、氧化温度最终实现低氮燃烧，节约后端增加脱硝装置的费用。
附图说明
[0029]
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
[0030]
图1为本发明实例中还原氛围多级氧化热力焚烧炉的结构示例图；
[0031]
图2为本发明实例中焚烧炉第一燃烧阶段环形进风组件的剖视示例图；
[0032]
图3为本发明实例中焚烧炉第二或三燃烧阶段环形进风组件的剖视示例图。
具体实施方式
[0033]
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
[0034]
本方案针对废气组分特性给出一种还原氛围多级氧化热力焚烧炉，该焚烧炉内设置三个燃烧阶段，实现分级氧化，不同组分特性废气在焚烧炉不同位置分别进入，避免混合后形成爆炸性混合物，在焚烧炉发生爆炸，如此实现安全性燃烧，达到安全性能高、去除效
率高、副产物少等特点。
[0035]
参见图1，其所示为本方案给出的还原氛围多级氧化热力焚烧炉的构成示例图。
[0036]
由图可知，该还原氛围多级氧化热力焚烧炉主要由燃烧器本体3和燃烧炉膛5配合构成，其中燃烧器本体3设置在燃烧炉膛5的顶部，可向燃烧炉膛5内喷入燃烧火焰12。
[0037]
这里的燃烧器本体3的构成可根据实际需求而定，此处不加以限定。作为优选，本方案中的燃烧器本体3可在燃烧炉膛5内形成火焰外环23(如图2所示)。
[0038]
同时，该燃烧器本体上3设第一废气进气口，以用于向燃烧器本体上3内送入高浓度小风量废气2。
[0039]
该燃烧器本体上3还设有助燃风进气，以用于向燃烧器本体上3内送入助燃风11。
[0040]
本方案中的燃烧炉膛5的具体构成可根据实际需求而定，其内部由上往下，通过第一环形凸起6和第二环形凸起8分割成依次连通的三级氧化燃烧段：第一级氧化燃烧段，第二级氧化燃烧段，第三级氧化燃烧段。
[0041]
其中，第一级氧化燃烧段形成还原性氛围，可输入对高浓度大风量废气4，对其进行燃烧处理。
[0042]
为此，本方案在燃烧炉膛5上对应第一级氧化燃烧段的位置设置有环形进风组件，形成连通燃烧炉膛内部的环形风道，由此使得浓度大风量废气4进入环形风道，环形风道分多支小管，小管以一定角度喷入燃烧器产生的高温火焰区，在火焰外环形成一个切向角度，使废气围绕火焰旋转，废气混合充分，同时因直接喷入高温火焰处，废气能在在高温下迅速氧化。
[0043]
本燃烧炉膛5内的第一阶段为还原性氛围，高浓度废气在此区域处于贫氧氧化，焚烧炉处于还原性氛围，由于缺氧可燃物氧化不充分，产生一氧化碳和氢气，本方案将该阶段的温度控制在1100～1250℃，实现有效避免氮氧化物的产生。
[0044]
本燃烧炉膛5内的第二级氧化燃烧段位于第一级氧化燃烧段之后，形成降温阶段，该阶段可输入氧含量低的废气7或其他低氧含量的介质如水蒸气、水、末端低温烟气等，对其进行处理。
[0045]
由于在第二级氧化燃烧段的炉膛中，废气部分氧化，此阶段喷入的低氧含量废气与第一阶段产生的高温烟气起到混合降温目的。
[0046]
为此，本方案在燃烧炉膛5上对应第二级氧化燃烧段的位置设置有环形进风组件，形成连通燃烧炉膛内部的环形风道。由此使得氧含量低的废气或其他低氧含量的介质如水蒸气、水、末端低温烟气等进入环形风道，环形风道分多支小管，小管以一定角度喷入燃烧炉膛5内的第二级氧化燃烧段，与高温烟气充分混合，降低烟气温度至850℃。
[0047]
本燃烧炉膛5内的第三级氧化燃烧段位于第二级氧化燃烧段之后，形成氧化性氛围；该阶段可输入低浓度、氧气含量高的废气9或者补氧风10。
[0048]
本方案中的第三级氧化燃烧段整体位于焚烧炉的中后部，通过引入低浓度高氧量废气或补氧风，使得该阶段对应的炉膛内氧气处于过氧状态，从而可使第一阶段产生的一氧化碳、氢气和废气的可燃物一起彻底氧化分解。
[0049]
为此，本方案在燃烧炉膛5上对应第三级氧化燃烧段的位置设置有环形进风组件，形成连通燃烧炉膛内部的环形风道。由此使得低浓度、氧气含量高的废气或者补氧风进入环形风道，环形风道分多支小管，小管以一定角度喷入燃烧炉膛5内的第三级氧化燃烧段，
此阶段处于过氧燃烧，使废气彻底氧化分解；同时温度控制不高于1050℃，减少氮氧化物的产生，达到低氮排放效果。
[0050]
作为举例，本方案在具体实现时，在燃烧炉膛5上对应第一级氧化燃烧段的位置设置的环形进风组件可采用图2所示的结构示例方案。
[0051]
由图可知，对应第一级氧化燃烧段的环形进风组件20可由环形风管21和若干进风小支管22。
[0052]
这里的环形风管21沿燃烧炉膛24外围周向分布设置，其上设置有废气进气口，同时在环形风管21的内侧沿其周向等距分布设置与其连通的若干进风小支管22，这些若干进风小支管22分别以相同的倾斜角度伸入燃烧炉膛24中。
[0053]
作为优选，若干进风小支管22相对于燃烧炉膛，以斜向向下的状态伸入燃烧炉膛中。伸入燃烧炉膛中的若干进风小支管22位于燃烧器在燃烧炉膛内产生的高温火焰区的周边，并沿其周向分布。每个进风小支管22与炉膛中心线成一定倾斜角度13设置，这里的倾斜角度13优选为45～80
°
，同时每个进风小支管22形成的喷入方向与燃烧器喷出的火焰外环23成切向。
[0054]
如此形成的环形进风组件20能够使得需要输入的废气，沿焚烧炉周向，从多个位置以一定角度同时直接喷入燃烧器产生的高温火焰区，使废气围绕火焰旋转，废气混合充分，同时因直接喷入高温火焰处，废气能在在高温下迅速氧化。形成贫氧、还原性氛围，同时将温控控制1100～1250℃，使得可燃物燃烧产生一氧化碳、氢气和氮气。
[0055]
作为举例，本方案在具体实现时，在燃烧炉膛5上对应第二氧化燃烧段的位置设置的环形进风组件可采用图3所示的结构示例方案。
[0056]
由图可知，对应第二级氧化燃烧段的环形进风组件30可由环形风管31和若干进风小支管32。
[0057]
这里的环形风管31沿对应燃烧炉膛34外围周向分布设置，其上设置有废气进气口，同时在环形风管31的内侧沿其周向等距分布设置与其连通的若干进风小支管32，这些若干进风小支管32分别以相同的倾斜角度伸入燃烧炉膛34中。
[0058]
作为优选，若干进风小支管32相对于燃烧炉膛，以斜向向下的状态伸入燃烧炉膛中。每个进风小支管22与炉膛中心线成一定倾斜角度14设置，这里的倾斜角度14优选为45～80
°
，同时每个进风小支管22形成的喷入方向以炉膛直径1/2为圆的处直径切向喷入。
[0059]
如此形成的环形进风组件30能够使得低浓度低氧大风量废气7或蒸汽、水、末端低温烟气等，沿焚烧炉周向，从多个位置以相同的倾斜角度同时喷入焚烧炉内的第二级氧化燃烧段，实现与第一阶段产生的高温烟气进行快速且均匀的混合，使其快速降低温度至760～850℃，避免第一阶段不完全燃烧产生的一氧化碳和氢气持续升温，产生大量氮氧化物，使废气超标排放。
[0060]
作为举例，本方案在具体实现时，在燃烧炉膛5上对应第三氧化燃烧段的位置设置的环形进风组件可采用与环形进风组件30相同的设置方案，此处不加以赘述。
[0061]
如此形成的环形进风组件在与燃烧炉膛5上对应第三氧化燃烧段配合时，将低浓度高氧量废气或补氧风从多个位置以相同的倾斜角度同时喷入焚烧炉内中后部的第三级氧化燃烧段，达到混合充分效果，使有机物燃烧更为彻底。此时该阶段炉膛内氧气处于过氧状态，通过过氧燃烧使有机物彻底氧化分解，并将温度控制在950～1050℃，由此减少氮氧
化物的产生，达到低氮燃烧排放效果。
[0062]
本方案给出的还原氛围多级氧化热力焚烧炉在运行时，能够实现根据废气来源分类，按废气中可燃物浓度高低、氧气浓度高低分类，分别送入焚烧炉不同部位进行氧化处理，避免混合后形成爆炸性混合物，在焚烧炉发生爆炸，提高效率和效果的同时，保证安全性。
[0063]
本还原氛围多级氧化热力焚烧炉方案通过喷入口的设计加强废气混合效果，提高废气处理效率。
[0064]
本还原氛围多级氧化热力焚烧炉方案可通过控制焚烧炉炉膛各阶段氧含量及温度实现低氮燃烧，后端无需设置脱硝装置，节约投资费用。也适用于含氨气或含氮物质的废气焚烧，无需设置脱硝装置。
[0065]
以下基于本方案给出的还原氛围多级氧化热力焚烧炉举例说明一下本方案进行废气治理的过程。
[0066]
据此，本实例根据废气的介质特性，焚烧炉划分为三个阶段，将废气按特性分开，在焚烧炉不同区域进行氧化，提高焚烧炉的安全性，避免因不同介质废气混合后一起通入焚烧炉产生爆炸风险。
[0067]
其中，第一阶段，将高浓度低氧的废气在焚烧炉第一阶段进行氧化，控制在1100～1250℃，贫氧状态产生一氧化碳和氢气，第一阶段为还原性氛围，可抑制氮氧化物的产生。
[0068]
第二阶段，将中浓度低氧含量的废气在焚烧炉的第二个阶段喷入，给第一阶段产生高温烟气降温，避免第三阶段可燃物燃烧放热产生大量氮氧化物，第二阶段通入的也可以为蒸汽、水或者装置末端低温烟气。
[0069]
第三阶段，低浓度、氧气含量高的废气或者补氧风在焚烧炉的第三个阶段进入，在充足的氧气条件下，炉膛内的一氧化碳、氢气和其他可燃物被彻底氧化，炉膛维度控制在950～1050℃。
[0070]
结合图1-图3，本实例进行废气治理的过程如下：
[0071]
(1)第一阶段，喷入高浓度大风量低氧的废气。首先通过环形风道，环形分到再通过小支管喷入炉膛，小支管的数量为4的整数倍。与炉膛中心线一定角度α(45～80
°
)高速喷入，喷入方向与炉膛火焰外环成切向，废气在火焰中高速旋转，废气与火焰充分混合，保证湍流强度，废气中可燃物氧化更为彻底。同时因处于贫氧燃烧，为还原性氛围，能有效抑制氮氧化物的产生。
[0072]
(2)第二阶段，喷入中浓度低氧含量的废气。在第一阶段末端设置扼流环，在第二阶段末端设置扼流环，废气以一定缩口进入第二阶段，此扼流环为分别在第一阶段的火焰末端和第二阶段末端分别设置，在此区域内，低温废气和高温烟气起到强化混合、降温作用。第二阶段的低氧废气以炉膛直径1/2为外环，喷入口与炉膛中心线一以定角度β(45～80
°
)高速喷入，喷入方向与以炉膛直径1/2为外环成切向，废气在炉膛汇中高速旋转，废气与一阶段产生的氧气分混合，保证湍流强度，可燃物部分氧化，使降温后的氧气温度分布更加均匀。
[0073]
(3)第三阶段，高含氧量低浓度废气或补氧风通入。第一阶段产生的co、h2和废气中其它可燃物，在充足氧气下，彻底氧化分解。炉膛温度控制在950～1050℃，减少氮氧化物的产生，达到低氮燃烧排放效果。第三阶段的低氧废气以炉膛直径1/2为外环，喷入口与炉
膛中心线一以定角度β(45～80
°
)高速喷入，喷入点与1/2炉膛直径为直径的圆成切向角度，废气在炉膛中高速旋转，充分混合，保证湍流强度，可燃物部分氧化，使降温后的氧气温度分布更加均匀。
[0074]
处理过程中，针对高浓度小风量废气以燃料形式从燃烧器送入，在助燃风混合下进行充分燃烧。
[0075]
本方案实现根据废气来源分类，按废气中可燃物浓度高低、氧气浓度高低分类，分别送入焚烧炉不同部位进行氧化处理，实现分级氧化燃烧，使得不同燃烧阶段中不同废气在相互配合，提高处理效率和效果；同时避免混合后形成爆炸性混合物，在焚烧炉发生爆炸，提高安全性。
[0076]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。