硅烷廢氣焚燒處置設計研究

張曉東，端午祥，衛 兵，趙 娟

（南京博納能源環保科技有限公司，江蘇南京 210048）

硅烷廢氣焚燒處置設計研究

張曉東，端午祥，衛 兵，趙 娟

（南京博納能源環保科技有限公司，江蘇南京 210048）

以焚燒方式處置有機廢氣具有占地面積小、焚燒產物穩定、能耗低和可回收熱能等優點，因此在國際上得到廣泛的應用，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計，以期為該類廢氣的處置提供應用參考。

硅烷廢氣；焚燒；毒性；易燃易爆；處置

1 前言

1.1 項目背景

硅烷因獨具許多特性而廣泛應用于電子、信息、能源、材料等領域，是許多未來新興產業所必不可少的一種氣體。高純硅烷氣工業總的發展趨勢是應用范圍越來越廣，產量需求越來越大，純度要求越來越高，有著巨大的市場潛力和發展機遇。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2 000t硅烷廢氣焚燒項目為案例，具體介紹該項目的設計工藝、應用參數及項目調試運行情況。

1.2 基礎數據

該項目硅烷尾氣及助燃燃料基本參數見表1。

表1 硅烷尾氣及助燃燃料參數表

1.3 設計原則

①焚燒處理設備技術可行，工藝先進、穩定；②采用成熟的燃燒技術，廢氣處理無害化；③采用現代化管理，實現裝置自動化控制、運行安全可靠、操作方便；④設計占地面積小，安全可靠的焚燒裝置；⑤焚燒系統在氣化裝置工況波動的情況下，仍然保證系統安全穩定運行。

2 系統設計

2.1 系統組成

①焚燒爐及其支撐；②燃燒器；③布袋除塵器；④鋼制煙囪及內襯；⑤儀表及電氣設備；⑥風機及其他使系統正常運行所必需的設備與材料；⑦界區內各設備之間連接的管道、閥門、管件及其他材料。

2.2 系統主體功能介紹

硅烷廢氣經管路閥門輸送至焚燒爐焚燒，焚燒爐尾部接布袋除塵器，煙氣處理達標后經風機、煙囪排放。硅烷管路設置旁路，當焚燒爐故障停爐時，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，燃燒器風箱結構設計不僅考慮了燃燒所需的助燃風，還包括了部分冷卻煙氣的風量。焦爐煤氣和硅烷廢氣分別由獨立噴嘴噴入焚燒爐的內層燃燒室內，充分燃燒。在焚燒爐的內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，煙氣經布袋除塵器除去二氧化硅煙霧，達標后通過獨立的風機、煙囪排放。

從上游來的焦爐煤氣、硅烷廢氣，經過管路送至燃燒器。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機抽取的環境空氣，空氣管道上配置了手動切斷閥門、流量調節閥門，配置了必要的測量儀表，保證燃燒的可靠和安全。焚燒系統采用焦爐煤氣伴燒。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。系統配備必要的氣動元件氣源及火檢視鏡冷卻風。

2.3 系統主體設計參數

2.3.1 焚燒爐設備

焚燒爐的布置方式采用臥式，殼體設計為雙殼體結構，簡單小巧。爐體部分由雙層殼體制作成兩個腔室，內腔室為燃燒爐膛，外腔室為夾套冷卻風，腔室之間用螺旋葉片連接支撐，使外腔室構成螺旋通道的夾套風。

內腔室為燃燒爐膛，不設置澆注料或保溫棉，內層殼體溫度維持在800℃以下，采用不銹鋼310S；外腔室夾套風起到冷卻外殼體，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。夾套風由助燃風機引入，經過夾套后匯入爐膛，與高溫煙氣混合后使煙氣降溫。

表2 焚燒爐主要參數表

2.3.2 NBE-22燃氣燃燒器

我公司的NBE-22系列氣燃燒器主要應用于電力工業、石化工業、冶金工業、建筑材料工業、各種輕工業以及有剩余煤氣資源或天然氣資源豐富的熱能供應站。配備于各種設備、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、焦爐煤氣、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備技術參數而定向設計的非標專用燃燒裝置。

特點：①燃燒器采用擴散式高效型燃燒器，燃料和助燃空氣通過燃燒器時壓損低；②燃燒器主燃氣室設有旋流片，有效地加強了空氣與燃料的擴散混合，加快燃燒反應速度；③火焰形狀清晰，火焰溫度高，火焰根部穩定；④二級點火，長明燈引燃硅烷廢氣，安全可靠。

表3 燃燒器主要參數表

2.3.3 布袋除塵器

低壓脈沖袋式除塵器主要由本體系統、過濾系統、清灰系統、儀表控制系統和壓縮空氣系統所組成。

表4 主要參數表

2.4 防爆、防護等級

閥門儀表：防爆等級DIICT6，防護等級IP65。風機電機：防爆等級DIICT4，防護等級IP65。為排除安全隱患，現場設置1套檢漏報警儀（報警設定值≤5ppm）和1套火焰檢測器，實現聲光報警和信號遠傳，保障人身機組的安全。

3 運行結果性能保證

1）焚燒爐系統裝置運行負荷在100%的情況下連續正常運行；輔機設備正常運行，系統處于良好工作狀態，正常燃燒工況下，無不完全燃燒現象產生。

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—1996二級排放標準。

[1] 胡小冬，王麗，張東，等.多晶硅生產中廢氣處理工藝改造[J].現代化工，2016，（12）：121-123.

[2] 楊永亮，張志剛，嚴大洲，等.多晶硅生產廢氣處理工藝[J].世界有色金屬，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

張曉東（1980—），男，江蘇睢寧人，工程師，主要從事石化、冶金等行業節能環保技術的研究工作。