一种保证高浓VOCs废气燃烧治理安全性和充分性的系统

技术领域

本发明属于废气治理领域，特别是一种保证高浓VOCs废气燃烧治理安全性和充分性的系统。

背景技术

在石化、化工、材料、电子等工业需要用到大量的挥发性有机溶剂，这些溶剂挥发出高浓度有机废气，以下简称高浓VOCs废气，这些气体由于气量大、浓度高，用常规的吸附、吸收、生物等方法难以处理达标排放，近年来，企业多采用燃烧法进行治理，将VOCs气体燃烧分解为水和二氧化碳排放，该方法高效彻底、能耗低，但是高浓VOCs废气浓度大多处在爆炸极限范围内，属于易燃易爆的危险气体，因此在燃烧治理的过程中极易发生燃爆事故，给员工和企业的生命财产安全带来极大的隐患。

为确保燃烧治理的安全性，越来越多的企业在溶剂储存装置中设置惰性气体保护，这样溶剂挥发出来的高浓VOCs废气中理论上不含氧气，但是由于设计施工或管理的缺陷，溶剂储存装置中挥发出来的高浓VOCs废气中常常夹带部分氧气，这就导致了废气输入燃烧装置过程中产生了燃爆的安全风险，无法做到本质安全。

另一方面，随着企业溶剂使用情况和气温等天气情况变化，高浓VOCs废气常常成分复杂且多变，不同的VOCs种类完全燃烧需要的氧气配比是不同的，现有的燃烧治理的配比技术大多是粗放的简单调节，因此进入到燃烧装置中进行燃烧治理时常出现助燃空气配比失调的现象，当助燃空气中供氧不足以匹配高浓VOCs废气氧化所需时，就会燃烧不充分而出现黑烟和大量不完全燃烧污染物，使排放不达标、污染环境，若简单的通入过量助燃风，则会导致可燃物浓度过低而无法燃烧，VOCs废气直接逃逸外排。另外，高浓VOCs废气流量的变化也给燃烧治理带来很大的挑战，波动的气量也常常导致助燃空气和废气的配比失调，进而造成处理的不达标现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高浓VOCs废气燃烧治理的安全性和燃烧充分性的保障系统，用于保证废气燃烧治理设备安全稳定的运行，规避燃爆的风险，同时确保废气和助燃空气配比合适，使燃烧充分、不产生燃烧二次有害物，尾气达标排放。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种保证高浓VOCs废气燃烧治理安全性和充分性的系统，包括：

废气压缩存储模块，用于接入VOCs废气排放口，以储存并压缩VOCs废气，当VOCs废气浓度达到设定压力时将VOCs废气减压释放；

废气除氧模块，用于检测废气压缩存储模块释放的VOCs废气中的氧气浓度，当氧气浓度未达到危险浓度设定值时，直接接入废气安全和紧急放空模块；当氧气浓度达到危险浓度设定值时，对VOCs废气中的氧气进行脱氧处理；

废气安全和紧急放空模块，用于进一步检测废气除氧模块释放的VOCs废气中的氧气浓度，若氧气浓度达到安全值范围内则进入后续燃烧配比模块正常燃烧，若氧气浓度仍超过安全值范围内，则对VOCs废气进行紧急放空；

燃烧配比模块，用于引入助燃空气，并检测废气安全和紧急放空模块释放的VOCs废气的流量、浓度，根据进入的VOCs废气的流量、浓度，调节助燃空气流量和VOCs废气的配比；当废气压缩存储模块压力高于设定值时，调高助燃空气的流量。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

(1)通过除氧模块及废气安全和紧急放空模块的设置，确保进入废气燃烧装置的高浓VOCs废气不含氧气，使废气始终处于本质安全状态，规避了废气在输送系统内的燃爆、回火风险，大大提高了废气燃烧治理系统的安全性。

(2)通过燃烧配比模块的自动调节功能，使风机输送的助燃空气流量和废气中可燃物含量达到合适的配比，两者得以稳定燃烧，废气中VOCs充分氧化生成水和二氧化碳排放，无不完全燃烧成分和二次污染，排放稳定达标。

(3)通过废气压缩存储模块的设置，使流量变化较大的高浓VOCs废气可以稳定的输送到燃烧系统中，从而保证燃烧的稳定性，使燃烧更加充分。

附图说明

图1为系统原理图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

结合图1，本实施例的一种高浓VOCs废气燃烧安全性和充分性保证系统由废气压缩存储模块、废气除氧模块、废气安全和紧急放空模块、燃烧配比模块、连锁控制系统几大部分组成；

其中，所述压缩存储模块包含在线压力监测仪表1、高压输送风机2、止回阀4、废气压缩储罐5、压缩储罐压力监测仪表3、安全泄压阀6，高压废气切断阀7，废气减压阀9；

所述在线压力监测仪表1、高压输送风机2、止回阀4、废气压缩储罐5依次连接，废气压缩储罐5上设有压缩储罐压力监测仪表3和安全泄压阀6；废气压缩储罐5出气口与高压废气切断阀7，废气减压阀9依次连接。

所述废气除氧模块包含第一氧含量实时监测仪10、无氧气路切断阀12、有氧气路切断阀8、除氧装置14；

所述废气减压阀9分两路，分别与无氧气路切断阀12、有氧气路切断阀8连接，有氧气路切断阀8与除氧装置14连接，除氧装置14出气口与无氧气路切断阀12出气管路汇合后与废气安全和紧急放空模块连接。除氧装置14上设有除氧装置温度检测仪13。

所述废气安全和紧急放空模块包含第二氧含量实时监测仪11、紧急放空切断阀18；燃烧配比模块包含在线压力监测仪表15、废气高精度调节阀16、废气在线流量监测仪表17、在线VOCs浓度实时监测装置22、助燃风机19、助燃风高精度调节阀20、助燃风流量在线监测仪表21、废气阻火器23、长明火炬24、高效废气燃烧头25。

所述第二氧含量实时监测仪11、在线压力监测仪表15、废气高精度调节阀16、废气在线流量监测仪表17、在线VOCs浓度实时监测装置22、废气阻火器23依次连接后接入高效废气燃烧头25，长明火炬24用于点燃高效废气燃烧头25排出的废气。第二氧含量实时监测仪11和在线压力监测仪表15之间的管路上设有紧急放空切断阀18。

所述助燃风机19、助燃风高精度调节阀20、助燃风流量在线监测仪表21依次连接后接入高效废气燃烧头25。

整套系统入口接入高浓VOCs废气排放口，运行时按照以下原理进行。

系统工作前长明火炬24先行点火工作并保持持续运行状态，废气助燃风机19开机、助燃风高精度调节阀20打开至工作开度对炉膛内进行吹扫，吹扫一定时间确保炉内无可燃气体积聚，吹扫完毕后高浓VOCs废气开始通入系统；

高压输送风机2根据前端的在线压力监测仪表1反馈的压力值大小自动调节频率运行，确保风机前端压力值保持在设定的负压状态，使上游间歇产生、且流量波动的废气可以稳定的被吸入风机后端的废气压缩储罐5中存储，当废气压缩储罐5中废气压力达到设定值时，储罐后端的高压废气切断阀7打开，废气经过减压阀9将压力减小至工作压力，通过第一氧含量实时监测仪10检测废气中氧含量％，控制系统依据连锁2进行判断，若废气中不含或含有极微量的氧气，则无氧气路切断阀12打开，废气直接进入安全和紧急放空模块并经过第二氧含量实时监测仪11检测再一次确认氧含量在安全值以内(超出则将紧急放空切断阀18打开)，此时高精度调节阀16打开，调节阀后的废气流量监测仪17实时监测废气流量，VOCs浓度在线监测装置22实时监测废气的浓度，根据进入高效废气燃烧头25的废气浓度和流量，在助燃风流量在线监测仪表21的实时监测下，控制系统依据连锁4，自动调节废气助燃风机19运行频率和助燃调节阀20大小，使风机输送的助燃空气流量和废气中可燃物达到合适的配比，两者在高效废气燃烧头25中稳定燃烧，助燃空气中氧气和废气中VOCs的比例稳定在其氧化反应化学需氧量的110％～150％，此时废气中VOCs充分燃烧，生成水和二氧化碳排放，无不完全燃烧成分和二次污染；

若废气从压缩储罐5放出后经第一氧含量实时监测仪10检测废气中氧含量v/v％超过危险值，则控制系统依据连锁2将有氧气路切断阀8打开，无氧气路切断阀12关闭，废气进入除氧装置14进行脱氧，脱氧完成后进入废气安全和紧急放空模块，此时第二氧含量实时监测仪11检测废气中氧含量v/v％，若氧含量达到安全值范围内则进入后续燃烧配比模块正常燃烧，若氧含量仍超过安全值范围内，则控制系统依据连锁3将紧急放空切断阀18打开，废气高精度调节阀16关闭至0％，废气紧急放空，同时系统报警，需要更换除氧剂以保证氧含量的去除效果。该模块确保了系统输送的高浓VOCs废气始终处于本质安全状态，规避了废气在输送系统内的燃爆、回火风险。

由于废气压缩储罐中的废气存储压力(压缩储罐压力监测仪表检测)达到设定的高压值(大于第一高压设定值H1)后，系统才会将罐内的废气减压释放，当罐内压力低于一定值(低压设定值L)时即停止废气的释放，因此，系统进口的高浓VOCs废气的流量波动不会对压缩储罐5后续的系统造成干扰，该系统的燃烧配比模块可以在合适的压力、流量条件下运行，从而保证燃烧的充分性。

当废气压缩储罐5压力值过高时(大于第二高压设定值H2，H2＞H1)，触发连锁1，此时废气高精度调节阀16自动开大以保证储罐内压力及时卸除，同时控制系统依据连锁4对助燃风机19和助燃调节阀20进行调节(调大)，确保燃烧的充分性。

温度检测仪并参与报警和连锁，防止除氧反应剧烈导致的高温损害。当除氧装置温度检测仪显示温度超过警戒值时，表示除氧反应剧烈，放热过多，此时有氧气路切断阀8关闭，无氧气路切断阀12打开，废气直接进入安全和紧急放空模块并经过第二氧含量实时监测仪11检测再一次确认废气氧含量值，若氧含量值超标，则控制系统依据连锁3将紧急放空切断阀18打开，废气高精度调节阀16关闭至0％，废气紧急放空，同时系统报警。

当在线压力监测仪表15超过正常值范围表示废气减压阀9可能出现故障，未能将废气压力调节至工作压力范围，此时系统报警，废气紧急放空，需要维护人员排查故障、修复系统。

在某些不可预知的极端或故障情况下，当进入高效废气燃烧头25的废气浓度和流量产生较大波动时，长明火的设置可以防止高效废气燃烧头25出现火焰不稳或熄灭的不利情况，而废气阻火器23可以防止烧头火焰回火至前段管道的情况。