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硅烷废气焚烧处置设计研究

文档作者：张晓东端午祥卫兵赵娟文档来源：南京博纳能源环保科技有限公司		点击数：	更新时间： 2021年05月10日
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资源与环境化 工 设 计 通 讯
Resources and environment chemical engineering design communications
·204·
第43卷第10期
2017年10月
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
焚烧物料助燃物料
名称硅烷尾气名称焦炉煤气
状态气体状态气体
组分
硅烷0~50kg/h；
氮气~50kg/h
组分
氢气55%~58vol%；甲烷23vol%
co ：6%~8vol% ；o2 ：
0.5%~0.8vol%；co2：3%~5vol%；
其他8vol%
低发热值kJ/kg 0~22 215.6 牌号
重度kg/m3 重度kg/m3 0.45
黏度 mPa · s 黏度mPa.s
比热 kJ（/ kg·℃） 比热kJ/（kg·℃）
爆炸危险 % 1.37~100 低发热值kJ/kg 39 069.3
自燃温度 ℃ 遇空气自燃温度℃ 常温
毒性程度中度压力mPa（G） 0.005~0.006
腐蚀特性无其他
物料量 kg/h 0~100
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
名称双壳体焚烧炉（1 台/ 套）
型号NfL-2（南京博纳）
焚烧炉结构形式卧式、双壳体
炉体尺寸外径：Φ1 020mm ；L=6 000mm
炉膛设计温度800℃（内层）
炉膛压力-150Pa
壳体材质碳钢/310s
摘 要：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。
关键词：硅烷废气；焚烧；毒性；易燃易爆；处置
中图分类号：Tk175 文献标志码：A 文章编号：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）
收稿日期：2017–07–07
作者简介： 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。
万方数据
化 工 设 计 通 讯资源与环境
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
名称
气燃烧器（1 台/ 套）
焦炉煤气长明灯（1 台/ 套）
型号Nbe-22
煤气设计流量20m3/h
负荷调节40%~100%
设计热负荷755kW
点火燃料气焦炉煤气
点火方式二级点火，高能点火装置电弧点火
阻力降500Pa
主体材料304+310s
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
名称布袋除尘器
处理风量17 449.63m3/h
风温180℃
滤袋材质诺梅克斯
设备阻力＜ 1 200Pa
出口含尘浓度＜ 20mg/m3
漏风率＜ 2%
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。
参考文献
[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.
（上接第203页）
许超过1.2kg，进入雨水池中的重烷基苯不允许超过18kg，重
烷基苯磺酸不允许超过3.6kg，重烷基苯磺酸钠不允许超过
3.6kg，20%液碱不允许超过1.2kg。
虽然通过实验得到了上述物质进入污水池、雨水池的上
限数值，但不意味着可在该数值之下随意排放进入，企业在
生产经营过程中，应加强管控，提高预防措施，力争做到零
污染、零排放。
参考文献
[1] 李平，吴连碧，罗敏. 三种快速测定水中化学耗氧量方法的比较[J]，
环境与健康杂志，2002，（5）.
（上接第131页）
2.2.2 结合教学反馈，及时调整教学方法
教学督导听课后提出建议：在课堂上，留给学生阅读时间，
采用默读形式，阅读效果可能不佳；可以考虑采用学生轮流
朗读，这样有利于培养学生的学习注意力。笔者在教学过程
中采取了轮流朗读的阅读方法，同学们学习的积极性明显提
高。
同时，有部分同学提出建议：增加习题训练，加强学习
记忆。笔者及时调整教学进度，为同学们增加习题训练课，
习题讲解课。通过习题训练，加深知识模块的系统性学习。
2.2.3 积极开展主题演讲，培养学生综合能力
主题演讲的教学模式能极大地调动学生的主动性和积极
性，激发课内教学与课外探索的互动，对教学起到重要的支
撑作用。主题演讲是以学生中心，思考解决学习问题。主题
演讲具有学习内容集中、学习重点鲜明、语言通俗易懂，表
现方式富有激情等特点。通过演讲的感染性、启发性、针对性，
紧紧地吸引教育对象，这是教学方法在新时代的创新和发展。
3 结束语
基础化学课程中许多知识点紧密联系工、农业生产，日
常生活实际。在教学中，鼓励学生根据教学内容，结合教学
专题，选择自己关心的热点或者重点问题作为主题演讲的选
题。以小组合作的方式，在课余时间查阅资料，展开思考讨论，
形成知识模块，进一步梳理汇编成演讲内容；回到课堂，小
组以演讲的方式向全班师生呈现自己关注的主题，介绍现象、
陈述原理、设计实验；演讲结束后，同学之间分析讨论，思
考解决问题，教师进行点评和总结。
根据学生主题演讲的效果，主动强化学生特别关注的知识
模块，为培养学生的学习兴趣奠定基础。在教学实践中，鼓
励学生用多种艺术呈现形式展示主题演讲的内容，从单人脱
稿演讲到两人互问互答，再到多人学习讨论。演讲内容从纯
知识罗列堆积到联系生活实际，讲故事再到设计实验、展示
成果。艺术表现形式发生变化，从单纯语言讲解到多媒体呈
现，再到剧目演出。全班同学全部参与到主题演讲学习活动中，
调动了学生学习的主动性。在教学实践中，鼓励学生以主题
演讲的方式参与实践教学，通过科学安排，师生在主题演讲
活动中交流知识、认同价值。
从培养学习兴趣入手，设置同学们易于实现的目标任务，
重视与学生的情感沟通，这些措施在《基础化学》教学中实施，
明显提高了学生学习的积极性，降低了习得性无助感，同学
们对课堂教学的改变表示出极大的热情和认同，期末测试成
绩也有显著提高。
参考文献
[1] 郑安文. 高职学生学习中“习得性无助”现象探析[J]. 职业教育研究，
2013，（01）：42-43.
[2] 赵瑞雪“. 习得性无助”及其在管理实践中的思考[J]. 高等农业教育，
2011，（05）：35-36+67.
[3] 孙革新. 习得性无助与生物化学检验技术的教学探究[J]. 卫生职业
教育，2011，（18）：46-47.

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