本發(fā)明涉及工業(yè)煙氣處理裝置，特別涉及氣體燃料燃燒系統(tǒng)的低氮、voc(揮發(fā)性有機(jī)物)處理裝置及方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有天然氣燃燒器、燃燒機(jī)中所采用的燃燒方式多為等壓型—擴(kuò)散、半預(yù)混、預(yù)混式燃燒。由于環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，要求燃燒系統(tǒng)大幅降低高溫型氮氧化物(nox)、工藝型voc排放，使具有低nox工作特性的全預(yù)混式金屬絲網(wǎng)燃燒器得以逐步普及。但同時其比功率低、效率低、調(diào)節(jié)比低、易回火……等特點(diǎn)也顯露出來。

當(dāng)前流行的低氮燃燒器(低nox燃燒器)是一種“金屬纖維網(wǎng)燃燒器”。為了得到穩(wěn)定的低氮排放指標(biāo)，需要以金屬網(wǎng)反應(yīng)區(qū)設(shè)定的低nox生成溫度為基準(zhǔn)，對燃?xì)猱?dāng)量比放大并進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，以控制通過單位介質(zhì)面積的火焰溫度及火焰穩(wěn)定度。其設(shè)定的低氮火焰溫度一般在850℃—950℃時。高于此溫度，燃燒過程當(dāng)中的氮氧化物生成量開始線性增加。為了得到較大的功率，就必須加大金屬絲網(wǎng)的面積，致其比功率下降、火焰輻射能力下降，導(dǎo)致系統(tǒng)整體加熱能力的下降。

多孔介質(zhì)燃燒的低nox排放，是因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)特性可以對較大過剩空氣系數(shù)的預(yù)混燃?xì)猱a(chǎn)生穩(wěn)定(火焰駐定)控制。也因此在同等加熱工況下，多孔介質(zhì)燃燒方式將產(chǎn)生較多的含氧煙氣，或者說需要更大的燃燒空間，設(shè)備體積加大；反之則功率下降。

voc一般定義為：熔點(diǎn)低于室溫，沸點(diǎn)在50℃—260℃之間的、能夠參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的揮發(fā)性有機(jī)物的總稱。以目前成熟技術(shù)對voc進(jìn)行處理主要有兩種方法。吸收催化法和燃燒去除法。對于大型工業(yè)生產(chǎn)來說，吸收催化法需要較大設(shè)備結(jié)構(gòu)及很高的后處理費(fèi)用，對生產(chǎn)成本壓力較大。故，燃燒去除法在實(shí)際voc處理工程中應(yīng)用較多。燃燒去除法的缺陷主要是需要額外的能源消耗，如何降低系統(tǒng)能耗(或者說如何充分利用額外能耗)是voc燃燒去除法的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種共模同步型工業(yè)煙氣復(fù)燃循環(huán)處理模塊、裝置及方法，它們能夠?qū)崿F(xiàn)低nox、低voc排放，且能夠節(jié)約能源。

發(fā)明構(gòu)思為：將煙氣voc燃燒處理器與燃燒器主燃燒室共型設(shè)計，形成“共模同步型工業(yè)煙氣voc復(fù)燃循環(huán)處理器。即，低氮燃燒+煙氣多重循環(huán)復(fù)燃＝低nox、voc排放。煙氣多重循環(huán)復(fù)燃通過強(qiáng)化主燃燒器火焰熱輻射、創(chuàng)新多孔介質(zhì)型輻射吸收體結(jié)構(gòu)，形成獨(dú)立的強(qiáng)化熱輻射voc反應(yīng)區(qū)，即二次燃燒空間?；亓鳠煔鈴牡谝欢嗫捉橘|(zhì)進(jìn)入二次燃燒空間，減速擴(kuò)壓；從第二多孔介質(zhì)噴出，減壓增速；這一過程的時隙，即為voc反應(yīng)時段。通過調(diào)節(jié)兩個多孔介質(zhì)間隙，即為煙氣voc反應(yīng)溫度/時間的控制點(diǎn)。使煙氣顯熱和“可燃成分完全反應(yīng)”后形成“超焓”參與工況加熱，并達(dá)到極低nox、voc排放。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種共模同步型工業(yè)煙氣復(fù)燃循環(huán)處理模塊，該處理模塊包括筒狀燃燒器1和兩個錐筒形多孔介質(zhì)芯體2、5，所述筒狀燃燒器1包括筒體11和套設(shè)在筒體11內(nèi)的環(huán)狀輻射屏12，筒體11和輻射屏12之間構(gòu)成燃?xì)饣旌鲜?3，筒體11的外側(cè)部設(shè)置與所述燃?xì)饣旌鲜?3連通的徑向進(jìn)氣蝸管6，所述筒狀燃燒器1的中心設(shè)置中心軸4；所述兩個錐筒形多孔介質(zhì)芯體2、5錐頂相對、對稱套裝于筒狀燃燒器1的所述中心軸4上可軸向滑動，兩個錐筒形多孔介質(zhì)芯體2、5與所述環(huán)狀輻射屏12之間構(gòu)成二次燃燒空間3，兩個錐底部分別構(gòu)成進(jìn)氣口7和出氣口8。

優(yōu)選地，從外層到內(nèi)層，所述環(huán)狀輻射屏依次包括混合氣整流腔、毛細(xì)管噴嘴層、十字鈍體層和多孔介質(zhì)輻射層。

優(yōu)選地，所述錐筒形多孔介質(zhì)芯體2、5由正圓形平面多孔介質(zhì)沿軸心凸起拉長制成，其中的毛細(xì)孔的軸線與筒狀燃燒器1的所述中心軸4平行。

一種共模同步型工業(yè)煙氣復(fù)燃循環(huán)處理裝置，所述處理裝置包括若干個共模同步型工業(yè)煙氣復(fù)燃循環(huán)處理模塊串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)構(gòu)成，所述若干個共模同步型工業(yè)煙氣復(fù)燃循環(huán)處理模塊為上述任意一項(xiàng)所述的共模同步型工業(yè)煙氣復(fù)燃循環(huán)處理模塊。

一種共模同步型工業(yè)煙氣復(fù)燃循環(huán)處理方法，所述處理方法包括：

配置上述任意一項(xiàng)所述的共模同步型工業(yè)煙氣復(fù)燃循環(huán)處理模塊；

從徑向進(jìn)氣蝸管6向所述燃?xì)饣旌鲜?3輸入燃?xì)猓細(xì)庠谒霏h(huán)狀輻射屏12的內(nèi)壁面低氮燃燒，產(chǎn)生的含氧煙氣經(jīng)環(huán)狀輻射屏12排入所述二次燃燒空間3，且環(huán)狀輻射屏12向所述二次燃燒空間3輻射熱；

同時，另一路回流煙氣從進(jìn)氣口7經(jīng)一個錐筒形多孔介質(zhì)芯體2進(jìn)入所述二次燃燒空間3，經(jīng)另一個錐筒形多孔介質(zhì)芯體5從出氣口8噴出；

調(diào)節(jié)兩個錐筒形多孔介質(zhì)芯體2、5之間的間隙，以控制二次燃燒空間3內(nèi)煙氣反應(yīng)溫度和時間，使煙氣中的可燃成分完全反應(yīng)。

優(yōu)選地，煙氣在二次燃燒空間3內(nèi)的復(fù)燃控制方式包括下述方式中的至少一種：

低氮燃燒產(chǎn)生的含氧煙氣沿著與所述中心軸4垂直的方向排入所述二次燃燒空間3，且排煙壓力大于從錐筒形多孔介質(zhì)芯體2輸入的煙氣的壓力，使兩路煙氣形成切向流湍混傳熱；

兩個錐筒形多孔介質(zhì)芯體2、5吸收環(huán)狀輻射屏12的輻射熱使其介質(zhì)孔升溫，煙氣流經(jīng)高溫介質(zhì)孔時獲得熱量發(fā)生反應(yīng)；

調(diào)節(jié)兩個錐筒形多孔介質(zhì)芯體2、5之間的間隙，使二次燃燒空間3的氣動參數(shù)發(fā)生線性變化，最大限度的將火焰的輻射能傳遞給被處理煙氣。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

通過對燃?xì)庑偷蚽ox燃燒器與多孔介質(zhì)voc復(fù)燃處理器的創(chuàng)新設(shè)計，構(gòu)建了燃燒/復(fù)燃共型燃燒室，使燃燒從矢量單循環(huán)變?yōu)闃?biāo)量多循環(huán)，提高煙氣顯熱對系統(tǒng)熱貢獻(xiàn)率，節(jié)能效果明顯、確切。由于本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，將多種機(jī)器功能合成為一體。以致其同時具有高效、節(jié)材、環(huán)保及節(jié)省生產(chǎn)空間的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為一個實(shí)施例共模同步型工業(yè)煙氣復(fù)燃循環(huán)處理模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為其平面圖；

圖3為另一個實(shí)施例共模同步型工業(yè)煙氣復(fù)燃循環(huán)處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中局部被剖開；

圖4為另一個實(shí)施例中錐筒形多孔介質(zhì)芯體的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為另一個實(shí)施例中錐筒形多孔介質(zhì)芯體的平面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為另一個實(shí)施例中錐筒形多孔介質(zhì)芯體的側(cè)視圖，圖中局部被剖開。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

參照圖1和圖2，本共模同步型工業(yè)煙氣復(fù)燃循環(huán)處理模塊包括筒狀燃燒器1和兩個錐筒形多孔介質(zhì)芯體2、5，所述筒狀燃燒器1包括筒體11和套設(shè)在筒體11內(nèi)的環(huán)狀輻射屏12，筒體11和輻射屏12之間構(gòu)成燃?xì)饣旌鲜?3，筒體11的外側(cè)部設(shè)置與所述燃?xì)饣旌鲜?3連通的徑向進(jìn)氣蝸管6，所述筒狀燃燒器1的中心設(shè)置中心軸4；所述兩個錐筒形多孔介質(zhì)芯體2、5錐頂相對、對稱套裝于筒狀燃燒器1的所述中心軸4上可軸向滑動，兩個錐筒形多孔介質(zhì)芯體2、5與所述環(huán)狀輻射屏12之間構(gòu)成二次燃燒空間3，兩個錐底部分別構(gòu)成進(jìn)氣口7和出氣口8。

進(jìn)一步地，環(huán)狀輻射屏12采用以下結(jié)構(gòu)：從外層到內(nèi)層，所述環(huán)狀輻射屏12依次包括混合氣整流腔、毛細(xì)管噴嘴層、十字鈍體層和多孔介質(zhì)輻射層?；旌蠚庹髑挥糜诤銐?、恒流，毛細(xì)管噴嘴層用于防回火，十字鈍體層作為火焰駐定器，多孔介質(zhì)輻射層用于火焰展開。通過這樣的結(jié)構(gòu)，使火焰在900℃的工況下燃燒并駐定在十字鈍體層與多孔介質(zhì)黑體層之間，隨著燃燒進(jìn)程，黑體材質(zhì)多孔介質(zhì)達(dá)到設(shè)定溫度，在開始向外產(chǎn)生熱輻射的同時，還起到了恒定點(diǎn)火源的作用。故，二次燃燒空間3內(nèi)形成900—1000℃、含氧量約為11％的工作環(huán)境，使二次燃燒空間3上游進(jìn)入的含氧量不低于5％的重復(fù)回流煙氣中的可燃成份(含voc)復(fù)燃、燃盡，而后從二次燃燒空間3下游排出。

進(jìn)一步地，所述錐筒形多孔介質(zhì)芯體2、5由正圓形平面多孔介質(zhì)沿軸心凸起拉長制成，其中的毛細(xì)孔的軸線與筒狀燃燒器1的所述中心軸4平行。具體應(yīng)用中，可以根據(jù)煙氣成份、工藝流量、氣流壓降及voc除盡率等參數(shù)來設(shè)計多孔介質(zhì)的厚度(毛細(xì)孔深度)。將多孔介質(zhì)芯體2、5做成錐筒形，主要是為了使毛細(xì)孔群的孔壁面展開，直接吸收來自于徑向的環(huán)形輻射屏12的輻射熱，毛細(xì)管吸收輻射傳熱后，將熱直接傳遞給流過的煙氣，即，使煙氣流經(jīng)高溫介質(zhì)孔時獲得熱量發(fā)生反應(yīng)。而平板型多孔介質(zhì)對應(yīng)于徑向輻射熱的吸收極小，其傳熱大多為對流傳熱和介質(zhì)板端面四周極小面積的熱傳導(dǎo)。從傳熱原理上講，火焰的輻射傳熱占其總能的70％以上。

從受熱性能看：以直徑100㎜，厚度10㎜的多空介質(zhì)板與底徑100㎜，頂徑30㎜，高80㎜，厚度10㎜的多孔介質(zhì)錐筒對比，對應(yīng)于燃燒室直徑100㎜，長80㎜壁面的熱輻射徑向投影面積為：3140mm²∶17977mm²，錐筒側(cè)面積是正圓平板面積的5.72倍，也可以說錐筒形多孔介質(zhì)比正圓板型多孔介質(zhì)的受熱能力高5.72倍；

再從傳熱能力上看：正圓多空介質(zhì)板毛細(xì)孔水利面積為7389mm²，錐筒形多孔介質(zhì)的水利面積為21733mm²，錐筒散熱面積是正圓平板散熱面積的2.94倍。

從以上簡單數(shù)據(jù)的對比可以看出，本發(fā)明的一個核心即為——低氮燃燒狀態(tài)下極高的整體“熱效率”——共模同步煙氣voc處理結(jié)構(gòu)。

多孔介質(zhì)材質(zhì)可以是：310s、sic、25lv5、27lv7m2。

參照圖3，該共模同步型工業(yè)煙氣復(fù)燃循環(huán)處理裝置由兩個共模同步型工業(yè)煙氣復(fù)燃循環(huán)處理模塊串聯(lián)組成。其中的共模同步型工業(yè)煙氣復(fù)燃循環(huán)處理模塊與圖1所示處理模塊基本相同，區(qū)別在于，錐筒形多孔介質(zhì)芯體2、5的毛細(xì)孔不同。前述實(shí)施例中為圓孔。本實(shí)施例中為三角孔，參照圖4至圖6,圖中箭頭a1、a2表示氣流方向。

在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)需要可以用多個共模同步型工業(yè)煙氣復(fù)燃循環(huán)處理模塊串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)組成共模同步型工業(yè)煙氣復(fù)燃循環(huán)處理裝置。

上述共模同步型工業(yè)煙氣復(fù)燃循環(huán)處理模塊適用于所有氣體燃料燃燒系統(tǒng)的低氮、voc處理。

煙氣處理過程主要分為：煙/空氣混合形成燃?xì)?、燃?xì)馊紵齻鳠?、煙氣多孔介質(zhì)內(nèi)復(fù)燃、混合煙氣輸出四個工作過程。更具體的煙氣處理方法包括：

燃料/空氣混合(燃?xì)?從徑向進(jìn)氣蝸管6輸入所述燃?xì)饣旌鲜?3，燃?xì)馔ㄟ^環(huán)狀輻射屏12的孔隙在所述環(huán)狀輻射屏12的內(nèi)壁面低氮燃燒，形成筒狀薄膜火焰，環(huán)狀輻射屏12自身也被加熱到900℃左右，低氮燃燒產(chǎn)生的含氧煙氣經(jīng)環(huán)狀輻射屏12排入所述二次燃燒空間3，環(huán)狀輻射屏12同時向所述二次燃燒空間3輻射熱；

同時，另一路回流煙氣從進(jìn)氣口7經(jīng)一個錐筒形多孔介質(zhì)芯體2進(jìn)入所述二次燃燒空間3，經(jīng)另一個錐筒形多孔介質(zhì)芯體5從出氣口8噴出，在此過程中煙氣復(fù)燃去除voc；

通過調(diào)節(jié)二次燃燒空間3內(nèi)的燃?xì)鈮毫?，調(diào)節(jié)兩個錐筒形多孔介質(zhì)芯體2、5之間的間隙，可以控制二次燃燒空間3內(nèi)煙氣反應(yīng)溫度和時間，使煙氣中的可燃成分完全反應(yīng)。

較佳方式中，煙氣在二次燃燒空間3內(nèi)的復(fù)燃控制方式包括：

低氮燃燒產(chǎn)生的含氧煙氣沿著與所述中心軸4垂直的方向排入所述二次燃燒空間3，且排煙壓力大于從錐筒形多孔介質(zhì)芯體2輸入的煙氣的壓力，使兩路煙氣形成切向流湍混傳熱；

兩個錐筒形多孔介質(zhì)芯體2、5吸收環(huán)狀輻射屏12的輻射熱使其介質(zhì)孔升溫，煙氣流經(jīng)高溫介質(zhì)孔時獲得熱量發(fā)生反應(yīng)；

調(diào)節(jié)兩個錐筒形多孔介質(zhì)芯體2、5之間的間隙，使二次燃燒空間3的氣動參數(shù)發(fā)生線性變化，最大限度的將火焰的輻射能傳遞給被處理煙氣。

至少一些實(shí)施例具備以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)高效率：在設(shè)定的低氮燃燒溫度下，通過創(chuàng)新燃燒室多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)及氣動力學(xué)優(yōu)化，使燃?xì)庠隈v定反應(yīng)區(qū)(環(huán)狀輻射屏)低氮式燃燒。同時，建立高過剩空氣系數(shù)燃燒后的高溫?zé)煔饣亓鲝?fù)燃流程，使煙氣顯熱及其中未盡氧氣重復(fù)參與后續(xù)燃燒反應(yīng)，這樣既可回用煙氣余熱，而低氮燃燒較大過剩空氣系數(shù)中的氧，可為其復(fù)燃過程提供有益支持。

(2)高傳熱：筒狀燃燒器內(nèi)壁面構(gòu)成低氮燃燒的同時，對上游流過來的煙氣以三種方式組織其復(fù)燃。首先是筒狀燃燒器通過多孔介質(zhì)環(huán)狀輻射屏排煙，其方向與燃燒器軸心垂直，又由于其環(huán)狀輻射屏的煙氣出口壓力大于軸向循環(huán)的回流煙氣，因此形成了切向流湍混傳熱；其次是軸向引進(jìn)的回流煙氣要通過兩個對稱安裝的錐筒形多孔介質(zhì)芯體，這一對多孔介質(zhì)芯體又被其外套環(huán)形輻射屏同步輻射加熱，含有可燃成份的湍流煙氣在高溫介質(zhì)孔內(nèi)獲得更多的熱量并充分反應(yīng)。調(diào)節(jié)兩個錐筒形多孔介質(zhì)芯體的錐頂距，可使兩錐筒與外套環(huán)裝輻射屏間的voc中心反應(yīng)區(qū)(二次燃燒空間)的氣動參數(shù)發(fā)生線性變化，最大限度的將火焰的輻射能傳遞給被處理煙氣，完成voc消除。

(3)低nox：在特殊構(gòu)型的多孔介質(zhì)組合體內(nèi)，隨流量變化，燃?xì)猱?dāng)量比加大并在設(shè)定的伺服區(qū)間自動調(diào)節(jié)，使反應(yīng)區(qū)溫度恒定在設(shè)計點(diǎn)(950℃±50℃)上，形成穩(wěn)定的低氮排放。環(huán)狀輻射屏利用其波紋結(jié)構(gòu)，為從其網(wǎng)面噴出的火焰提供單向流動的軸向力。

(4)低耗：煙氣復(fù)燃可將煙氣顯熱帶回燃燒區(qū)，其中voc的可燃成份將參與反應(yīng)，燃燒反應(yīng)區(qū)便形成了“超焓”狀態(tài)——即：反應(yīng)區(qū)總熱量超過一次燃料供應(yīng)所含熱量。等溫輸出即形成低耗狀態(tài)。從燃燒原理看，低氮由降低火焰溫度始，方法為加大過?？諝饬?，摻雜冷風(fēng)多，致燃燒反應(yīng)變慢。如果不考慮延長反應(yīng)區(qū)(加大燃燒空間)則燃燒效率降低，煙氣中未盡燃料、氧氣均會有升高。建立煙氣多重循環(huán)復(fù)燃模式，則可有效地榨干燃?xì)庵械目扇汲煞莶煔庥酂峄赜?，形成給定溫度段的“超焓”現(xiàn)象，使整體加熱工藝流程“低耗”。

(5)voc消除：針對加熱系統(tǒng)工況，voc是由于被加熱物受熱(加熱溫度低于500℃)而產(chǎn)生的。特別是在無焰加熱狀態(tài)下，被加熱物產(chǎn)生的voc隨煙氣外排。本發(fā)明利用煙氣在特殊構(gòu)型多孔介質(zhì)中的復(fù)燃，來消除煙氣中voc。結(jié)果，voc耗盡，同時貢獻(xiàn)熱量。

(6)燃燒與煙氣處理一體化，整機(jī)效率高、外用能源低。本發(fā)明通過對燃?xì)庑偷蚽ox燃燒器與多孔介質(zhì)voc復(fù)燃處理器的創(chuàng)新設(shè)計，構(gòu)建了燃燒/復(fù)燃共型燃燒室——使燃燒從矢量單循環(huán)變?yōu)闃?biāo)量多循環(huán)，提高煙氣顯熱對系統(tǒng)熱貢獻(xiàn)率，節(jié)能效果明顯、確切。

(7)緊湊：由于本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，將多種機(jī)器功能合成為一體。以致其同時具有高效、節(jié)材、環(huán)保及節(jié)省生產(chǎn)空間的優(yōu)點(diǎn)。

上述通過具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，這些詳細(xì)的說明僅僅限于幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員理解本發(fā)明的內(nèi)容，并不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明構(gòu)思下對上述方案進(jìn)行的各種潤飾、等效變換等均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。