CN111649343B - 一种高效低氮的voc废气焚烧炉及焚烧方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效低氮的VOC废气焚烧炉及焚烧方法，包括焚烧炉本体及烧嘴，所述焚烧炉本体的进口密闭连接有端板，所述端板与烧嘴之间设有相互隔断的VOC废气腔体和二次空气腔体，所述VOC废气腔体连通若干喷射管束的一端，若干所述喷射管束另一端穿过端板延伸至炉膛内，喷射管束与端板贯穿处密封，所述VOC腔体上设有废气进口，所述二次空气腔体通过端板上的若干空气喷口与炉膛连通，所述二次空气腔体上设有空气入口，所述烧嘴出口端穿过所述VOC废气腔体、二次空气腔体及端板并延伸至炉膛内。本发明能有效降低废气焚烧后NOx的排放，提高焚烧效率，节约成本。

Description

一种高效低氮的VOC废气焚烧炉及焚烧方法

技术领域

本发明涉及废气处理技术领域，具体涉及一种高效低氮的VOC废气焚烧炉及焚烧方法。

背景技术

挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，VOC)是石油、化工以及使用有机溶剂场所排放的常见污染物。VOC废气中的二甲苯、甲苯、甲乙酮、卤素化合物等属于有毒、有刺激性气味气体，部分已被列为致癌物，直接接触会对人体健康造成危害。VOC废气若不经过处理直接排放，会污染环境。

在一些行业(比如煤化工行业)产生的VOC废气中，废气量大，VOC废气种类较多，每种类型废气的VOC成分非常复杂、VOC含量差别很大，同时每种类型的流量及对应热值差别很大、废气中的氧含量也很低，随着国家环保要求的日益严格，这些VOC废气必须经过高温焚烧处理方能允许排放到大气，而这类VOC废气由于气体量较大或者VOC含量较高，不适宜采用高效节能的蓄热式焚烧炉进行高温焚烧处理。针对如上应用，本发明特意设计了一种高效率、低NOx排放的焚烧炉用于处理各种类型的VOC废气、甚至有机废液。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效低氮的VOC废气焚烧炉及焚烧方法，用以在VOC废气处理时，降低NOx的排放，提高处理的效率。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下方案：

一种高效低氮的VOC废气焚烧炉，包括焚烧炉本体及烧嘴，所述焚烧炉本体的进口密闭连接有端板，所述端板与烧嘴之间设有相互隔断的VOC废气腔体和二次空气腔体，所述VOC废气腔体连通若干喷射管束的一端，若干所述喷射管束另一端穿过端板延伸至炉膛内，喷射管束与端板贯穿处密封，所述VOC腔体上设有废气进口，所述二次空气腔体通过端板上的若干空气喷口与炉膛连通，所述二次空气腔体上设有空气入口，所述烧嘴出口端穿过所述VOC腔体、二次空气腔体及端板并延伸至炉膛内。

由于采用上述技术方案，烧嘴用于燃烧对炉膛进行提前升温，将二次空气通过端板上不同的空气喷口喷入炉膛，形成无焰燃烧，有效抑制了VOC废气焚烧过程中产生的NOx，VOC废气通过喷射管束进入炉膛，在焚烧炉本体的高温炉膛并停留一段时间，让废气中的VOC有机成分在炉膛高温条件下氧化裂解成无害的CO2与H2O排出，若干的喷射管束和空气喷口保证VOC废气与二次空气在炉膛中混合均匀、在炉膛整个截面上高温裂解并释放出热量，使焚烧炉的高温段靠近入口端，有效提高了炉膛的平均温度，提高VOC废气的处理效率，降低了焚烧炉出口废气中的CO浓度。

进一步地，作为优选，若干所述空气喷口呈同心圆环状均匀分布在端板上，若干所述喷射管束呈同心圆环状均匀分布在VOC废气腔体端面，圆环状分布空气喷口与喷射管束均匀交错设置。

由于采用上述技术方案，若干所述空气喷口和喷射管束呈同心圆环状均匀分布，空气喷口与喷射管束均匀交错设置，使得VOC废气与二次空气在炉膛内能快速均匀混合，这样既防止了炉膛内出现明显火焰引起局部高温而产生大量的NOx，同时，又让炉膛高温段维持在靠近焚烧炉本体入口侧的地方，保证VOC的去除效率。

进一步地，作为优选，所述焚烧炉本体的后端设有废气热换器、二次空气热换器及余热锅炉，所述废气热换器的进口端与废气管道连通，其出口端通过管道与VOC废气腔体的废气进口连通，所述二次空气热换器设有二次空气进气口，所述二次空气热换器的出口与二次空气腔体的空气入口通过管道连通。

由于采用上述技术方案，在焚烧炉后端设置废气热换器及二次空气热换器分别对VOC废气及二次空气进行热交换处理，这种双热交换模式将高温废气的热量在焚烧炉本身进行更加有效地利用，节省了高热值燃料的消耗量，节约了***运行费用，高温废气温度降低后从空气热换器流出，可以基于实际设计参数设置余热锅炉对高温废气的热量作进一步回收。

进一步地，作为优选，所述焚烧炉本体炉膛内有温度测量点，并设置温度传感器，通过温度传感器对所述炉膛内的燃烧温度进行测量；根据炉膛反馈温度值来调节高热值燃料的喷入量

进一步地，作为优选，所述焚烧炉本体的后端还设有含氧量分析仪；通过后端氧含量分析仪测得的实时氧含量对二次空气量进行调节，确保炉膛内部有足够的氧含量满足废气中VOC成分及高热值燃料在炉膛高温环境下的氧化裂解。

进一步地，作为优选，所述烧嘴上设有与外部高热值燃料管道连通的燃料进口和助燃空气进口，用于将高热值燃料和助燃空气按设定配比送入所述焚烧本体的炉膛内燃烧。

进一步地，作为优选，所述高热值燃料管道末端同时与烧嘴的燃料进口、VOC废气腔体的废气进口连通，高热值燃料管道与烧嘴的燃料进口之间设有第一切断阀，与VOC废气腔体之间设有第二切断阀。

由于采用上述技术方案，在废气中的VOC高温裂解产生的热量不足以维持炉膛温度时，可以向VOC废气中补充一定量的高热值燃料，为了防止烧嘴燃烧的高温火焰产生大量NOx，当炉膛温度高于800℃以后，烧嘴前第一切断阀关闭，VOC废气腔体前的第二切断阀打开，让高热值燃料直接喷入VOC废气腔体并与VOC废气进行混合，然后再喷入炉膛与二次空气混合并在高温下进行氧化裂解并释放出热量。

一种高效低氮的VOC废气的焚烧方法，采用上述权利要求之一的焚烧炉，并包括以下步骤：

S1：烧嘴燃烧高热值燃料对焚烧炉本体的炉膛进行升温；采用烧嘴燃烧高热值燃料对炉膛进行升温，采用双交叉限幅的控制模式对高热值燃料与助燃空气的配比进行调节。

S2：当炉膛温度达到800℃以后，通入VOC废气及二次空气，VOC废气及二次空气分别通过废气热换器及二次空气热换器热交换后分别进入焚烧炉本体入口端的VOC废气腔体及二次空气腔体；

S3：热交换后二次空气进入二次腔体后，通过焚烧炉端板上均匀分布的二次空气喷口喷入焚烧炉本体的炉膛，热交换后的VOC废气进入VOC废气腔体后通过喷射管束均匀喷射入焚烧炉的炉膛，VOC废气与二次空气在炉膛内快速均匀混合；

S4：当VOC废气高温裂解产生的热量不足以维持炉膛温度时，第一切断阀关闭，第二切断阀打开，让高热值燃料直接喷入VOC废气腔体并与VOC废气进行混合，然后再喷入炉膛与二次空气混合并在高温下进行氧化裂解并释放出热量；

S5：根据炉膛内温度传感器反馈的温度值调节高热值燃料的喷入量，同时通过后端氧含量分析仪测得的实时氧含量对二次空气量进行调节；通过换热器后的氧含量分析仪测得的氧含量对燃气/空气配比进行实时修正，防止由于高热值混合燃料成分变化造成燃料过剩而引起***危险。

本发明具有的有益效果：

1、在焚烧炉的端板上的空气喷口与喷射管束均匀交错布置，保证VOC废气与二次空气在高炉炉膛中迅速混合均匀、在炉膛整个截面上快速高温裂解并释放出热量，使焚烧炉的高温段靠近入口端，有效提高了炉膛的平均温度，提高VOC废气的处理效率，降低了焚烧炉出口废气中的CO浓度。

2、采用常规烧嘴对炉膛进行升温，在实际运行阶段，切断烧嘴高热值燃料，将高热值燃料直接喷入VOC废气中，然后与二次空气通过不同通道喷入炉膛，形成无焰燃烧，有效抑制了VOC废气焚烧过程中产生的NOx。

3、在焚烧炉后端设置废气热换器及二次空气热换器分别对VOC废气及二次空气进行热交换，这种双热交换模式将高温废气的热量在焚烧炉本身进行更加有效地利用，节省了高热值燃料的消耗量，节约了***运行费用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中A-A截面结构示意图。

附图标记：1-烧嘴，2-喷射管束，3-第一切断阀，4-第二切断阀，5-VOC废气腔体，6-二次空气腔体，7-焚烧炉本体，8-废气热换器，9-二次空气热换器，10-含氧分析仪，11-高热值燃料管道，12-空气喷口，13-助燃空气进口，14-燃料进口，15-废气进口，16-空气入口，17-二次空气进气口，18-端板，19-炉膛。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖向”、“纵向”、“侧向”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“开有”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1，2所示，一种高效低氮的VOC废气焚烧炉，包括焚烧炉本体7及烧嘴1，烧嘴1上设有与外部高热值燃料管道11连通的燃料进口14和助燃空气进口13，用于将高热值燃料和助燃空气按设定配比送入所述焚烧炉本体7的炉膛19内燃烧，在焚烧炉本体7的进口密闭连接有端板18，在端板18与烧嘴1之间设有相互隔断的VOC废气腔体5和二次空气腔体6，使得VOC废气和二次空气不会发生混合，在VOC废气腔体5上设有用于废气进入的废气进口15，在二次空气腔体6上设有用于外部空气进入的空气入口16，在VOC废气腔体5通过焊接方式连通若干喷射管束2的一端，若干喷射管束2呈同心圆环状均匀分布在VOC腔体5端面并与VOC腔体5密闭连通，若干喷射管束2另一端依次穿过二次空气腔体6和端18板延伸至炉膛19内，这样分布使得VOC废气能均匀进入炉膛19内，喷射管束2与端板18贯穿处密封，使得废气不会泄漏到二次空气腔体6内，，二次空气腔体6通过端板18上的若干空气喷口12与炉膛19连通，烧嘴1出口端依次穿过VOC废气腔体5、二次空气腔体6及端板18并延伸至炉膛19内，烧嘴1用于燃烧对炉膛19进行提前升温，将二次空气通过端板18上不同的空气喷口12喷入炉膛19，形成无焰燃烧，有效抑制了VOC废气焚烧过程中产生的NOx，VOC废气通过喷射管束2进入炉膛19，在焚烧炉本体1的高温炉膛19并停留一段时间，让废气中的VOC有机成分在炉膛19高温条件下氧化裂解成无害的CO2与H2O排出，若干空气喷口12呈同心圆环状均匀分布在端板18上，圆环状分布空气喷口12与喷射管束2均匀交错设置，使得VOC废气与二次空气在炉膛19内能快速均匀混合，这样既防止了炉膛19内出现明显火焰引起局部高温而产生大量的NOx，同时，又让炉膛19高温段维持在靠近焚烧炉本体7入口侧的地方，保证VOC的去除效率保证VOC废气与二次空气在炉膛19中混合均匀、在炉膛19整个截面上高温裂解并释放出热量，使焚烧炉的高温段靠近入口端，有效提高了炉膛19的平均温度，提高VOC废气的处理效率，降低了焚烧炉出口废气中的CO浓度。

实施例2

在上述实施例的基础上，如图1所示，在焚烧炉本体7的后端安装有废气热换器8、二次空气热换器9及余热锅炉，废气热换器8的进口端与废气管道连通，其出口端通过管道与VOC废气腔体5的废气进口15连通，二次空气热换器9设有二次空气进气口17，二次空气热换器9的出口与二次空气腔体6的空气入口16通过管道连通；在焚烧炉后端设置废气热换器8及二次空气热换器9分别对VOC废气及二次空气进行热交换，这种双热交换模式将高温废气的热量在焚烧炉本身进行更加有效地利用，节省了高热值燃料的消耗量，节约了***运行费用，高温废气温度降低后从空气热换器流出，可以基于实际设计参数设置余热锅炉对高温废气的热量作进一步回收。

实施例3

在上述实施例的基础上，在焚烧炉本体7的炉膛19内有温度测量点，并设置温度传感器，图中未标注，通过温度传感器对所述炉膛内的燃烧温度进行测量；根据炉膛反馈温度值来调节高热值燃料的喷入量

实施例4

在上述实施例的基础上，如图1所示，在焚烧炉本体7的后端还安装有含氧量分析仪10；通过后端氧含量分析仪10测得的实时氧含量对二次空气量进行调节，确保炉膛19内部有足够的氧含量满足废气中VOC成分及高热值燃料在炉膛19高温环境下的氧化裂解。

在烧嘴1上设有与外部高热值燃料管道11连通的燃料进口14和助燃空气进口13，用于将高热值燃料和助燃空气按设定配比送入所述焚烧本体7的炉膛19内燃烧。

在高热值燃料管道11末端同时与烧嘴1的燃料进口14、VOC废气腔体5的废气进口15连通，高热值燃料管道11与烧嘴1的燃料进口14之间设有第一切断阀3，与VOC废气腔体5的废气进口15之间设有第二切断阀4，当在废气中的VOC高温裂解产生的热量不足以维持炉膛温度时，可以向VOC废气中补充一定量的高热值燃料，为了防止烧嘴1燃烧的高温火焰产生大量NOx，当炉膛19温度高于800℃以后，烧嘴1前第一切断阀3关闭，VOC废气腔体5前的第二切断阀4打开，让高热值燃料直接喷入VOC废气腔体5并与VOC废气进行混合，然后再喷入炉膛19与二次空气混合并在高温下进行氧化裂解并释放出热量。

一种高效低氮的VOC废气的焚烧方法，采用上述权利要求之一的焚烧炉，并包括以下步骤：

S1：烧嘴1燃烧高热值燃料对焚烧炉本体7的炉膛19进行升温；采用烧嘴1燃烧高热值燃料对炉膛进行升温，采用双交叉限幅的控制模式对高热值燃料与助燃空气的配比进行调节。

S2：当炉膛19温度达到800℃以后，通入VOC废气及二次空气，VOC废气及二次空气分别通过废气热换器8及二次空气热换器9热交换后分别进入焚烧炉本体7入口端的VOC废气腔体及二次空气腔体；

S3：热交换后二次空气进入二次腔体后，通过焚烧炉端板上均匀分布的空气喷口12喷入焚烧炉本体7的炉膛19，热交换后的VOC废气进入VOC废气腔体5后通过喷射管束2均匀喷射入焚烧炉的炉膛19，VOC废气与二次空气在炉膛19内快速均匀混合；

S4：当VOC废气高温裂解产生的热量不足以维持炉膛19温度时，第一切断阀3关闭，第二切断阀4打开，让高热值燃料直接喷入VOC废气腔体5并与VOC废气进行混合，然后再喷入炉膛19与二次空气混合并在高温下进行氧化裂解并释放出热量；

S5：根据炉膛19内温度传感器反馈的温度值调节高热值燃料的喷入量，同时通过后端氧含量分析仪测得的实时氧含量对二次空气量进行调节；通过换热器后的氧含量分析仪测得的氧含量对燃气/空气配比进行实时修正，防止由于高热值混合燃料成分变化造成燃料过剩而引起***危险。

本发明的工作原理：冷炉启动时，采用烧嘴1燃烧高热值燃料对炉膛19进行升温，采用双交叉限幅的控制模式对高热值燃料与助燃空气的配比进行调节，同时通过换热器后的氧含量分析仪测得的氧含量对燃气/空气配比进行实时修正将炉膛温度加热到800℃以上；

当炉膛19温度达到800℃以后，通入VOC废气及二次空气，VOC废气及二次空气分别通过废气热换器及空气热换器热交换后分别进入焚烧炉入口端的VOC废气腔体5及二次空气腔体6，热换器用于将高温废气的热量进行回收利用，热交换后的二次空气进入二次空气腔体后，通过焚烧炉端板上均匀分布的二次空气喷口均匀喷入焚烧炉的炉膛，热交换后的VOC废气进入VOC废气腔体5后通过喷射管束2均匀喷射入焚烧炉的炉膛19，由于空气喷口12与喷射管束2呈同心圆环均匀交错布置，使得VOC废气与二次空气在炉膛内快速均匀混合，这样既防止了炉膛内出现明显火焰引起局部高温而产生大量的NOx，同时，又让炉膛高温段维持在靠近焚烧炉入口侧的地方，保证VOC的去除效率。

当废气中的VOC高温裂解产生的热量不足以维持炉膛温度时，在向VOC废气中补充一定量的高热值燃料，为了防止烧嘴1燃烧的高温火焰产生大量NOx，当炉膛19温度高于800℃以后，烧嘴1前第一切断阀3关闭，VOC废气腔体5前第二切断阀4打开，让高热值燃料直接喷入VOC废气腔体5并与VOC废气进行混合，然后再喷入炉膛19与二次空气混合并在高温下进行氧化裂解并释放出热量，根据炉膛19反馈温度调节高热值燃料的喷入量，同时通过后端氧含量分析仪10测得的实时氧含量对二次空气量进行调节，确保炉膛19内部有足够的氧含量满足废气中VOC成分及高热值燃料在炉膛19高温环境下的氧化裂解。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高效低氮的VOC废气焚烧炉，其特征在于，包括焚烧炉本体(7)及用于燃烧高热值燃料的烧嘴(1)，所述焚烧炉本体(7)的进口密闭连接有端板(18)，所述端板(18)与烧嘴(1)之间设有相互隔断的VOC废气腔体(5)和二次空气腔体(6)，所述VOC废气腔体(5)连通若干喷射管束(2)的一端，若干所述喷射管束(2)另一端穿过端板(18)延伸至炉膛(19)内，喷射管束(2)与端板(18)贯穿处密封，所述VOC废气腔体(5)上设有废气进口(15)，所述二次空气腔体(6)通过端板(18)上的若干空气喷口(12)与炉膛(19)连通，空气喷口(12)与喷射管束(2)均匀交错设置，所述二次空气腔体(6)上设有空气入口(16)，在焚烧炉本体(7)后端设有废气热换器(8)、二次空气热换器(9)分别对VOC废气及二次空气进行热交换，所述烧嘴(1)出口端穿过所述VOC废气腔体(5)、二次空气腔体(6)及端板(18)并延伸至炉膛(19)内，运行时，切断烧嘴(1)的高热值燃料，将高热值燃料直接喷入VOC废气中，然后与二次空气通过不同的通道喷入炉膛(19)，形成无焰燃烧。

2.根据权利要求1所述的一种高效低氮的VOC废气焚烧炉，其特征在于，若干所述空气喷口(12)呈同心圆环状均匀分布在端板(18)上，若干所述喷射管束(2)呈同心圆环状均匀分布在VOC废气腔体(5)端面。

3.根据权利要求1所述的一种高效低氮的VOC废气焚烧炉，其特征在于，所述废气热换器(8)的进口端与废气管道连通，其出口端通过管道与VOC废气腔体(5)的废气进口连通，所述二次空气热换器(9)设有二次空气进气口(17)，所述二次空气热换器(9)的出口与二次空气腔体(6)的空气入口(16)通过管道连通。

4.根据权利要求3所述的一种高效低氮的VOC废气焚烧炉，其特征在于，所述焚烧炉本体(7)的炉膛(19)内有温度测量点，并设置温度传感器，通过温度传感器对所述炉膛(19)内的燃烧温度进行测量。

5.根据权利要求4所述的一种高效低氮的VOC废气焚烧炉，其特征在于，所述焚烧炉本体(7)的后端还设有含氧量分析仪(10)。

6.根据权利要求1所述的一种高效低氮的VOC废气焚烧炉，其特征在于，所述烧嘴(1)上设有与外部高热值燃料管道(11)连通的燃料进口(14)和助燃空气进口(13)，用于将高热值燃料和助燃空气按设定配比送入所述焚烧炉本体(7)的炉膛(19)内燃烧。

7.根据权利要求6所述的一种高效低氮的VOC废气焚烧炉，其特征在于，所述高热值燃料管道(11)末端同时与烧嘴(1)的燃料进口(14)、VOC废气腔体(5)的废气进口(15)连通，高热值燃料管道(11)与烧嘴(1)的燃料进口(14)之间设有第一切断阀(3)，与VOC废气腔体(5)的废气进口(15)之间设有第二切断阀(4)。

8.一种高效低氮的VOC废气的焚烧方法，其特征在于，采用上述任意权利要求之一的焚烧炉，并包括以下步骤：

S1：烧嘴(1)燃烧高热值燃料对焚烧炉本体(7)的炉膛(19)进行升温；

S2：当炉膛(19)温度达到800℃以后，通入VOC废气及二次空气，VOC废气及二次空气分别通过废气热换器(8)及二次空气热换器(9)热交换后分别进入焚烧炉本体(7)入口端的VOC废气腔体(5)及二次空气腔体(6)；

S3：热交换后二次空气进入二次空气腔体(6)后，通过端板(18)上均匀分布的空气喷口(12)喷入焚烧炉本体(7)的炉膛(19)，热交换后的VOC废气进入VOC废气腔体(5)后通过喷射管束(2)均匀喷射入焚烧炉本体(7)的炉膛(19)，VOC废气与二次空气在炉膛(19)内快速均匀混合；

S4：当VOC废气高温裂解产生的热量不足以维持炉膛(19)温度时，第一切断阀(3)关闭，第二切断阀(4)打开，让高热值燃料直接喷入VOC废气腔体(5)并与VOC废气进行混合，然后再喷入炉膛(19)与二次空气混合并在高温下进行氧化裂解并释放出热量；

S5：根据炉膛(19)内温度传感器反馈的温度值调节高热值燃料的喷入量，同时通过后端氧含量分析仪(10)测得的实时氧含量对二次空气量进行调节。

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