硅烷废气焚烧处置设计研究

张晓东，端午祥，卫 兵，赵 娟

（南京博纳能源环保科技有限公司，江苏南京 210048）

硅烷废气焚烧处置设计研究

张晓东，端午祥，卫 兵，赵 娟

（南京博纳能源环保科技有限公司，江苏南京 210048）

以焚烧方式处置有机废气具有占地面积小、焚烧产物稳定、能耗低和可回收热能等优点，因此在国际上得到广泛的应用，然而我国在推动有毒害、易燃易爆气体焚烧实施过程中存在一些问题。主要介绍了硅烷废气焚烧处置的实际设计，以期为该类废气的处置提供应用参考。

硅烷废气；焚烧；毒性；易燃易爆；处置

1 前言

1.1 项目背景

硅烷因独具许多特性而广泛应用于电子、信息、能源、材料等领域，是许多未来新兴产业所必不可少的一种气体。高纯硅烷气工业总的发展趋势是应用范围越来越广，产量需求越来越大，纯度要求越来越高，有着巨大的市场潜力和发展机遇。但硅烷废气属于有毒、易燃易爆的废气，在实际处置中具有较大的难度[1-2]。

本文以河南某公司年产2 000t硅烷废气焚烧项目为案例，具体介绍该项目的设计工艺、应用参数及项目调试运行情况。

1.2 基础数据

该项目硅烷尾气及助燃燃料基本参数见表1。

表1 硅烷尾气及助燃燃料参数表

1.3 设计原则

①焚烧处理设备技术可行，工艺先进、稳定；②采用成熟的燃烧技术，废气处理无害化；③采用现代化管理，实现装置自动化控制、运行安全可靠、操作方便；④设计占地面积小，安全可靠的焚烧装置；⑤焚烧系统在气化装置工况波动的情况下，仍然保证系统安全稳定运行。

2 系统设计

2.1 系统组成

①焚烧炉及其支撑；②燃烧器；③布袋除尘器；④钢制烟囱及内衬；⑤仪表及电气设备；⑥风机及其他使系统正常运行所必需的设备与材料；⑦界区内各设备之间连接的管道、阀门、管件及其他材料。

2.2 系统主体功能介绍

硅烷废气经管路阀门输送至焚烧炉焚烧，焚烧炉尾部接布袋除尘器，烟气处理达标后经风机、烟囱排放。硅烷管路设置旁路，当焚烧炉故障停炉时，打开旁路阀门，将硅烷废气送至地面火炬焚烧。

燃烧器安装在焚烧炉炉头，燃烧器风箱结构设计不仅考虑了燃烧所需的助燃风，还包括了部分冷却烟气的风量。焦炉煤气和硅烷废气分别由独立喷嘴喷入焚烧炉的内层燃烧室内，充分燃烧。在焚烧炉的内层和外层间有冷却空气流动，在焚烧炉中后段与燃烧烟气混合，混合后烟气温度在180℃左右，烟气经布袋除尘器除去二氧化硅烟雾，达标后通过独立的风机、烟囱排放。

从上游来的焦炉煤气、硅烷废气，经过管路送至燃烧器。管路配置了手动及自动的切断阀门和控制阀门，配置了必要的仪器仪表，保证燃烧的可靠和安全。焚烧所需要的助燃空气来自鼓风机抽取的环境空气，空气管道上配置了手动切断阀门、流量调节阀门，配置了必要的测量仪表，保证燃烧的可靠和安全。焚烧系统采用焦炉煤气伴烧。点火管路配备手动及自动的切断阀门，配置了必要的测量仪器仪表，保证点火功能可靠和安全。系统配备必要的气动元件气源及火检视镜冷却风。

2.3 系统主体设计参数

2.3.1 焚烧炉设备

焚烧炉的布置方式采用卧式，壳体设计为双壳体结构，简单小巧。炉体部分由双层壳体制作成两个腔室，内腔室为燃烧炉膛，外腔室为夹套冷却风，腔室之间用螺旋叶片连接支撑，使外腔室构成螺旋通道的夹套风。

内腔室为燃烧炉膛，不设置浇注料或保温棉，内层壳体温度维持在800℃以下，采用不锈钢310S；外腔室夹套风起到冷却外壳体，并起到保温隔热的作用，外层壳体温度维持在50℃以下，采用碳钢。夹套风由助燃风机引入，经过夹套后汇入炉膛，与高温烟气混合后使烟气降温。

表2 焚烧炉主要参数表

2.3.2 NBE-22燃气燃烧器

我公司的NBE-22系列气燃烧器主要应用于电力工业、石化工业、冶金工业、建筑材料工业、各种轻工业以及有剩余煤气资源或天然气资源丰富的热能供应站。配备于各种设备、加热炉、焚烧炉，用于点火、助燃或作为主燃烧器使用。气燃烧器所使用的气体燃料包括高炉煤气、焦炉煤气、液化石油气、裂化石油气、城市煤气、天然气、化工废气等。NBE-22型燃气燃烧装置是针对气体燃料的特点和设备技术参数而定向设计的非标专用燃烧装置。

特点：①燃烧器采用扩散式高效型燃烧器，燃料和助燃空气通过燃烧器时压损低；②燃烧器主燃气室设有旋流片，有效地加强了空气与燃料的扩散混合，加快燃烧反应速度；③火焰形状清晰，火焰温度高，火焰根部稳定；④二级点火，长明灯引燃硅烷废气，安全可靠。

表3 燃烧器主要参数表

2.3.3 布袋除尘器

低压脉冲袋式除尘器主要由本体系统、过滤系统、清灰系统、仪表控制系统和压缩空气系统所组成。

表4 主要参数表

2.4 防爆、防护等级

阀门仪表：防爆等级DIICT6，防护等级IP65。风机电机：防爆等级DIICT4，防护等级IP65。为排除安全隐患，现场设置1套检漏报警仪（报警设定值≤5ppm）和1套火焰检测器，实现声光报警和信号远传，保障人身机组的安全。

3 运行结果性能保证

1）焚烧炉系统装置运行负荷在100%的情况下连续正常运行；辅机设备正常运行，系统处于良好工作状态，正常燃烧工况下，无不完全燃烧现象产生。

2）满足“出烟温度小于200℃，NOx＜200mg/m3，CO＜30mg/m3。烟气黑度林格曼I级”，满足GB16297—1996二级排放标准。

[1] 胡小冬，王丽，张东，等.多晶硅生产中废气处理工艺改造[J].现代化工，2016，（12）：121-123.

[2] 杨永亮，张志刚，严大洲，等.多晶硅生产废气处理工艺[J].世界有色金属，2014，（4）：32-33.

Study on Incineration Design of Silane Waste Gas

Zhang Xiao-dong，Duan Wu-xiang，Wei Bing，Zhao Juan

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.

silane exhaust gas；incineration；toxicity； flammable and explosive；handle

TK175

A

1003–6490（2017）10–0204–02

2017–07–07

张晓东（1980—），男，江苏睢宁人，工程师，主要从事石化、冶金等行业节能环保技术的研究工作。