流体混合器、包含其的燃烧装置及VOCs气体的处理方法

摘要

本申请提供一种流体混合器、包含其的燃烧装置及VOCs气体的处理方法，包含:腔体，包含入口和出口；混合元件，混合元件内设置若干折流结构,折流结构之间的空间构成流体穿行的通道；混合元件将腔体内部隔成若干子腔体单元，各子腔体单元之间的连通通道仅为混合元件。折流结构对冲击到其上的流动的气体进行反射使气体的流动方向不规律性的改变，对于需要混合的多股气体，由于被反射后流动的方向不具有规律性，因此混合的更均匀。本申请中流体混合器的腔体被分割成多个子腔体单元，当其中某个子腔体单元内发生燃烧时，由于混合元件的阻隔可以防止燃烧延伸至其它与其分割的子腔体单元，从而提高了混合过程的安全性。

权利要求

1.流体混合器，其特征在于，包含:

腔体，包含入口和出口；

混合元件，所述混合元件内设置若干折流结构,所述折流结构之间的空间构成流体穿行的通道；

所述混合元件将所述腔体内部隔成若干子腔体单元，各所述子腔体单元之间的连通通道仅为所述混合元件；

所述折流结构包含弹性结构件和固定件，所述弹性结构件被所述固定件固定于所述腔体的内壁;其中, 所述弹性结构件交叉布置,在流入所述腔体内的气流的作用下所述弹性结构件发生弹性变形；

所述子腔体单元内壁设置立板和/或螺旋板。

2.如权利要求1所述流体混合器，其特征在于，所述入口和所述出口分别位于所述腔体的两端，所述子腔体单元在所述入口与所述出口的直线连线方向上串联设置。

3.如权利要求2所述流体混合器，其特征在于，所述子腔体单元上设置分入口。

4.燃烧装置，其特征在于，包含权利要求1至3任一项所述的流体混合器，以及与所述流体混合器相通的燃烧室，所述燃烧室设置燃烧器和点火器。

5.如权利要求4所述燃烧装置，其特征在于，所述燃烧器为金属纤维表面燃烧器；所述燃烧器的金属纤维下方设置所述混合元件。

6.一种VOCs气体的处理方法,其特征在于，通过权利要求4或5任一项所述的燃烧装置处理所述VOCs气体；

VOCs气体直接输送进入、或经过预处理单元后进入所述燃烧装置，所述预处理为湿法脱硫、冷凝及吸附中的一种或几种。

7.如权利要求6所述VOCs气体的处理方法，其特征在于，VOCs气体、助燃气和空气三者同时进入一个所述子腔体单元混合；或VOCs气体、助燃气和空气其中两者同时进入一个所述子腔体单元混合后再与第三者在另一所述子腔体单元混合。

说明书

流体混合器、包含其的燃烧装置及VOCs气体的处理方法

技术领域

[0001] 本发明属于的混合机技术领域，具体涉及流体混合器、包含其的燃烧装置及VOCs气体的处理方法。

背景技术

[0002] 混合器用于对多种气体进行混合，混合后的气体更均匀。对于燃烧，均匀的混合气体发热火焰温度场分布更均匀且燃烧后的烟气中NOX、VOCs排放较低。

[0003] 现有技术中混合器的安全问题鲜有涉及，本发明意在解决上述混合过程的充分性和安全性问题。

发明内容

[0004] 本发明针对现有技术中存在的上述技术问题，提供一种流体混合器、包含其的燃烧装置及VOCs气体的处理方法。

[0005] 本申请提供的所述流体混合器，包含:

[0006] 腔体，包含入口和出口；

[0007] 混合元件，所述混合元件内设置若干折流结构,所述折流结构之间的空间构成流体穿行的通道；

[0008] 所述混合元件将所述腔体内部隔成若干子腔体单元，各所述子腔体单元之间的连通通道仅为所述混合元件。

[0009] 在一种优选的实施方式中，所述混合元件包含层叠设置的所述折流结构，所述折流结构为薄层金属波纹板，和/或

[0010] 所述混合元件包含互相编织的所述折流结构，所述折流结构为金属丝。

[0011] 在一种优选的实施方式中，所述折流结构包含弹性结构件和固定件，所述弹性结构件被所述固定件固定于所述腔体的内壁;

[0012] 其中, 所述弹性结构件交叉布置,在流入所述腔体内的气流的作用下所述弹性结构发生弹性变形。

[0013] 在一种优选的实施方式中，所述子腔体单元内壁设置立板和/或螺旋板。

[0014] 在一种优选的实施方式中，所述入口和所述出口分别位于所述腔体的两端，所述子腔体单元在所述入口与所述出口的直线连线方向上串联设置。

[0015] 在一种优选的实施方式中，所述子腔体单元上设置分入口。

[0016] 在一种优选的实施方式中，所述腔体上设置泄压装置，当所述腔体内压强超过阈值时，所述泄压装置关闭所述腔体的入口并使所述腔体敞开。

[0017] 本申请还提供一种燃烧装置，包含所述的流体混合器，以及与所述流体混合器相通的燃烧室，所述燃烧室设置燃烧器和点火器。

[0018] 在一种优选的实施方式中，所述燃烧器为金属纤维表面燃烧器；所述燃烧器的金属纤维下方设置所述混合元件。

[0019] 本申请还提供一种VOCs气体的处理方法,通过所述的燃烧装置处理所述VOCs气体。

[0020] 在一种优选的实施方式中，VOCs气体、助燃气和空气三者同时进入一个所述子腔体单元混合；或

[0021] VOCs气体、助燃气和空气其中两者同时进入一个所述子腔体单元混合后再与第三者在另一所述子腔体单元混合。

[0022] 根据本发明提供的具体实施例，相比于现有技术，本发明公开了以下技术效果：

[0023] 本申请提供的具体实施方式中所述流体混合器包含:腔体，包含入口和出口；混合元件，所述混合元件内设置若干折流结构,所述折流结构之间的空间构成流体穿行的通道；所述混合元件将所述腔体内部隔成若干子腔体单元，各所述子腔体单元之间的连通通道仅为所述混合元件。所述折流结构对冲击到其上的流动的气体进行反射使气体的流动方向不规律性的改变，对于需要混合的多股气体，由于被反射后流动的方向不具有规律性，因此混合的更均匀。进一步地，本申请中所述流体混合器的腔体被分割成多个子腔体单元，当其中某个子腔体单元内发生燃烧时，由于混合元件的阻隔可以防止燃烧延伸至其它与其分割的子腔体单元，从而提高了混合过程的安全性。

[0024] 本申请还提供一种燃烧装置，包含所述混合器，所述燃烧装置的燃烧室与所述流体混合器相通，经过所述混合器的混合，所述燃烧装置在工作过程中燃烧火焰温度场分布更均匀且燃烧后的烟气中NOX、VOCs排放较低，由于混合器本身的安全性有保障，所述燃烧装置的安全可靠性也得到提高。

[0025] 本申请还提供了一种VOCs气体的处理方法，利用所述燃烧装置对所述VOCs气体进行燃烧处理，由于所述混合器能够将VOCs气体与助燃气体更充分的混合，燃烧后的烟气中NOX、VOCs排放较低，因此所述VOCs气体的处理方法能够减少对环境的污染破坏。

附图说明

[0026] 图1是本发明的实施例1提供的一种流体混合器的结构示意图；

[0027] 图2是本发明的实施例1提供的一种折流结构的结构示意图；

[0028] 图3是本发明的实施例2提供的燃烧装置的结构示意图；

[0029] 图4是本发明的实施例3和4提供的VOCs气体的处理方法中所述燃烧装置的结构示意图；

[0030] 图5是本发明的实施例5提供的VOCs气体的处理方法中所述燃烧装置的结构示意图；

[0031] 图6是本发明的实施例6和7提供的VOCs气体的处理方法中所述燃烧装置的结构示意图。

[0032] 其中标号示意：流体混合器100、腔体1、一级子腔体单元11、二级子腔体单元12、三级子腔体单元13、入口101、出口102、混合元件2、一级混合元件21、二级混合元件22、螺旋板3、分入口4；以及

[0033] 有机废气管道501、助燃气管道502、空气管道503、点火器管道504、点火器6、金属纤维表面燃烧器7、金属纤维701。

具体实施方式

[0034] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0035] 实施例1

[0036] 流体混合器用于在燃烧等环节前对多种气体进行混合，混合均匀的气体有助于燃烧过程的稳定进行、提高燃烧过程的充分程度并使燃烧产物中的有害成分减少。

[0037] 尤其是用于燃烧环节前的流体混合器，安全性也是值得重视的一方面。为了避免引起可燃气体、助燃气体在燃烧前爆炸，通常在燃烧环节可燃气体与助燃气体才会相遇并混合，混合不充分造成燃烧过程不稳定、不充分燃烧的产物包含有害成分。本施例提供的流体混合器提高燃烧前的安全性并使可燃气体与助燃气体混合充分。

[0038] 本实施例提供一种流体混合器的具体实施方式, 参照图1,所述流体混合器包含:

[0039] 腔体1，包含入口101和出口102；

[0040] 混合元件，所述混合元件包含一级混合原件21、二级混合元件22，所述混合元件内设置若干折流结构201,折流结构201之间的空间构成流体穿行的通道；

[0041] 一级混合原件21和二级混合元件22将腔体1内部隔成一级子腔体单元11、二级子腔体单元12和三级子腔体单元13，一级子腔体单元11和二级子腔体单元12之间的连通通道仅为一级混合原件21，二级子腔体单元12和三级子腔体单元13之间的连通通道仅为二级混合元件22。

[0042] 折流结构201对冲击到其上的流动的气体进行反射使气体的流动方向不规律性的改变，对于需要混合的多股气体，例如可燃气体和助燃气体，由于被反射后流动的方向不具有规律性、向不同方向散射，因此不同气体之间混合的更均匀。

[0043] 进一步地，本实施例中所述流体混合器的腔体1被分割成一级子腔体单元11、二级子腔体单元12和三级子腔体单元13，当其中某个子腔体单元内发生燃烧时，由于混合元件的阻隔可以防止燃烧延伸至其它与其分割的子腔体单元，从而提高了混合过程的安全性。为实现燃烧、热量、爆炸隔离，所述流体混合器具有一定的厚度。

[0044] 本实施例提供一种折流结构201的具体实施方式：所述混合元件包含层叠设置的所述折流结构，所述折流结构为薄层金属波纹板，所述层叠设置指若干层薄金属波纹板之间有间隙的一层层设置，薄金属波纹板之间的间隙介于1mm至500mm之间,层叠的方向与气体流动的方向不一致，薄金属波纹板指板厚在0.1‑1.5毫米厚的表面有凹凸的波纹纹路的金属板。

[0045] 本实施例还提供一种折流结构201的具体实施方式：所述混合元件包含互相编织的所述折流结构，所述折流结构为金属丝，所述编织包括有规律的编织和无规律的编织。

[0046] 金属部件具备抑爆能力和良好散热能力，所述折流结构包括且不限于折叠、编织、焊接、腐蚀、烧结、铸造、反应、沉积等材料加工工艺形成的多通道金属材料。

[0047] 本实施例再次提供一种折流结构201的具体实施方式：参照图2，所述折流结构包含弹性结构件和固定件，所述弹性结构件被所述固定件固定于所述腔体的内壁;其中, 所述弹性结构件交叉布置,在流入所述腔体内的气流的作用下所述弹性结构发生弹性变形。在这种实施方式中，所述弹性结构件可选择较薄的金属带，所述金属带两端通过所述固定件固定在腔体1的内壁上，金属带的长度大于其固定在腔体1的内壁的两端的直线距离，因此所述金属带是弯曲的、可变形的。本实施例中的弹性结构件吸收冲击其的气体的动能后再释放其弹性势能，冲击腔体1内的气体、搅乱气体的流动方向，达到混合均匀的效果。

[0048] 本实施例提供一种子腔体单元的具体实施方式：继续参照图1，所述子腔体单元内壁设置立板和/或螺旋板。所述立板和/或螺旋板为气体提供导流作用。所述子腔体单元可以是圆筒、放散筒、文丘里筒、方筒或其他无动力结构部件，混合气体在子腔体单元内经过湍流混合实现更充分的混合。

[0049] 本实施例提供一种子腔体单元在所述腔体内布置方式的具体实施方式：继续参照图1，腔体1的入口101和出口102分别位于腔体1的两端，一级子腔体单元11、二级子腔体单元12和三级子腔体单元13在入口101与出口102的直线连线方向上串联设置。通过串联设置的多个所述子腔体单元，气体经过混合，混合更均匀。

[0050] 本实施例提供一种流体混合器的具体实施方式，在所述子腔体单元上设置分入口。本实施例中在二级子腔体单元12上设置分入口4，需要混合的气体之一从分入口4进入腔体1内参与混合。

[0051] 为了降低混合器内爆炸造成的危险，本实施例提供一种流体混合器的具体实施方式，所述壳体上设置泄压装置，当所述壳体内压强超过阈值时，所述泄压装置关闭所述腔体的入口并使所述腔体敞开，主动关闭入口防止更多的气体参与爆炸，同时敞开所述腔体。

[0052] 实施例2

[0053] 本实施例提供一种燃烧装置的具体实施方式，参照图3，所述燃烧装置包含实施例1中所述的流体混合器，以及

[0054] 燃烧室，与所述流体混合器相通，所述燃烧室设置燃烧器和点火器。

[0055] 具体地，有机废气管道501和助燃气管道502与流体混合器的腔体相同，有机废气和助燃气先经过一混合元件混合，之后再与空气管道503通入的空气经过之后的混合元件混合，混合后到达金属纤维表面燃烧器7，点火器6与点火器管道504相通对到达金属纤维表面燃烧器7的混合气体点火燃烧。

[0056] 本实施例提供一种所述燃烧器的具体实施方式，继续参照图3，金属纤维表面燃烧器7的金属纤维701的下方设置所述混合元件。混合元件的具体实施方式参照实施例1中所述混合元件的实施方式。

[0057] 本实施例提供一种燃烧室的具体实施方式为耐高温隔热材料构成的燃烧室。可选为内衬耐高温隔热材料，包括且不限于耐火纤维棉、耐火砖、耐火浇注料、耐火涂料等。

[0058] 在一种优选的实施方式中，在燃烧室内部布设换热器，将热量移出提供给其他工艺单元使用。

[0059] 下面的几个实施例提供一种VOCs气体的处理方法,通过实施例2中所述的燃烧装置处理所述VOCs气体。

[0060] 所述VOCs(volatile organic compounds)挥发性有机物，成品油油品库区产生的废气、油田开采过程伴生的废气、化工品混合物装车产生的废气、原油油品装船的废气、成品油火车装车的废气均包含VOCs气体。

[0061] 由于所述VOCs气体来源多样，可燃组分浓度波动较大，含氧量波动较大，因此，通过补充一定量的助燃气实现VOCs气体的热值稳定，通过补充一定量的空气实现VOCs与氧气的充分混合。其中，补充的助燃气为天然气、丙烷、氢气、煤气、干气等气体燃料。

[0062] 通过下面几个实施例可以实现在对VOCs气体处理时：

[0063] （1）安全性大幅提升，燃烧装置防回火能力大幅提高；

[0064] （2）实现VOCs气体的超低排放；

[0065] （3）实现NOx超低排放；

[0066] （4）操作稳定性增强；

[0067] （5）对燃烧装置入口氧含量、入口油气浓度、组成无要求。

[0068] 实施例3

[0069] 本实施例中VOCs气体来源于成品油油品库区产生的废气处理的VOCs气体来源于成品油油品库区产生的废气时，其废气具有：操作连续，浓度变化较大，含氧量一般低于3%，流量波动大的特点。

[0070] 处理成品油油品库区产生的废气时的助燃气为天然气。

[0071] 成品油油品库区产生的废气、空气、助燃气分别通过管道进入流体混合器100，经过混合元件2的混合进入燃烧室。

[0072] 输送助燃气、VOCs气体、空气的管道等结构分别配置阻火器、监控仪表、流量控制阀门、安全隔断阀门等部件实现相应气体的隔离、安全、流量、温度、压力等控制。流体混合器、燃烧装置分别配置监控仪表实现燃烧监控。如图4所示，设置以下监控和控制手段：

[0073] 有机废气管道501设置压力P、温度T、流量F、浓度C监控，设置阻爆器9，流量控制阀一41；

[0074] 助燃气管道502设置压力P监控，流量控制阀二42；

[0075] 空气管道503设置压力P监控；

[0076] 点火器管道504设置流量控制阀三43；

[0077] 流体混合器100中混合元件2后段子腔体单元设置压力P、温度T监控；

[0078] 燃烧室设置温度T、浓度C监控。

[0079] 利用所述燃烧装置的VOCs气体的处理方法， VOCs气体、助燃气、空气进入流体混合器，经过流体混合器的混合作用实现上述组分的充分混合；在混合过程中，混合元件2同时实现两个子腔体单元的安全隔离；完成混合的可燃组分经点火器引燃后，在燃烧器内进行充分燃烧，燃烧发生于燃烧室内部，并最终将燃尽气排放至大气。

[0080] VOCs气体、助燃气、空气按照以下步骤进入燃烧器：（1）空气输送风机8开启，空气进入；（2）流量控制阀三43开启，点火器点火，系统点火；（3）点火成功后，流量控制阀二42开启，助燃气进入；（4）助燃气运行正常后，流量控制阀一41开启，VOCs气体进入；（5）VOCs气体燃烧，废气进入正常运行状态。

[0081] 在运行过程中，根据图4设置的监控仪表和控制阀门、风机的动作，实现燃烧系统的稳定控制和运行监控。

[0082] 按照本实施例所述VOCs气体的处理方法，可以实现燃烧尾气中的VOCs达到15mg/3 3
m、NOx低于50mg/m的排放标准，其废气排放远低于国家排放指标要求。

[0083] 实施例4

[0084] 本实施例提供一种VOCs气体的处理方法,通过实施例2中所述的燃烧装置处理所述VOCs气体。

[0085] 本实施例处理油田开采过程伴生的废气，其废气具有：操作连续，浓度较大，不含氧的特点。

[0086] 处理油田开采过程伴生的废气时助燃气为干气。

[0087] 使用图4所示的燃烧装置及其他管路对本实施例中的VOCs气体进行处理。成品油油品库区产生的废气、空气、助燃气分别通过管道进入流体混合器100，经过混合元件2的混合进入燃烧室。

[0088] 按照本实施例提供的VOCs气体的处理方法，可以实现燃烧尾气中的VOCs达到3 3
15mg/m、NOx低于50mg/m的排放标准，其废气排放远低于国家排放指标要求。

[0089] 实施例5

[0090] 本实施例处理的VOCs气体为化工品混合物装车产生的废气，其废气具有：操作间歇，浓度变化较大，含氧量较大，流量波动大、废气无液滴的特点。

[0091] 处理油田开采过程伴生的废气时助燃气为丙烷气体。

[0092] 使用图5所示的燃烧装置及其他管路对本实施例中的VOCs气体进行处理。空气、助燃气分别通过管道进入流体混合器100中混合元件前段子腔体单元，经过混合元件2的混合，化工品混合物装车产生的废气进入流体混合器100中混合元件2后段子腔体单元与空气、助燃气混合后进入燃烧室。

[0093] 按照本实施例提供的所述VOCs气体的处理方法，可以实现燃烧尾气中的特征污染3
物达到GB31571‑2015规定的排放限值、NOx低于50mg/m的排放标准，其废气排放远低于国家排放指标要求。

[0094] 实施例6

[0095] 本实施例处理的VOCs气体为原油油品装船的废气，其废气具有：浓度变化较大，含氧量一般低于6%、操作时间长的特点。

[0096] 使用图6所示的燃烧装置及其他管路对本实施例中的VOCs气体进行处理。

[0097] 在有机废气管道501的前端设置一套预处理单元10，预处理单元为“湿法脱硫+冷3 3
凝”的组合工艺；经预处理单元后的油气浓度介于0g/m至300g/m之间，不含硫，不含液滴。

[0098] 参照图6，VOCs气体、助燃气进入一级混合原件21前段的子腔体单元；空气通过管道进入一级混合原件21和二级混合元件22之间的子腔体单元，三者的混合经过进入二级混合元件22后段的子腔体单元。

[0099] 本实施例中，一级混合原件21前段的子腔体单元内设置温度监控仪表。

[0100] 按照本实施例提供的所述VOCs气体的处理方法，可以实现燃烧尾气中的VOCs达到3 3 3
15mg/m 、NOx低于50mg/m ，SO2低于15mg/m的排放标准，其废气排放远低于国家排放指标要求。

[0101] 实施例7

[0102] 本实施例处理的VOCs气体为成品油火车装车的废气，其废气具有：操作间歇，浓度变化较大，含氧量较高、操作时间长的特点。

[0103] 使用图6所示的燃烧装置及其他管路对本实施例中的VOCs气体进行处理。

[0104] 在有机废气管道501的前端设置一套预处理单元10，预处理单元为“冷凝+吸附”的3 3
组合工艺；经预处理单元后的油气浓度介于0g/m至50g/m之间，不含液滴。

[0105] 参照图6，VOCs气体、助燃气进入一级混合原件21前段的子腔体单元；空气通过管道进入一级混合原件21和二级混合元件22之间的子腔体单元，三者的混合经过进入二级混合元件22后段的子腔体单元。

[0106] 本实施例中，一级混合原件21前段的子腔体单元内设置温度监控仪表。

[0107] 按照本专利所述的多级分散燃烧器处理VOCs气体的方法，可以实现燃烧尾气中的3 3
VOCs达到15mg/m、NOx低于50mg/m的排放标准，其废气排放远低于国家排放指标要求。

[0108] 在本申请描述中，需要理解的是，术语 “上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“周向”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，仅是为了便于描述本技术方案和简化描述，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技术方案的限制。

[0109] 在本技术方案中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术方案中的具体含义。

[0110] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术方案的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

[0111] 尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。