CN109595568B - 高纯度废氨气焚烧炉、系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高纯度废氨气焚烧系统，包括高纯度废氨气焚烧炉、燃烧装置、氨气管路、助燃空气管路、燃料管路、换热装置、排烟风机和控制装置，其中，高纯度废氨气焚烧炉包括炉体、第一进气分布装置、第二进气分布装置和挡火墙；第一进气分布装置通过氨气管道接口与氨气管路连接，第二进气分布装置通过补风口与助燃空气管路连接；当燃料通过燃烧装置的火焰烧嘴在炉膛内产生火焰时，通过第一进气分布装置将引入的氨气分布在火焰外缘充分燃烧，通过第二进气分布装置将引入的助燃空气轴向喷射以在火焰外围形成气墙。进一步，还公开相应的高纯度废氨气焚烧炉和焚烧工艺。通过本发明能在热力焚烧过程中，使高纯度废氨气完全燃烧的同时，还能控制氮氧化物的生成。

Description

高纯度废氨气焚烧炉、系统及工艺

技术领域

本发明属于焚烧设备领域，特别涉及一种可用于高纯氨生产过程中废氨处理的焚烧炉、系统及工艺。

背景技术

高纯氨是一种重要的化工基础材料，它广泛地应用于电子、化工、冶金、能源等工业方面的研究和生产中。电子级高纯氨纯度要求达到99.9999％(体积分数)。

高纯氨在生产过程中，由于杂质分离不完全，导致较高纯度的99.9％(体积分数)的废氨产生。由于氨气是有害气体，不可直接排放，需要对其进行处理然后再排放。目前，通常采取的处理方式主要有：1)将该股气体排至吸收塔被水吸收，加工成为氨水，但由于其工艺复杂，设备投入成本较高，氨水的价格便宜等，因此回收价值并不高；2)采用焚烧法，使得氨气完全燃烧成为无害的N₂和H₂O然后排放，但氨的燃点为651℃，燃烧温度低，氨燃烧不完全，燃烧温度过高，燃烧过程中会产生过量的氮氧化物。因此，如何控制炉温使氮氧化物排放不超标同时使得氨气完全分解也一直是一个难题。

中国专利CN 207422241 U提出了一种含氨废气焚烧炉，但其只适用于含少量氨气的废气焚烧，不适用于纯度高的氨气焚烧，炉膛温度高达1000～1300℃，且需要通过掺入大量空气使其排烟温度降至250℃，这将带来很大的能源浪费，并且只是通过空气稀释降低尾气的氮氧化物的浓度，氮氧化物超标问题其实也并没有得到根本解决。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开一种专业用于高纯氨气处理的焚烧炉、焚烧系统和工艺，能在热力焚烧过程中通过对高纯度废氨气和助燃空气进气方式的改进，使高纯度废氨气完全燃烧的同时，还能控制氮氧化物的生成。

本发明的技术方案是：

方案一：一种高纯度废氨气焚烧炉，包括炉体、布置在炉体上的燃烧机接口、补风口、氨气管道接口和烟气出口、布置在炉体内的第一进气分布装置、第二进气分布装置和挡火墙，以及用于检测炉体内温度的温度检测装置和用于检测炉体内压力的差压检测装置；第一进气分布装置通过氨气管道接口与氨气管路连接，第二进气分布装置通过补风口与助燃空气管路连接；当接入燃烧装置的火焰烧嘴在炉膛内产生火焰时，通过第一进气分布装置将氨气管路引入的氨气分布在火焰外缘充分燃烧，通过第二进气分布装置将助燃空气管路引入的助燃空气轴向喷射以在火焰外围形成气墙。

优选的，所述第一进气分布装置包括一与氨气管道接口连接的总集气管以及与总集气管连接并沿炉体内壁周向分布的多个氨气分布单元；所述氨气分布单元包括一支集气管及与支集气管连接的多个氨气喷射管，各氨气喷射管的喷射方向正对火焰且末端连线与其对应的火焰轴向方向的外缘轮廓线相吻合。这里的吻合主要表现为形状相似，长度相当。

优选的，所述第二进气分布装置被构造中空状结构，并具有一与补风口连接的进气口和多个周向分布的助燃空气喷射孔。

优选的，所述第二进气分布装置还具有一用于穿设火焰烧嘴的中心通孔，所述助燃空气喷射孔以所述中心通孔为中心周向均匀分布。

方案二：一种高纯度废氨气焚烧系统，其特征在于，包括燃烧装置、氨气管路、助燃空气管路、燃料管路、换热装置、排烟风机、控制装置，以及方案一所述的高纯度废氨气焚烧炉；所述燃烧装置的火焰烧嘴为长明灯，并与所述高纯度废氨气焚烧炉的燃烧机接口连接；所述燃料管路与燃烧装置的进料口连接；所述换热装置的热侧通道进口连接所述高纯度废氨气焚烧炉的烟气出口，热侧通道出口连接排烟风机，冷侧通道外接冷介质；所述氨气管路配置有第一进气控制阀；所述助燃空气管路配置有补风风机和第二进气控制阀；所述燃料管路配置有第三进气控制阀；所述控制装置对补风风机、排烟风机、第二进气控制阀和差压检测装置联锁控制，以实现高纯度废氨气焚烧炉内压力调节；所述控制装置对第一进气控制阀、第二进气控制阀，第三进气控制阀、温度检测装置联锁控制，以高纯度废氨气焚烧炉内温度调节。

优选的，所述换热装置为翅片管换热器。

优选的，所述排烟风机和补风风机为变频控制。

方案三：一种高纯度废氨气焚烧工艺，基于方案二所述的高纯度废氨气焚烧系统，包括以下步骤：

打开第二进气控制阀门、补风风机、排烟风机向炉膛内通入空气，对内部进行吹扫，以去除炉膛内积存氨气；

通过对补风风机、排烟风机、第二进气控制阀门、差压检测装置联锁控制，对两个补风风机和排烟风机的风量进行调节，维持炉膛内负压运行；

开启燃烧装置，打开第三进气控制阀门通入燃料并点火，在炉膛内形成火焰，炉膛内温度持续升高，观察温度检测装置监测的温度，当炉膛内温度达到500℃时，换热装置的冷侧通道内开始通入冷介质；

观察温度检测装置监测的温度，当炉膛内温度达到800℃时，打开第一进气控制阀门通入高纯度废氨气，高纯度废氨气通过第一进气分布装置分布在火焰外缘并充分燃烧；

通过第二进气控制阀门调节补风风量，助燃空气通过第二进气分布装置喷射在火焰外围形成气墙，为氨气燃烧补氧，并使局部高温区域限制在气墙以内；

通过控制装置对第一进气控制阀门、第二进气控制阀门、第三进气控制阀门和温度检测装置联锁控制，维持炉膛温度950℃±30℃；

燃烧过程中，未完全分解的氨气经挡火墙充分分解；

分解后的高温烟气经烟气出口进入换热装置的热侧通道，加热流经换热装置冷侧通道中通入的冷介质，以实现余热利用；

经换热装置降温后的烟气通过排烟风机进入烟囱，最终排放至大气。

方案四：一种高纯度废氨气焚烧系统，包括燃烧装置、助燃空气管路、氨气管路、燃料管路、控制装置，以及方案一所述的高纯度废氨气焚烧炉；所述燃烧装置与所述高纯度废氨气焚烧炉的燃烧机接口连接；所述高纯度废氨气焚烧炉的烟气出口通过管道与外部烟囱连接；所述氨气管路配置有第一进气控制阀；所述助燃空气管路配置有补风风机和第二进气控制阀；所述燃料管路配置有第三进气控制阀；所述控制装置对排烟风机、第二进气控制阀和差压检测装置联锁控制，实现高纯度废氨气焚烧炉内负压运行；所述控制装置对燃料第一进气控制阀、第二进气控制阀，第三进气控制阀、温度检测装置联锁控制，以高纯度废氨气焚烧炉内温度调节。

方案五：一种高纯度废氨气焚烧工艺，基于方案四所述的高纯度废氨气焚烧系统，包括以下步骤：

打开第二进气控制阀门、补风风机、排烟风机向炉膛内通入空气，对内部进行吹扫，以去除炉膛内积存氨气；

通过对补风风机、排烟风机、第二进气控制阀门、差压检测装置联锁控制，对两个补风风机和排烟风机的风量进行调节，维持炉膛内负压运行；

开启燃烧装置，打开第三进气控制阀门通入燃料并点火，在炉膛内形成火焰，炉膛内温度持续升高；

当温度检测装置监测到炉膛内温度达到800℃时，打开第一进气控制阀门通入高纯度废氨气，高纯度废氨气通过第一进气分布装置分布在火焰外缘并充分燃烧；

通过第二进气控制阀门调节补风风量，助燃空气通过第二进气分布装置喷射在火焰外围形成气墙，为氨气燃烧补氧，并使局部高温区域限制在气墙以内；

通过控制装置对第一进气控制阀门、第二进气控制阀门、第三进气控制阀门和温度检测装置联锁控制，维持炉膛温度950℃±30℃；

燃烧过程中，未完全分解的氨气经挡火墙充分分解；

分解后的高温烟气经烟囱排放至大气。

有益效果：

1)通过氨气分布装置和补风进气分布装置的配合使用，氨气通入焚烧炉经氨气分布装置作用分布于火焰外缘燃烧，使得燃烧的部分集中火焰外缘，助燃空气经补风进气分布装置均匀喷射在火焰外围，为燃烧提供充足的氧气，并且形成的气墙将局部高温限制在气墙以内，在保证氨气充分燃烧的同时，使得炉膛内的局部高温区域有效减少，从而减少NO_X的生成。

2)在炉体后段处做耐高温蓄热体结构的挡火墙，保持炉温稳定，且没有燃烧完全的NH₃分子通过挡火墙也会燃烧，另外，还能有效阻挡火焰蔓延燃烧至炉体烟气出口外部，避免火灾安全隐患。进一步，将温度检测装置和差压检测装置设置在挡火墙之后，实时准确监测炉膛内温度和压力，并避免与燃烧火焰直接接触，延长检测装置的使用寿命。

3)将焚烧炉的中段设计为近似文丘里结构，使得烟气与助燃空气两股气流在此混合更为均匀，保证流经后段挡火墙残余氨气可以被燃烧完全，进一步使得炉膛内的局部高温区域有效减少，减少NO_X的生成。

4)通过在炉体内设置压力测点，配备差压检测装置，可通过对补风风机、排烟风机、补风进气控制阀门和差压检测装置的联锁控制设置炉内为负压，一方面保证补风门打开后为吸风状态，保证运行安全；另一方面负压与排烟风机做连锁，比较节能。通过将在炉体内设置温度测点，配备温度检测装置，在燃烧时，可通过对燃料进气控制阀门、补风进气控制阀门、氨气进气控制阀门和温度检测装置进行联锁控制，将炉温设定在950℃±30℃，避免炉温过高氮氧化物量产生较多，烟气排放不达标，以及炉温过低氨气燃烧不充分。

5)将焚烧系统的控制阀门、风机、检测装置与控制装置连接，实现全程自动化联锁控制，控制精准、操作安全稳定。且在焚烧系统中，燃烧装置的烧嘴设置长明灯，保证炉内安全；换热器型式选用管翅式，适合氨气制造工艺中通过烟气对液体介质的加热；补风风机与排烟风机为变频控制，可根据工况需求改变风机风量，且能实现节能。

附图说明

图1为实施例中所述的高纯度废气焚烧炉的结构示意图；

图2为实施例中所述的高纯度废气焚烧系统的结构示意图；

图3为实施例中所述的补风进气分布器的结构示意图；

图4为实施例中所述的氨气进气分布单元的结构示意图；

图5为实施例中所述的氨气进气分布器的截面图；

图6为实施例中所述的高纯度废气焚烧炉的AA截面图；

图7为实施例中燃烧原理示意图；

附图标注说明：燃烧机接口1、补风口2、氨气管道接口3、炉体4、炉体前段41、炉体中段42、炉体后段43、收缩部421、扩散部422、喉部423、温度变送器接口5、吊耳6、差压变送器接口7、烟气出口8、鞍式支座9、焚烧炉10、燃烧机11、补风进气分布器12、氨气进气分布器13、燃料进气控制阀门14、补风进气控制阀门15、氨气进气控制阀门16、补风风机17、挡火墙18、温度变送器19、差压变送器20、翅片管换热器21、排烟风机22、火焰烧嘴23、中心通孔24、助燃空气喷射孔25、进气口26、总集气管27、支集气管28、氨气喷射管29。

具体实施方式

本发明提出一种高纯度废氨气焚烧炉及采用这种高纯度废氨气焚烧炉的焚烧系统，其中，高纯度废氨气焚烧装置为一种具有特殊结构的高纯度废氨气焚烧炉，为两端设有端板的近似中空管状结构，其外壁为钢板卷制的壳体，内壁设有耐火隔热衬里。高纯度废氨气焚烧炉的炉体被构造为三前、中、后三段，炉体前段设有燃烧机接口、补风口、氨气接口，以及补风进气分布装置和氨气进气分布装置，炉体后段设有烟气出口。进一步的，高纯度废氨气焚烧炉的炉体后段(即靠近烟气出口处)还设有挡火墙，炉体中段还被构造为近似文丘里结构。进一步，还包括压力检测装置和温度检测装置。高纯度废氨气焚烧系统主要包括燃烧装置、高纯度废氨气焚烧炉、翅片管换热器、排烟风机，燃烧装置连接高纯度废氨气焚烧炉前端的燃烧机接口，翅片管换热器连接高纯度废氨气焚烧炉另一端的烟气出口，排烟风机连接翅片管换热器的烟气排出口处。在使用时，可通过监测炉膛内温度、压力，控制废氨气、助燃空气、燃料的输入量，使得高纯度废氨气焚烧炉安全运行，确保高纯度废氨气被烧尽且保证尾气达标排放。

氨气燃烧过程中，生成的NO_X主要分为三类：燃料型(fuel NO_X)、热力型(thermalNO_X)和瞬时型(prompt NO_X)，其中，热力型NO_X是燃烧过程中空气中的氮气在高温下氧化而生成。根据热力型NO_X的生成机理：温度越高，NO_X的生成量越多；空气含量增加(即助燃比增加)一方面会降低燃烧温度，但也会使得氧气含量增加，最终使得NO_X的生成量增加；局部高温区域的存在会使得NO_X的大幅增加。因此，选择合适的助燃比，控制合理的燃烧温度，尽量避免局部高温区的存在是减少NO_X生成量的关键。而根据长期的工程经验与研究，调节合适的助燃比，将氨气燃烧的温度控制在950℃左右最为合理。

根据火焰温度梯度分布原理，火焰最外边缘是火焰温度最高的区域；另外氨气燃烧本身也会产生大量的热量，使得燃烧的区域出现局部高温。因此，设计将氨气通入火焰边缘燃烧，使得局部高温集中在火焰周围，并对火焰的最外边缘用空气进行降温是有效减少NO_X生成的一种途径。

下面结合具体的实施例和附图对本发明进行具体说明。

如图1所示，实施例1公开一种高纯度废氨气焚烧炉(以下简称焚烧炉)，该焚烧炉为两端设有端板的所似中空管状结构，其主要包括炉体4，炉体4上设置的燃烧机接口1、补风口2、氨气管道接口3、温度变送器接口5、差压变送器接口7和烟气出口8，布置在炉体4内部的补风进气分布器12和氨气进气分布器13，以及用于托起和支撑炉体4的吊耳6和鞍式支座9。炉体4被构造为炉体前段41、炉体中段42和炉体后段43。燃烧机接口1布置在炉体前段41的端板处，补风口2和氨气管道接口3布置在炉体前段41的炉壁上，烟气出口8布置炉体后段43的端板处，温度变送器接口5和差压变送器接口7可根据需求布置在炉体前段41、中段42或后段43。焚烧炉的外壁为钢板卷制的壳体，炉膛内壁做耐火隔热衬里，保温材料主要为浇注料，保温厚度约为250mm。

其中，补风进气分布器12布置在燃烧机接口1处，并与补风口2连接。结合图2和图3所示，补风进气分布器12可采用中空圆饼状设计，具有一与补风口2连接的进气口26和用于穿设火焰烧嘴的中心通孔24，中心通孔24周围开设有多个沿其周向均匀分布的助燃空气喷射孔25。火焰烧嘴经燃烧机接口1接入并通过中心通孔24穿设于补风进气分布器12，即补风进气分布器12处于火焰尾端。火焰尾端温度相对较低，补风进气分布器12可选择15CrMoR碳钢材料制作。

其中，氨气进气分布器13包括与氨气管道接口3连接的总集气管27以及多个与总集气管27连接的进气分布单元，多个进气分布单元周向固定于炉体前段41内壁。结合图4至图6所示，进气分布单元包括支集气管28和多个氨气喷射管29，支集气管28与总集气管27连通并沿炉管长度方向轴向布置，氨气喷射管29垂直于支集气管28并向火焰方向延伸，以将氨气喷向燃烧火焰。本实施例中，总集气管27为布设在炉体前段41的内壁的圆管并在氨气管道接口3处与其连通，支集气管28沿总集气管27周向布置，为一段长度略大于燃烧火焰长度的直管并开设多个用于连接氨气喷射管29的通孔，氨气喷射管29均匀分布在支集气管28上。作为一种优选方案，氨气喷射管29的长度不完全相等，同一支集气管28上分布的氨气喷射管29的末端连线与其对应的火焰外缘轮廓线相配，使得送入的的氨气都恰好送入燃烧火焰的外缘进行充分燃烧。由于与高温火焰直接接触，氨气进气分布器13可选择耐高温310S不锈钢制作。

结合图7所示，氨气经氨气管道接口3通入焚烧炉后，借助氨气进气分布器13先进入总集气管27，由总集气管27将氨气送入各支集气管28，再均匀分布至各氨气喷射管29，最后由氨气喷射管29将氨气喷射至火焰外缘，使得氨气在火焰的外缘充分燃烧。此时，助燃空气从补风口2进入炉体4内的补风进气分布器12，通过补风进气分布器12上的助燃空气喷射孔25向炉膛内喷射多股气流，以火焰烧嘴产生的火焰外围形成一圈气墙，提供燃烧所需的氧并保证氧的均匀分配，同时，因为喷射形成的气墙温度较低，对火焰外围局部降温，将局部高温限制在气墙内。可见，两者配合使用，一方面能实现氨气能在火焰外缘充分燃烧，另一方面能将局部高温限制在气墙以内，减少NO_X的生成。

作为一种优选方案，炉体中段42采用近似文丘里结构的设计，包括连接炉体前段的收缩部421、与炉体后段连接的扩散部422、以及位于收缩部和扩散部之间的喉部423。由此可见，本发明应用文丘里管的原理，将炉体中段42设计为文丘里管结构，当燃烧的烟气流经此处变径结构最窄处时，由于此处的管径减小，流速变快，使得烟气与助燃空气两股气流混合更为均匀，当烟气流过此处变径结构时，文丘里管背部(扩散部)由于文丘里效应产生低压，有吸附作用，使得混合后的烟气均匀扩散，从而保证流经后段挡火墙残余氨气可以被燃烧完全。

保证废氨气的完全燃烧也是炉子有效运行的关键，氨气在炉膛内停留时间较长会使得氨气燃烧更完全，但也会使得炉子的体积变大，成本大为增加。作为一种优选方案，在炉内设置挡火墙(一种高温蓄热体)，由于挡火墙蓄热内部具有较高温度，没有燃烧的NH3分子通过挡火墙也会燃烧分解，从而保证氨气的完全燃烧。其中，挡火墙18为大小与炉膛截面相匹配的耐高温陶瓷蓄热体，孔隙率约为40～45％。通过炉内这种蓄热体结构，以便氨气充分燃烧。挡火墙18的温度保持在950±30℃，超过氨的燃点651℃，没有燃烧的NH3分子通过挡火墙18也会燃烧。可见，本发明在焚烧炉后段设置挡火墙，一方面采用孔隙率为40～45％的耐高温陶瓷蓄热体，使得少量未完全燃烧的氨气在通挡火墙内的狭小空隙时亦被完全燃烧，另一方面，陶瓷本身在耐火同时还具有性质稳定的优点，使炉温稳定，另外，还能有效阻挡火焰蔓延燃烧至炉体烟气出口外部，避免火灾等安全隐患。

其中，通过温度变送器接口5连接的温度变送器19测量炉膛内的温度，通过差压变送器接口7连接的差压变送器20测量炉膛内的压力变化。通过温度变送器19观察炉膛内的温度变化，以进行相应的操作。差压变送器20可以电信号模式将炉膛内的实测压力值显示于控制装置的显示屏，炉膛内设置为负压操作模式，一方面保证补风口2打开后为吸风状态，没有安全隐患，另一方面负压与排烟风机做连锁，比较节能。

需要说明的是，炉体前段41是火焰燃烧段，炉体中段42的气流环境近似文丘里原理，温度和压力波动较大，也相对不稳定，因此，作为一种优选方案，将温度变送器接口5和差压变送器接口7设置在炉体后段43，通过温度变送器19和差压变送器20检测内部气流环境相对稳定的炉膛后段的温度和压力值，使检测值也更加准确。另外，将温度变送器19和差压变送器20设置在挡火墙18下游，也可避免检测装置与火焰直接接触被烧坏，以延长使用寿命。

结合图2所示，实施例2公开一种高纯度废氨气焚烧系统，其主要包括实施例1所述的焚烧炉10，以及燃烧机11、燃料进气管路、补风进气管路、氨气进气管路、补风风机17、挡火墙18、翅片管换热器21和排烟风机22，燃料进气管路上设有燃料进气控制阀门14，补风进气管路上设有补风进气控制阀门15和补风风机17，氨气进气管路上设有氨气进气控制阀门16。燃烧机11、焚烧炉10、翅片管换热器21和排烟风机22依次连接，燃料进气管路连接燃烧机11，补风进气管路和氨气进气管路连接焚烧炉10。

具体的，燃烧机11连接焚烧炉10一端的燃烧机接口1，燃料进气控制阀门14通过管道连接燃烧机11的进料口，补风进气控制阀门15通过管道连接焚烧炉10的补风口2，补风风机17连接补风进气控制阀门15，氨气进气控制阀门16通过管道连接焚烧炉10的氨气管道接口3。翅片管换热器21热侧通道分别连接焚烧炉10的烟气出口8和排烟风机22，翅片管换热器21冷侧通道外接冷介质源，排烟风机22外接烟囱。

其中，翅片管换热器21的热侧通道的进出两端分别连接焚烧炉10的烟气出口8和排烟风机22。由于冷热侧流体介质分别为气体和液体，此处出于换热器选型性能考虑，选择翅片管换热器换热性能最佳且价格便宜。其中，冷介质源可以是乙二醇、异丙醇，根据氨气制造工艺流程需要优选乙二醇。优选的，冷侧介质为循环介质，在工艺系统内降温后重新回到换热器内再次加热，以实现热能利用。

其中，排烟风机22为引风机，优选变频控制，通过变频调节频率可以实现风机风量的调节。补风风机17也优选变频控制，可根据工艺需求调节进气量。

其中，燃烧机11也可采用烧嘴等其它燃烧装置替换，但需要注意的是，其中的烧嘴必须设置为长明灯，以保证燃烧过程不会熄火。

作为一种优选方案，该系统还包括控制装置(图中未示意出)，所有检测测量控制信号与电动阀门控制信号均接入控制装置，并在控制装置的操作台上实现对各电器元件的控制。具体的，温度变送器19、差压变送器20、氨气进气控制阀门16、补风进气控制阀门15、补风风机17、燃料进气控制阀门14和排烟风机22均连接至控制装置，实现自动控制。控制装置可以是PLC控制或DCS控制，优选PLC控制。通过控制装置对补风风机17、排烟风机22、补风进气控制阀门15、差压变送器20联锁控制，实现内部负压运行；通过控制装置对燃料进气控制阀门14、补风进气控制阀门15、氨气进气控制阀门16、温度变送器19联锁控制，维持炉温恒定在950±30℃，以避免因炉温过高氮氧化物量产生较多，烟气排放不达标，或者炉温过低，导致氨气燃烧不充分。

基于实施例2所述的高纯度废氨气焚烧系统，其工作流程如下：

启动前，先检查各组件是否连接正确，检查无误后然后对炉膛内部进行吹扫，以免开机前炉膛内残留上次停车时残留的未被完全燃烧的氨气。通过打开补风进气控制阀门15、补风风机17、排烟风机22向炉膛内通入空气，对内部进行吹扫，吹扫至少3小时，以保证炉膛不存在可能积存的氨气。

依次开启排烟风机22，补风进气控制阀门15以及补风风机17，通过DCS设定的控制程序对补风风机17、排烟风机22、补风进气控制阀门15、差压变送器20联锁控制，对两个风机的风量进行调节控制，以实现-300Pa负压。

开启燃烧机11，打开燃料进气控制阀门14通入燃料氢气，火花点火在炉膛内形成火焰，此时炉膛内的温度将持续升高，观察温度变送器19监测的对应温度，当炉膛内温度达到约500℃时，翅片管换热器21的冷侧通道内开始通入冷介质，避免换热组件被烧坏。

观察温度变送器19监测的对应温度，当炉膛内温度达到约800℃时，打开氨气进气控制阀门16通入氨气。氨气通过氨气进气分布器13与火焰充分接触，使得氨气充分燃烧。

氨气燃烧会产生大量热量，通过DCS系统控制减小燃烧机11的燃料输入量，但不能让火焰熄灭，以免有爆炸危险。

通过补风进气控制阀门15调节补风风量，通过补风进气分布器12，空气经补风进气分布器12上的喷射孔在火焰外缘形成气墙，使得局部高温区域(约1400～1500℃)限制在火焰最外缘，减少炉膛内因为局部高温产生的NO_X的生成。

通过PLC系统控制燃料进气控制阀门14、补风进气控制阀门15，氨气进气控制阀门16、温度变送器19联锁控制，维持炉膛温度950℃±30℃，避免炉膛温度过高。

废氨燃烧产生的烟气流经挡火墙18，烟气中微量未分解的氨气在流经挡火墙18过程中完全分解。

950℃左右的高温烟气经烟气出口8进入翅片管换热器21的热侧通道，加热流经翅片管换热器21的冷侧通道中通入的冷介质，并可将加热后的冷介质用于其它工艺使用，以实现余热回收再利用。

在翅片管换热器21完成热交换后，降温后的烟气通过排烟风机22进入烟囱，最终排放至大气。

需要注意的是，由于氨气中氢含量比较大，炉子燃烧过程中会产生大量水蒸气，每次停车后需要要进行烘炉，以确保炉膛不被燃烧所产生的湿空气因逐渐冷却而产生的冷凝水腐蚀。

实施例3公开一种高纯度废氨气焚烧系统，其与实施例2的不同主要在于，不包括翅片管换热器21和排烟风机22，根据工况需求，焚烧炉10的烟气出口8通过烟道直接与烟囱连接。相应的焚烧工艺与采用实施例2所述的高纯度废氨气焚烧系统相比，减少了换热和热能回收，降低了投入成本，其它基本相同，此处不再赘述。

下面给出一组基于实施例2所述的高纯度废氨气焚烧系统的具体应用试验案例：

相关参数：废氨气浓度：99.9％；废氨气最大处理量：70kg/h；辅助燃料：氢气；循环液体：乙二醇水溶液；最大循环液量：30吨/h；乙二醇水溶液进，温度：50℃；

开启排烟风机22与补风风机17，吹扫3小时后，将燃料氢气通入燃料机11内并且点火，炉膛温度开始升高，通过温度变送器19在控制台观测炉膛内的温度，当温度升高到一定数值(约500～600℃)时，向翅片管换热器21内通入乙二醇循环液。

当检测到温度升至800℃时，打开氨气进气控制阀门16，开始通入氨气，并通过DCS控制系统控制氨气进气控制阀门16、燃料进气控制阀门14和补风进气控制阀门15，调节氨气、氢气、助燃空气的比例，维持炉膛温度950℃±30℃焚烧，焚烧过程中，产生的烟气通过挡火墙18将微量未分解的氨气燃烧完全，再经翅片管换热器21后降至约100℃，然后通过排烟风机22进入烟囱直接排放。在此过程中，进入翅片管换热器21的冷介质乙二醇循环液由50℃被加热至65℃，可用于氨气的冷凝提纯。

应当理解的是，上述具体实施方式为本发明的优选实施例，本发明的范围不限于该实施例，凡依本发明所做的任何更改，皆属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高纯度废氨气焚烧炉，其特征在于，包括炉体，布置在炉体上的燃烧机接口、补风口、氨气管道接口和烟气出口，布置在炉体内的第一进气分布装置、第二进气分布装置和挡火墙，以及用于检测炉体内温度的温度检测装置和用于检测炉体内压力的差压检测装置；第一进气分布装置通过氨气管道接口与氨气管路连接，第二进气分布装置通过补风口与助燃空气管路连接；所述第一进气分布装置包括与氨气管道接口连接的总集气管以及与总集气管连接并沿炉体内壁周向布置的多个氨气分布单元；所述氨气分布单元具有与总集气管连接的支集气管以及布设在支集气管上的多个氨气喷射管，所述氨气喷射管沿炉体轴向方向排布；所述第二进气分布装置被构造中空状结构，并具有一与补风口连接的进气口和多个周向分布的助燃空气喷射孔；当燃料通过燃烧装置的火焰烧嘴在炉膛内产生火焰时，通过第一进气分布装置将氨气管路引入的氨气分布在火焰外缘充分燃烧，通过第二进气分布装置将助燃空气管路引入的助燃空气沿炉体轴向方向喷射以在火焰外围形成一圈气墙；所述氨气分布单元中，氨气喷射管的喷射方向正对火焰且末端连线与其对应的火焰轴向方向的外缘轮廓线相吻合。

2.如权利要求1所述的高纯度废氨气焚烧炉，其特征在于，所述第二进气分布装置还具有一用于穿设火焰烧嘴的中心通孔，所述助燃空气喷射孔以所述中心通孔为中心周向均匀分布。

3.一种高纯度废氨气焚烧系统，其特征在于，包括燃烧装置、氨气管路、助燃空气管路、燃料管路、换热装置、排烟风机、控制装置，以及如权利要求1至2任意一项所述的高纯度废氨气焚烧炉；所述燃烧装置的火焰烧嘴为长明灯，并与所述高纯度废氨气焚烧炉的燃烧机接口连接；所述燃料管路与燃烧装置的进料口连接；所述换热装置的热侧通道进口连接所述高纯度废氨气焚烧炉的烟气出口，热侧通道出口连接排烟风机，冷侧通道外接冷介质；所述氨气管路配置有第一进气控制阀；所述助燃空气管路配置有补风风机和第二进气控制阀；所述燃料管路配置有第三进气控制阀；所述控制装置对补风风机、排烟风机、第二进气控制阀和差压检测装置联锁控制，以实现高纯度废氨气焚烧炉内压力调节；所述控制装置对燃料第一进气控制阀、第二进气控制阀，第三进气控制阀、温度检测装置联锁控制，以实现高纯度废氨气焚烧炉内温度调节。

4.如权利要求3所述的高纯度废氨气焚烧系统，其特征在于，所述换热装置为翅片管换热器。

5.如权利要求3所述的高纯度废氨气焚烧系统，其特征在于，所述排烟风机和补风风机为变频控制。

6.一种高纯度废氨气焚烧工艺，其特征在于，基于权利要求3所述的高纯度废氨气焚烧系统，包括以下步骤：

打开第二进气控制阀门、补风风机、排烟风机向炉膛内通入空气，对内部进行吹扫，以去除炉膛内积存氨气；

通过对补风风机、排烟风机、第二进气控制阀门、差压检测装置联锁控制，对补风风机和排烟风机的风量进行调节，维持炉膛内负压运行；

开启燃烧装置，打开第三进气控制阀门通入燃料并点火，在炉膛内形成火焰，炉膛内温度持续升高，观察温度检测装置监测的温度，当炉膛内温度达到500℃时，换热装置的冷侧通道内开始通入冷介质；

观察温度检测装置监测的温度，当炉膛内温度达到800℃时，打开第一进气控制阀门通入高纯度废氨气，高纯度废氨气通过第一进气分布装置分布在火焰外缘并充分燃烧；

通过第二进气控制阀门调节补风风量，助燃空气通过第二进气分布装置喷射在火焰外围形成气墙，为氨气燃烧补氧，并使局部高温区域限制在气墙以内；

通过控制装置对第一进气控制阀门、第二进气控制阀门、第三进气控制阀门和温度检测装置联锁控制，维持炉膛温度950℃±30℃；

燃烧过程中，未完全分解的氨气经挡火墙充分分解；

分解后的高温烟气经烟气出口进入换热装置的热侧通道，加热流经换热装置冷侧通道中通入的冷介质，以实现余热利用；

经换热装置降温后的烟气通过排烟风机进入烟囱，最终排放至大气。

7.一种高纯度废氨气焚烧系统，其特征在于，包括燃烧装置、助燃空气管路、氨气管路、燃料管路、控制装置，以及如权利要求1至2任意一项所述的高纯度废氨气焚烧炉；所述燃烧装置与所述高纯度废氨气焚烧炉的燃烧机接口连接；所述高纯度废氨气焚烧炉的烟气出口通过管道与外部烟囱连接；所述氨气管路配置有第一进气控制阀；所述助燃空气管路配置有补风风机和第二进气控制阀；所述燃料管路配置有第三进气控制阀；所述控制装置对排烟风机、第二进气控制阀和差压检测装置联锁控制，实现高纯度废氨气焚烧炉内负压运行；所述控制装置对第一进气控制阀、第二进气控制阀，第三进气控制阀、温度检测装置联锁控制，以实现高纯度废氨气焚烧炉内温度调节。

8.一种高纯度废氨气焚烧工艺，其特征在于，基于权利要求7所述的高纯度废氨气焚烧系统，包括以下步骤：

打开第二进气控制阀门、补风风机、排烟风机向炉膛内通入空气，对内部进行吹扫，以去除炉膛内积存氨气；

通过对补风风机、排烟风机、第二进气控制阀门、差压检测装置联锁控制，对两个补风风机和排烟风机的风量进行调节，维持炉膛内负压运行；

开启燃烧装置，打开第三进气控制阀门通入燃料并点火，在炉膛内形成火焰，炉膛内温度持续升高；

当温度检测装置监测到炉膛内温度达到800℃时，打开第一进气控制阀门通入高纯度废氨气，高纯度废氨气通过第一进气分布装置分布在火焰外缘并充分燃烧；

通过第二进气控制阀门调节补风风量，助燃空气通过第二进气分布装置喷射在火焰外围形成气墙，为氨气燃烧补氧，并使局部高温区域限制在气墙以内；

通过控制装置对第一进气控制阀门、第二进气控制阀门、第三进气控制阀门和温度检测装置联锁控制，维持炉膛温度950℃±30℃；

燃烧过程中，未完全分解的氨气经挡火墙充分分解；

分解后的高温烟气经烟囱排放至大气。

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