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硅烷廢氣焚燒處置設(shè)計研究

文檔作者：張曉東端午祥衛(wèi)兵趙娟文檔來源：南京博納能源環(huán)?？萍加邢薰?/div>		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年05月10日
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資源與環(huán)境化 工 設(shè) 計 通 訊
Resources and environment chemical engineering design communications
·204·
第43卷第10期
2017年10月
1 前言
1.1 項目背景
硅烷因獨(dú)具許多特性而廣泛應(yīng)用于電子、信息、能源、
材料等領(lǐng)域，是許多未來新興產(chǎn)業(yè)所必不可少的一種氣體。
高純硅烷氣工業(yè)總的發(fā)展趨勢是應(yīng)用范圍越來越廣，產(chǎn)量需
求越來越大，純度要求越來越高，有著巨大的市場潛力和發(fā)
展機(jī)遇。但硅烷廢氣屬于有毒、易燃易爆的廢氣，在實際處
置中具有較大的難度[1-2]。
本文以河南某公司年產(chǎn)2 000t 硅烷廢氣焚燒項目為案例，
具體介紹該項目的設(shè)計工藝、應(yīng)用參數(shù)及項目調(diào)試運(yùn)行情況。
1.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)
該項目硅烷尾氣及助燃燃料基本參數(shù)見表1。
表1 硅烷尾氣及助燃燃料參數(shù)表
焚燒物料助燃物料
名稱硅烷尾氣名稱焦?fàn)t煤氣
狀態(tài)氣體狀態(tài)氣體
組分
硅烷0~50kg/h；
氮?dú)鈤50kg/h
組分
氫氣55%~58vol%；甲烷23vol%
co ：6%~8vol% ；o2 ：
0.5%~0.8vol%；co2：3%~5vol%；
其他8vol%
低發(fā)熱值kJ/kg 0~22 215.6 牌號
重度kg/m3 重度kg/m3 0.45
黏度 mPa · s 黏度mPa.s
比熱 kJ（/ kg·℃） 比熱kJ/（kg·℃）
爆炸危險 % 1.37~100 低發(fā)熱值kJ/kg 39 069.3
自燃溫度 ℃ 遇空氣自燃溫度℃ 常溫
毒性程度中度壓力mPa（G） 0.005~0.006
腐蝕特性無其他
物料量 kg/h 0~100
1.3 設(shè)計原則
①焚燒處理設(shè)備技術(shù)可行，工藝先進(jìn)、穩(wěn)定；②采用成
熟的燃燒技術(shù)，廢氣處理無害化；③采用現(xiàn)代化管理，實現(xiàn)
裝置自動化控制、運(yùn)行安全可靠、操作方便；④設(shè)計占地面
積小，安全可靠的焚燒裝置；⑤焚燒系統(tǒng)在氣化裝置工況波
動的情況下，仍然保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。
2 系統(tǒng)設(shè)計
2.1 系統(tǒng)組成
①焚燒爐及其支撐；②燃燒器；③布袋除塵器；④鋼制煙
囪及內(nèi)襯；⑤儀表及電氣設(shè)備；⑥風(fēng)機(jī)及其他使系統(tǒng)正常運(yùn)行
所必需的設(shè)備與材料；⑦界區(qū)內(nèi)各設(shè)備之間連接的管道、閥門、
管件及其他材料。
2.2 系統(tǒng)主體功能介紹
硅烷廢氣經(jīng)管路閥門輸送至焚燒爐焚燒，焚燒爐尾部接布
袋除塵器，煙氣處理達(dá)標(biāo)后經(jīng)風(fēng)機(jī)、煙囪排放。硅烷管路設(shè)置
旁路，當(dāng)焚燒爐故障停爐時，打開旁路閥門，將硅烷廢氣送至
地面火炬焚燒。
燃燒器安裝在焚燒爐爐頭，燃燒器風(fēng)箱結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅考慮
了燃燒所需的助燃風(fēng)，還包括了部分冷卻煙氣的風(fēng)量。焦?fàn)t煤
氣和硅烷廢氣分別由獨(dú)立噴嘴噴入焚燒爐的內(nèi)層燃燒室內(nèi)，充
分燃燒。在焚燒爐的內(nèi)層和外層間有冷卻空氣流動，在焚燒爐
中后段與燃燒煙氣混合，混合后煙氣溫度在180℃左右，煙氣
經(jīng)布袋除塵器除去二氧化硅煙霧，達(dá)標(biāo)后通過獨(dú)立的風(fēng)機(jī)、煙
囪排放。
從上游來的焦?fàn)t煤氣、硅烷廢氣，經(jīng)過管路送至燃燒器。
管路配置了手動及自動的切斷閥門和控制閥門，配置了必要
的儀器儀表，保證燃燒的可靠和安全。焚燒所需要的助燃空
氣來自鼓風(fēng)機(jī)抽取的環(huán)境空氣，空氣管道上配置了手動切斷閥
門、流量調(diào)節(jié)閥門，配置了必要的測量儀表，保證燃燒的可靠
和安全。焚燒系統(tǒng)采用焦?fàn)t煤氣伴燒。點火管路配備手動及自
動的切斷閥門，配置了必要的測量儀器儀表，保證點火功能可
靠和安全。系統(tǒng)配備必要的氣動元件氣源及火檢視鏡冷卻風(fēng)。
2.3 系統(tǒng)主體設(shè)計參數(shù)
2.3.1 焚燒爐設(shè)備
焚燒爐的布置方式采用臥式，殼體設(shè)計為雙殼體結(jié)構(gòu)，簡
單小巧。爐體部分由雙層殼體制作成兩個腔室，內(nèi)腔室為燃燒
爐膛，外腔室為夾套冷卻風(fēng)，腔室之間用螺旋葉片連接支撐，
使外腔室構(gòu)成螺旋通道的夾套風(fēng)。
內(nèi)腔室為燃燒爐膛，不設(shè)置澆注料或保溫棉，內(nèi)層殼體
溫度維持在800℃以下，采用不銹鋼310s ；外腔室夾套風(fēng)起到
冷卻外殼體，并起到保溫隔熱的作用，外層殼體溫度維持在
50℃以下，采用碳鋼。夾套風(fēng)由助燃風(fēng)機(jī)引入，經(jīng)過夾套后匯
入爐膛，與高溫?zé)煔饣旌虾笫篃煔饨禍亍?
表2 焚燒爐主要參數(shù)表
名稱雙殼體焚燒爐（1 臺/ 套）
型號NfL-2（南京博納）
焚燒爐結(jié)構(gòu)形式臥式、雙殼體
爐體尺寸外徑：Φ1 020mm ；L=6 000mm
爐膛設(shè)計溫度800℃（內(nèi)層）
爐膛壓力-150Pa
殼體材質(zhì)碳鋼/310s
摘 要：以焚燒方式處置有機(jī)廢氣具有占地面積小、焚燒產(chǎn)物穩(wěn)定、能耗低和可回收熱能等優(yōu)點，因此在國際上得到廣泛
的應(yīng)用，然而我國在推動有毒害、易燃易爆氣體焚燒實施過程中存在一些問題。主要介紹了硅烷廢氣焚燒處置的實際設(shè)計，以
期為該類廢氣的處置提供應(yīng)用參考。
關(guān)鍵詞：硅烷廢氣；焚燒；毒性；易燃易爆；處置
中圖分類號：Tk175 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1003–6490（2017）10–0204–02
Study on Incineration Design of Silane Waste Gas
Zhang Xiao-dong，Duan Wu-xiang，Wei Bing，Zhao Juan
Abstract ：The disposal of organic waste gas by incineration has the advantages of small footprint，stable incineration product，
low energy consumption and recoverable heat energy.Therefore，it has been widely used in the world.however，in the promotion of
toxic，flammable and explosive gas incineration There are some problems in the implementation process.This paper introduces the
practical design of incineration of silane waste gas，so as to provide reference for the disposal of waste gas.
Key words ：silane exhaust gas ；incineration ；toxicity ；flammable and explosive ；handle
硅烷廢氣焚燒處置設(shè)計研究
張曉東，端午祥，衛(wèi) 兵，趙 娟
（南京博納能源環(huán)?？萍加邢薰?，江蘇南京 210048）
收稿日期：2017–07–07
作者簡介： 張曉東（1980—），男，江蘇睢寧人，工程師，主要從事石化、
冶金等行業(yè)節(jié)能環(huán)保技術(shù)的研究工作。
萬方數(shù)據(jù)
化 工 設(shè) 計 通 訊資源與環(huán)境
chemical engineering design communications Resources and environment
·205·
第43卷第10期
2017年10月
2.3.2 Nbe-22燃?xì)馊紵?
我公司的Nbe-22 系列氣燃燒器主要應(yīng)用于電力工業(yè)、石
化工業(yè)、冶金工業(yè)、建筑材料工業(yè)、各種輕工業(yè)以及有剩余煤
氣資源或天然氣資源豐富的熱能供應(yīng)站。配備于各種設(shè)備、加
熱爐、焚燒爐，用于點火、助燃或作為主燃燒器使用。氣燃燒
器所使用的氣體燃料包括高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、液化石油氣、
裂化石油氣、城市煤氣、天然氣、化工廢氣等。Nbe-22 型燃
氣燃燒裝置是針對氣體燃料的特點和設(shè)備技術(shù)參數(shù)而定向設(shè)
計的非標(biāo)專用燃燒裝置。
特點：①燃燒器采用擴(kuò)散式高效型燃燒器，燃料和助燃空
氣通過燃燒器時壓損低；②燃燒器主燃?xì)馐以O(shè)有旋流片，有效
地加強(qiáng)了空氣與燃料的擴(kuò)散混合，加快燃燒反應(yīng)速度；③火焰
形狀清晰，火焰溫度高，火焰根部穩(wěn)定；④二級點火，長明燈
引燃硅烷廢氣，安全可靠。
表3 燃燒器主要參數(shù)表
名稱
氣燃燒器（1 臺/ 套）
焦?fàn)t煤氣長明燈（1 臺/ 套）
型號Nbe-22
煤氣設(shè)計流量20m3/h
負(fù)荷調(diào)節(jié)40%~100%
設(shè)計熱負(fù)荷755kW
點火燃料氣焦?fàn)t煤氣
點火方式二級點火，高能點火裝置電弧點火
阻力降500Pa
主體材料304+310s
2.3.3 布袋除塵器
低壓脈沖袋式除塵器主要由本體系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)、清灰系
統(tǒng)、儀表控制系統(tǒng)和壓縮空氣系統(tǒng)所組成。
表4 主要參數(shù)表
名稱布袋除塵器
處理風(fēng)量17 449.63m3/h
風(fēng)溫180℃
濾袋材質(zhì)諾梅克斯
設(shè)備阻力＜ 1 200Pa
出口含塵濃度＜ 20mg/m3
漏風(fēng)率＜ 2%
2.4 防爆、防護(hù)等級
閥門儀表：防爆等級diicT6，防護(hù)等級iP65。風(fēng)機(jī)電機(jī)：
防爆等級diicT4，防護(hù)等級iP65。為排除安全隱患，現(xiàn)場設(shè)
置1 套檢漏報警儀（報警設(shè)定值≤ 5ppm）和1 套火焰檢測器，
實現(xiàn)聲光報警和信號遠(yuǎn)傳，保障人身機(jī)組的安全。
3 運(yùn)行結(jié)果性能保證
1）焚燒爐系統(tǒng)裝置運(yùn)行負(fù)荷在100% 的情況下連續(xù)正常
運(yùn)行；輔機(jī)設(shè)備正常運(yùn)行，系統(tǒng)處于良好工作狀態(tài)，正常燃
燒工況下，無不完全燃燒現(xiàn)象產(chǎn)生。
2） 滿足“出煙溫度小于200 ℃，Nox<200mg/m3，co<
30mg/m3。煙氣黑度林格曼i 級”，滿足Gb16297—1996 二級
排放標(biāo)準(zhǔn)。
參考文獻(xiàn)
[1] 胡小冬，王麗，張東，等. 多晶硅生產(chǎn)中廢氣處理工藝改造[J]. 現(xiàn)
代化工，2016，（12）：121-123.
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有色金屬，2014，（4）：32-33.
（上接第203頁）
許超過1.2kg，進(jìn)入雨水池中的重烷基苯不允許超過18kg，重
烷基苯磺酸不允許超過3.6kg，重烷基苯磺酸鈉不允許超過
3.6kg，20%液堿不允許超過1.2kg。
雖然通過實驗得到了上述物質(zhì)進(jìn)入污水池、雨水池的上
限數(shù)值，但不意味著可在該數(shù)值之下隨意排放進(jìn)入，企業(yè)在
生產(chǎn)經(jīng)營過程中，應(yīng)加強(qiáng)管控，提高預(yù)防措施，力爭做到零
污染、零排放。
參考文獻(xiàn)
[1] 李平，吳連碧，羅敏. 三種快速測定水中化學(xué)耗氧量方法的比較[J]，
環(huán)境與健康雜志，2002，（5）.
（上接第131頁）
2.2.2 結(jié)合教學(xué)反饋，及時調(diào)整教學(xué)方法
教學(xué)督導(dǎo)聽課后提出建議：在課堂上，留給學(xué)生閱讀時間，
采用默讀形式，閱讀效果可能不佳；可以考慮采用學(xué)生輪流
朗讀，這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)注意力。筆者在教學(xué)過程
中采取了輪流朗讀的閱讀方法，同學(xué)們學(xué)習(xí)的積極性明顯提
高。
同時，有部分同學(xué)提出建議：增加習(xí)題訓(xùn)練，加強(qiáng)學(xué)習(xí)
記憶。筆者及時調(diào)整教學(xué)進(jìn)度，為同學(xué)們增加習(xí)題訓(xùn)練課，
習(xí)題講解課。通過習(xí)題訓(xùn)練，加深知識模塊的系統(tǒng)性學(xué)習(xí)。
2.2.3 積極開展主題演講，培養(yǎng)學(xué)生綜合能力
主題演講的教學(xué)模式能極大地調(diào)動學(xué)生的主動性和積極
性，激發(fā)課內(nèi)教學(xué)與課外探索的互動，對教學(xué)起到重要的支
撐作用。主題演講是以學(xué)生中心，思考解決學(xué)習(xí)問題。主題
演講具有學(xué)習(xí)內(nèi)容集中、學(xué)習(xí)重點鮮明、語言通俗易懂，表
現(xiàn)方式富有激情等特點。通過演講的感染性、啟發(fā)性、針對性，
緊緊地吸引教育對象，這是教學(xué)方法在新時代的創(chuàng)新和發(fā)展。
3 結(jié)束語
基礎(chǔ)化學(xué)課程中許多知識點緊密聯(lián)系工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，日
常生活實際。在教學(xué)中，鼓勵學(xué)生根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合教學(xué)
專題，選擇自己關(guān)心的熱點或者重點問題作為主題演講的選
題。以小組合作的方式，在課余時間查閱資料，展開思考討論，
形成知識模塊，進(jìn)一步梳理匯編成演講內(nèi)容；回到課堂，小
組以演講的方式向全班師生呈現(xiàn)自己關(guān)注的主題，介紹現(xiàn)象、
陳述原理、設(shè)計實驗；演講結(jié)束后，同學(xué)之間分析討論，思
考解決問題，教師進(jìn)行點評和總結(jié)。
根據(jù)學(xué)生主題演講的效果，主動強(qiáng)化學(xué)生特別關(guān)注的知識
模塊，為培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣奠定基礎(chǔ)。在教學(xué)實踐中，鼓
勵學(xué)生用多種藝術(shù)呈現(xiàn)形式展示主題演講的內(nèi)容，從單人脫
稿演講到兩人互問互答，再到多人學(xué)習(xí)討論。演講內(nèi)容從純
知識羅列堆積到聯(lián)系生活實際，講故事再到設(shè)計實驗、展示
成果。藝術(shù)表現(xiàn)形式發(fā)生變化，從單純語言講解到多媒體呈
現(xiàn)，再到劇目演出。全班同學(xué)全部參與到主題演講學(xué)習(xí)活動中，
調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。在教學(xué)實踐中，鼓勵學(xué)生以主題
演講的方式參與實踐教學(xué)，通過科學(xué)安排，師生在主題演講
活動中交流知識、認(rèn)同價值。
從培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣入手，設(shè)置同學(xué)們易于實現(xiàn)的目標(biāo)任務(wù)，
重視與學(xué)生的情感溝通，這些措施在《基礎(chǔ)化學(xué)》教學(xué)中實施，
明顯提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，降低了習(xí)得性無助感，同學(xué)
們對課堂教學(xué)的改變表示出極大的熱情和認(rèn)同，期末測試成
績也有顯著提高。
參考文獻(xiàn)
[1] 鄭安文. 高職學(xué)生學(xué)習(xí)中“習(xí)得性無助”現(xiàn)象探析[J]. 職業(yè)教育研究，
2013，（01）：42-43.
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