火灾烟气循环净化装置和方法

文档序号:1838230 发布日期:2021-11-16 浏览:5次 >En<

阅读说明:本技术 火灾烟气循环净化装置和方法 (Fire smoke circulating and purifying device and method ) 是由 疏学明 贺胜 胡俊 吴津津 于 2021-10-21 设计创作,主要内容包括:本发明公开了火灾烟气循环净化装置和方法,该装置包括依次相连的烟气收集模块、烟气二次燃烧模块、喷水除尘降温模块和有害气体脱除模块;烟气二次燃烧模块包括烟气混燃室、燃烧发生器、空气预热仓和氧化气体管阀,燃烧发生器的点火部分设在烟气混燃室的内侧,燃烧发生器的燃料部分及点火控制部分设在烟气混燃室的外侧,空气预热仓内设有空气预热器,氧化气体管阀连接在烟气混燃室和空气预热仓之间。本发明不仅有效处理了火灾烟气,避免了环境污染,还实现了“废物”的循环利用,使高温有害的火灾烟气净化为可供人呼吸的“绿色”气体成为了可能,可有效解决海底隧道、大型地下空间等场所通风排烟困难且建设维护成本高昂的技术瓶颈。(The invention discloses a fire smoke circulating purification device and a fire smoke circulating purification method, wherein the device comprises a smoke collecting module, a smoke secondary combustion module, a water spraying, dust removing and cooling module and a harmful gas removing module which are sequentially connected; the flue gas secondary combustion module comprises a flue gas mixed combustion chamber, a combustion generator, an air preheating chamber and an oxidizing gas pipe valve, wherein an ignition part of the combustion generator is arranged on the inner side of the flue gas mixed combustion chamber, a fuel part and an ignition control part of the combustion generator are arranged on the outer side of the flue gas mixed combustion chamber, an air preheater is arranged in the air preheating chamber, and the oxidizing gas pipe valve is connected between the flue gas mixed combustion chamber and the air preheating chamber. The invention not only effectively treats the fire smoke and avoids environmental pollution, but also realizes the recycling of waste, so that the high-temperature harmful fire smoke is purified into green gas which can be breathed by people, and the technical bottlenecks of difficult ventilation and smoke exhaust and high construction and maintenance cost of places such as submarine tunnels, large underground spaces and the like can be effectively solved.)

火灾烟气循环净化装置和方法

技术领域

本发明属于火灾烟气的洗消、净化与循环利用技术领域,具体涉及一种火灾烟气循环净化装置和方法。

背景技术

近年来随着技术的进步,各作业场所的设备和环境日趋复杂,其火灾风险不言而喻。尤其针对大型封闭空间,一方面受环境复杂性等因素影响导致救援人员和大型救援设备难以第一时间支援,使得受困人员难以短时间脱困;另一方面以现有技术手段难以快速消除火灾烟气,严重威胁受困人员生命安全。因此,如何快速消除火灾烟气成为火灾发生时,保障受困人员生命安全和健康的关键。

为解决上述难题,国内外消防领域专家就特殊环境尤其是大型封闭空间的快速消烟技术展开深入研究和实践。部分专家尝试使用机械排烟的方式,试图通过大功率机械排烟设备实现快速消烟。然而,单一机械排烟方式只能将火灾烟气排至大型封闭空间外,冗长的排烟管道和复杂的排烟系统带来巨额经济负担。更不幸的是这种消烟方式难以在深部地下作业环境实现。以我国某地下实验室为例,该实验室埋深超过2000米,而我国在该深度的通风排烟系统建设没有任何工程实践经验,其建设和维护难度可想而知。此外,随意排放的火灾烟气还严重污染大气环境。还有部分专家采用洗消的方式除去火灾烟气。该技术在单一机械排烟技术上增加了洗消作业,可除去部分有害物质同时降低烟气温度,有一定的进步性。但仍无法有效脱除火灾烟气中CO、HCN、HCl、NOx、SOx等有害成分,与机械排烟没有本质区别。因此,如何在有效治理火灾烟气的同时兼顾经济性和环保性成为当前消防治理技术研究的一个重点。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本发明的一个目的在于提出一种火灾烟气循环净化装置和方法,不仅有效处理了火灾烟气,避免了环境污染,还实现了“废物”的循环利用,使高温有害的火灾烟气净化为可供人呼吸的“绿色”气体成为了可能,可有效解决海底隧道、大型地下空间等场所通风排烟困难且建设维护成本高昂的技术瓶颈。

在本发明的一个方面,本发明提出了一种火灾烟气循环净化装置。根据本发明的实施例,所述装置包括:依次相连的烟气收集模块、烟气二次燃烧模块、喷水除尘降温模块和有害气体脱除模块;

所述烟气二次燃烧模块包括烟气混燃室、燃烧发生器、空气预热仓和氧化气体管阀,所述烟气收集模块、所述烟气混燃室和所述空气预热仓依次相连,所述燃烧发生器的点火部分设在所述烟气混燃室的内侧,所述燃烧发生器的燃料部分及点火控制部分设在所述烟气混燃室的外侧,所述空气预热仓内设有空气预热器,所述空气预热器用于将在所述烟气混燃室内燃烧后的高温气体和低温氧化气体进行换热,所述氧化气体管阀连接在所述烟气混燃室和所述空气预热仓之间,所述氧化气体管阀用于将经过预热的氧化气体从所述空气预热仓传输至所述烟气混燃室。

根据本发明实施例的火灾烟气循环净化装置,与传统“消烟”技术不同,本发明装置对火灾烟气“就地治理”,火灾烟气在烟气二次燃烧模块中进行二次燃烧,火灾烟气中的含碳有害物质(例如炭黑、CO等)在氧化剂的作用下发生反应生成CO2,采用“热化学消除”的方式快速脱除烟气中大部分的含碳有害物质,并且利用燃烧后的高温气体预先对二次燃烧中需要的低温氧化气体进行预热,实现了热量的合理利用,同时还实现了对高温气体的初步降温。在喷水除尘降温模块中,对燃烧后的火灾烟气中残留的少量炭黑等悬浮颗粒物进行消除,降低了烟气对火场逃生和消防救援可视条件的影响,优化了疏散救援的条件。在有害气体脱除模块中,采用活性炭吸附烟气中的其余有害物质,完成对火灾烟气较为彻底的“净化”,再结合降温、干燥等技术手段,最终实现对烟气中炭黑、CO、HCN、HCl、NOx、SOx等有害物质进行有效的净化,使其达到可供人呼吸的最低标准,增加了被困人员的生命维持限度。由此,净化后的烟气可直接排入原系统,不仅有效处理了火灾烟气,避免了环境污染,还实现了“废物”的循环利用,使得高温有害的火灾烟气净化为可供人呼吸“绿色”气体成为了可能,可有效解决海底隧道、大型地下空间等场所通风排烟困难且建设维护成本高昂的技术瓶颈。

另外,根据本发明上述实施例的火灾烟气循环净化装置还可以具有如下附加的技术特征:

在本发明的一些实施例中,所述烟气二次燃烧模块还包括流量控制阀,所述流量控制阀设在所述空气预热仓的所述高温气体的进口端以及出口端。

在本发明的一些实施例中,所述高温气体流经所述空气预热器的外侧,所述低温氧化气体流经所述空气预热器的内侧。

在本发明的一些实施例中,所述烟气收集模块包括依次相连的烟气集流口、烟气导流管和烟气集流室,所述烟气集流室内设有第一轴流式风机,所述第一轴流式风机用以提供火灾烟气循环的机械动力。

在本发明的一些实施例中,所述喷水除尘降温模块包括喷淋式水幕发生器、循环式水泵和水箱,所述喷淋式水幕发生器设在所述循环式水泵的顶端,所述循环式水泵设在所述水箱中。

在本发明的一些实施例中,所述喷水除尘降温模块还包括气液分离板,所述气液分离板与所述有害气体脱除模块相连。

在本发明的一些实施例中,所述有害气体脱除模块包括活性炭吸附仓和一氧化碳净化仓,所述活性炭吸附仓与所述喷水除尘降温模块相连,所述活性吸附仓内设有活性炭吸附材料,所述一氧化碳净化仓内设有一氧化碳催化剂。

在本发明的一些实施例中,所述有害气体脱除模块还包括干燥仓,所述干燥仓设在所述活性炭吸附仓和所述一氧化碳净化仓之间,所述干燥仓内设有干燥剂。

在本发明的一些实施例中,所述害气体脱除模块还包括第二轴流式风机,所述第二轴流式风机用以提供火灾烟气循环的机械动力。

在本发明的再一个方面,本发明提出了一种采用以上实施例所述的装置进行净化火灾烟气的方法。根据本发明的实施例,所述方法包括:

(1)使火灾烟气进入烟气收集模块;

(2)使所述火灾烟气进入烟气二次燃烧模块,所述火灾烟气在燃烧发生器的作用下在烟气混燃室内进行二次燃烧,燃烧后的高温气体进入空气预热仓中对低温氧化气体进行预热,预热后的所述氧化气体供给至所述烟气混燃室;

(3)使经过所述空气预热仓降温的混合气体进入喷水除尘降温模块,以便除去所述混合气体中的固体颗粒,且对所述混合气体进一步降温;

(4)使经过除尘降温的所述混合气体进入有害气体脱除模块,以便除去所述混合气体中的有害气体。

根据本发明实施例的净化火灾烟气的方法,与传统“消烟”技术不同,本发明方法对火灾烟气“就地治理”,火灾烟气在烟气二次燃烧模块中进行二次燃烧,火灾烟气中的含碳有害物质(例如C、CO等)在氧化剂的作用下发生反应生成CO2,采用“热化学消除”的方式快速脱除烟气中大量的含碳有害物质,并且利用燃烧后的高温气体预先对二次燃烧中需要的低温氧化气体进行预热,实现了热量的合理利用,同时还实现了对高温气体的初步降温。在喷水除尘降温模块中,对燃烧后的火灾烟气中的炭黑等悬浮颗粒物进行消除,降低了烟气对火场逃生和消防救援可视条件的影响,优化了疏散救援的条件。在有害气体脱除模块中,采用活性炭吸附烟气中的其余有害物质,完成对火灾烟气较为彻底的“净化”,再结合降温、干燥等技术手段,最终实现对烟气中炭黑、CO、HCN、HCl、NOx、SOx等有害物质进行有效的净化,使其达到可供人呼吸的最低标准,增加了被困人员的生命维持限度。由此,净化后的烟气可直接排入原系统,不仅有效处理了火灾烟气,避免了环境污染,还实现了“废物”的循环利用,使得高温有害的火灾烟气净化为可供人呼吸“绿色”气体成为了可能,可有效解决海底隧道、大型地下空间等场所通风排烟困难且建设维护成本高昂的技术瓶颈。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:

图1是根据本发明一个实施例的火灾烟气循环净化装置结构示意图;

图2是根据本发明一个实施例的轴流式风机的结构示意图;

图3是根据本发明一个实施例的进行净化火灾烟气的方法流程图;

其中,1-烟气收集模块,2-烟气二次燃烧模块,3-喷水除尘降温模块,4-有害气体脱除模块,1-1-烟气集流口,1-2-烟气导流管,1-3-烟气集流室,2-1-烟气混燃室,2-2-燃烧发生器,2-3-空气预热仓,2-4-空气预热器,2-5-氧化气体管阀,2-6-流量控制阀,2-7-注气阀,2-8-第一圆台形导流通道,2-9-第二圆台形导流通道,3-1-喷淋式水幕发生器,3-2-循环式水泵,3-3-水箱,3-4-气液分离板,4-1-活性炭吸附仓,4-2-干燥仓,4-3-一氧化碳净化仓。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“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发明和简化描述,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发明的限制。

在本发明中,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发明中的具体含义。

在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的一个方面,本发明提出了一种火灾烟气循环净化装置。根据本发明的实施例,参考附图1,该装置包括:依次相连的烟气收集模块1、烟气二次燃烧模块2、喷水除尘降温模块3和有害气体脱除模块4。作为一个具体示例,所述烟气收集模块1、烟气二次燃烧模块2、喷水除尘降温模块3和有害气体脱除模块4之间分别通过连接盘相连。

在本发明的实施例中,参考附图1,所述烟气收集模块1包括依次相连的烟气集流口1-1、烟气导流管1-2和烟气集流室1-3,所述烟气集流口1-1为烟气收集进风口,所述烟气集流室1-3内设有第一轴流式风机,所述第一轴流式风机用以提供火灾烟气循环的机械动力。作为一个具体示例,所述烟气导流管1-2为直管和弯管组成的连接体,其直管部分用于烟气的稳流,弯管部分用于烟气的导向。作为再一个具体示例,所述第一轴流式风机安装于烟气集流室1-3内,可根据需要设置一个或多个,设置多个时需串联使用,轴流式风机的具体结构如附图2所示。

在本发明的实施例中,参考附图1,所述烟气二次燃烧模块2通过热化学方式消除火灾烟气中的大部分含碳有害物质并初步冷却反应后的混合气体,具体结构功能描述如下:所述烟气二次燃烧模块2包括烟气混燃室2-1、燃烧发生器2-2、空气预热仓2-3和氧化气体管阀2-5,所述烟气收集模块1、所述烟气混燃室2-1和所述空气预热仓2-3依次相连。所述燃烧发生器2-2的点火部分设在所述烟气混燃室2-1的内侧,所述燃烧发生器2-2的燃料部分及点火控制部分设在所述烟气混燃室2-1的外侧,所述空气预热仓2-3内设有空气预热器2-4,所述空气预热器2-4用于将在所述烟气混燃室2-1内燃烧后的高温气体和低温氧化气体进行换热,所述氧化气体管阀2-5连接在所述烟气混燃室2-1和所述空气预热仓2-3之间,所述氧化气体管阀2-5用于将经过预热的氧化气体从所述空气预热仓2-3传输至所述烟气混燃室2-1。所述烟气混燃室2-1提供了火灾烟气与热空气氧化反应的场所,所述燃烧发生器2-2通过手动或自动控制,提供了火灾烟气二次燃烧的初始点火能与外热源。进入烟气混燃室2-1中的火灾烟气与燃烧发生器2-2提供的燃料混合,在点火部分的作用下发生二次燃烧,二次燃烧的发生由燃烧发生器2-2提供点火能,该装置燃料为乙醇,可提供1000 ℃的瞬间高温,燃烧后的高温气体进入空气预热仓2-3中,对低温氧化气体进行预热,低温氧化气体通过注气阀2-7进入空气预热仓2-3中,进入空气预热仓2-3中的高温气体与进入空气预热器2-4内的低温氧化气体持续换热,使作为氧化剂的气体在注入烟气混燃室2-1前的初始温度不断升高,最高加热至650 ℃(高于0.101325 Mpa下CO在空气中的最低燃点630 ℃),预热后的所述氧化气体供给至所述烟气混燃室2-1,与进入烟气混燃室2-1中的火灾烟气混合,形成高温混合气体,具有较高能量的高温混合气体可不借助外热源在烟气混燃室2-1内持续燃烧,直至耗尽烟气中的一氧化碳,从而对烟气中的一氧化碳进行了较为彻底的脱除。同时实现了对高温气体的初步降温。

根据本发明的一个具体实施例,参考附图1,所述烟气二次燃烧模块2还包括流量控制阀2-6,所述流量控制阀2-6设在所述空气预热仓2-3的所述高温气体的进口端以及出口端。作为一个具体示例,所述流量控制阀2-6为一个圆环柱外壳与多个(例如8个)可伸缩式圆盘状薄片组成的阀门,手动或自动操作,用于控制烟气混燃室2-1与空气预热仓2-3之间气体的传质速率。

根据本发明的再一个具体实施例,参考附图1,所述高温气体流经所述空气预热器2-4的外侧,所述低温氧化气体流经所述空气预热器2-4的内侧,由此,更加充分地、有方向性地把低温氧化气体由注气阀2-7进入空气预热器2-4中,与空气预热器2-4外侧的高温气体完成热量交换,预热后的氧化气体经氧化气体管阀2-5传送至所述烟气混燃室2-1。

在本发明的实施例中,参考附图1,所述喷水除尘降温模块3通过流体喷淋形式完成烟气二次燃烧后的降温与除尘,包括喷淋式水幕发生器3-1、循环式水泵3-2和水箱3-3,所述喷淋式水幕发生器3-1设在所述循环式水泵3-2的顶端,所述循环式水泵3-2设在所述水箱3-3中。所述喷淋式水幕发生器3-1由带孔喷淋管和连接管组成,用于制造烟气除尘降温的水幕。所述循环式水泵3-2用于提供流体喷淋的持续动力;所述水箱3-3提供喷淋介质的容器。通过喷淋式水幕发生器3-1喷洒的冷却液体与热烟气接触换热实现热烟气的进一步降温,同时,依靠喷洒流体的表面活性,通过喷淋流体、空气、烟粒界面张力实现对烟气中有害颗粒的捕捉并使其沉降,从而实现了除尘的效果。喷淋的流体置于水箱3-3内,通过循环式水泵3-2提供动力,使其输送至带有孔喷管的喷淋式水幕发生器3-1完成流体喷淋。喷淋的流体应考虑烟气成分,综合表面活性、界面流变性、耐高温性等因素选择清水介质或加入适当的表面活性剂。

根据本发明的又一个具体实施例,参考附图1,所述喷水除尘降温模块3还包括气液分离板3-4,所述气液分离板3-4与所述有害气体脱除模块4相连,用于分离烟气除尘降温后剩余成分夹杂中的大部分液体。作为一个具体示例,所述气液分离板3-4为百叶窗形式布局。

在本发明的实施例中,参考附图1,所述有害气体脱除模块4包括活性炭吸附仓4-1和一氧化碳净化仓4-3,所述活性炭吸附仓4-1与所述喷水除尘降温模块3相连,所述活性吸附仓内设有活性炭吸附材料,例如以活性炭为主的椰壳式吸附材料,以充分脱除烟气剩余成分当中的HCN、HCl、NOx和SOx等有害物质。所述一氧化碳净化仓4-3内设有一氧化碳催化剂,对烟气中剩余少量的CO进行催化氧化以确保充分脱除,催化剂采用霍加拉特型催化剂,四相催化介质,分别为30wt%的氧化铜、50wt%的二氧化锰、15wt%的三氧化二钴与5wt%的氧化银,可将CO浓度降至10 ppm以下。催化氧化CO的主体反应为:CO + Mn4+→ CO+ + Mn3+;Cu2 + + Mn3+ ⇌ Cu+ + Mn4+;1/2O2 + Cu+ → O- + Cu2+;CO+ + O- → CO2

需要指出的是该催化剂遇水失效,因此需在使用前充分干燥待催化氧化的混合气体。经活性炭吸附和霍加拉特催化剂处理过的烟气达到供人呼吸的最低标准,可直接排放,较长时间内不会对人体造成伤害。

需要说明的是,上述活性炭吸附仓4-1和一氧化碳净化仓4-3的个数不受特别限制,本领域人员可根据实际需要随意设置,只要能确保HCN、HCl、NOx、SOx和CO等有害气体的充分脱除即可。

根据本发明的又一个具体实施例,参考附图1,所述有害气体脱除模块4还包括干燥仓4-2,所述干燥仓4-2设在所述活性炭吸附仓4-1和所述一氧化碳净化仓4-3之间,所述干燥仓4-2内设有干燥剂,用于除去烟气剩余成分当中的水蒸气。需要说明的是,上述干燥仓4-2的个数不受特别限制,本领域人员可根据实际需要随意设置。

根据本发明的又一个具体实施例,参考附图1,所述害气体脱除模块还包括第二轴流式风机,所述第二轴流式风机用以提供火灾烟气循环的机械动力。作为一个具体示例,所述第二轴流式风机设在所述干燥仓4-2内,第二轴流式风机的个数也不受特别限制,本领域人员可根据实际需要随意设置。

需要说明的是,本发明的火灾烟气的收集与循环的动力来源为机械动力,由组合式负压通风方式实现,具体为分别在烟气集流室1-3及干燥仓4-2内设置的轴流式风机。

根据本发明实施例的火灾烟气循环净化装置,与传统“消烟”技术不同,本发明装置对火灾烟气“就地治理”,火灾烟气在烟气二次燃烧模块2中进行二次燃烧,火灾烟气中的含碳有害物质(例如炭黑、CO等)在氧化剂的作用下发生反应生成CO2,采用“热化学消除”的方式快速脱除烟气中大部分的含碳有害物质,并且利用燃烧后的高温气体预先对二次燃烧中需要的低温氧化气体进行预热,实现了热量的合理利用,同时还实现了对高温气体的初步降温。在喷水除尘降温模块3中,对燃烧后的火灾烟气中残留的少量炭黑等悬浮颗粒物进行消除,降低了烟气对火场逃生和消防救援可视条件的影响,优化了疏散救援的条件。在有害气体脱除模块4中,采用活性炭吸附烟气中的其余有害物质,完成对火灾烟气较为彻底的“净化”,再结合降温、干燥等技术手段,最终实现对烟气中炭黑、CO、HCN、HCl、NOx、SOx等有害物质进行有效的净化,使其达到可供人呼吸的最低标准,增加了被困人员的生命维持限度。由此,净化后的烟气可直接排入原系统,不仅有效处理了火灾烟气,避免了环境污染,还实现了“废物”的循环利用,使得高温有害的火灾烟气净化为可供人呼吸“绿色”气体成为了可能,可有效解决海底隧道、大型地下空间等场所通风排烟困难且建设维护成本高昂的技术瓶颈。

在本发明的再一个方面,本发明提出了一种利用上述装置进行净化火灾烟气的方法。根据本发明的实施例,参考图3,该方法包括:

S100:使火灾烟气进入烟气收集模块

在该步骤中,通过轴流式风机产生负压,实现对火灾烟气的快速收集,使火灾烟气通过烟气集流口1-1依次进入烟气导流管1-2和烟气集流室1-3。

S200:使所述火灾烟气进入烟气二次燃烧模块,所述火灾烟气在燃烧发生器的作用下在烟气混燃室内进行二次燃烧,燃烧后的高温混合气体进入空气预热仓中对低温氧化气体进行预热,预热后的所述氧化气体供给至所述烟气混燃室

在该步骤中,使所述火灾烟气进入烟气二次燃烧模块2,所述火灾烟气在燃烧发生器2-2的作用下在烟气混燃室2-1内进行二次燃烧,火灾烟气中的含碳有害物质(例如炭黑、CO等)在氧化剂的作用下发生反应生成CO2,采用“热化学消除”的方式快速脱除烟气中大部分的含碳有害物质。燃烧后的高温气体进入空气预热仓2-3中对低温氧化气体进行预热,预热后的所述氧化气体供给至所述烟气混燃室2-1,与进入烟气混燃室2-1中的火灾烟气混合,形成高温混合气体,具有较高能量的高温混合气体可不借助外热源在烟气混燃室2-1内持续燃烧,直至耗尽烟气中的一氧化碳,从而对烟气中的一氧化碳进行了较为彻底的脱除。进入空气预热仓2-3中的高温气体与进入空气预热器2-4内的低温氧化气体持续换热,同时实现了对高温气体的初步降温。

S300:使经过所述空气预热仓降温的混合气体进入喷水除尘降温模块,以便除去所述混合气体中的固体颗粒,且对所述混合气体进一步降温

在该步骤中,使经过所述空气预热仓2-3降温的混合气体进入喷水除尘降温模块3,通过喷淋式水幕发生器3-1喷洒的冷却液体与热烟气接触换热实现热烟气的进一步降温,同时,依靠喷洒流体的表面活性,通过喷淋流体、空气、烟粒界面张力实现对烟气中有害颗粒的捕捉并使其沉降,从而实现了除尘的效果。进一步地,经过降温除尘的烟气通过气液分离板3-4,分离烟气除尘降温后剩余成分夹杂中的大部分液体。

S400:使经过除尘降温的所述混合气体进入有害气体脱除模块,以便除去所述混合气体中的有害气体

在该步骤中,使经过除尘降温的所述混合气体先进入活性炭吸附仓4-1,以充分脱除烟气剩余成分当中的HCN、HCl、NOx和SOx等有害物质。然后进入干燥剂,用于除去烟气剩余成分当中的水蒸气。最后进入一氧化碳净化仓4-3,CO在一氧化碳净化仓4-3内发生催化氧化反应,使烟气中剩余少量的CO充分脱除,可将CO浓度降至10 ppm以下。经活性炭吸附和霍加拉特催化剂处理过的烟气达到供人呼吸的最低标准,可直接排放,较长时间内不会对人体造成伤害。

根据本发明实施例的净化火灾烟气的方法,与传统“消烟”技术不同,本发明方法对火灾烟气“就地治理”,火灾烟气在烟气二次燃烧模块2中进行二次燃烧,火灾烟气中的含碳有害物质(例如C、CO等)在氧化剂的作用下发生反应生成CO2,采用“热化学消除”的方式快速脱除烟气中大量的含碳有害物质,并且利用燃烧后的高温混合气体预先对二次燃烧中需要的低温氧化气体进行预热,实现了热量的合理利用,同时还实现了对高温混合气体的初步降温。在喷水除尘降温模块3中,对燃烧后的火灾烟气中的炭黑等悬浮颗粒物进行消除,降低了烟气对火场逃生和消防救援可视条件的影响,优化了疏散救援的条件。在有害气体脱除模块4中,采用活性炭吸附烟气中的其余有害物质,完成对火灾烟气较为彻底的“净化”,再结合降温、干燥等技术手段,最终实现对烟气中炭黑、CO、HCN、HCl、NOx、SOx等有害物质进行有效的净化,使其达到可供人呼吸的最低标准,增加了被困人员的生命维持限度。由此,净化后的烟气可直接排入原系统,不仅有效处理了火灾烟气,避免了环境污染,还实现了“废物”的循环利用,使得高温有害的火灾烟气净化为可供人呼吸“绿色”气体成为了可能,可有效解决海底隧道、大型地下空间等场所通风排烟困难且建设维护成本高昂的技术瓶颈。

下面详细描述本发明的实施例,需要说明的是下面描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。另外,如果没有明确说明,在下面的实施例中所采用的所有试剂均为市场上可以购得的,或者可以按照本文或已知的方法合成的,对于没有列出的反应条件,也均为本领域技术人员容易获得的。

实施例1

一种火灾烟气循环净化装置,基本状态下(基本功能单元连接,无附加功能模块,两台轴流式风机工作)的主要参数描述如下:

组合方式:模块化编组;

设备总重量:1500 kg;

设备安装尺寸:9500×2500×2500mm;

设备安装形式:卧式、立式;

设备总功率:80 kW;

烟气处理量:8000 m3/h;

空预器最高加热温度:650 ℃;

新风流量:3000 m3/h;

水箱容量:600 m3

出口气体温度:50-60 ℃;

出口气体CO浓度:≤10 ppm。

上述火灾烟气循环净化装置由烟气收集模块1、烟气二次燃烧模块2、喷水除尘降温模块3和有害气体脱除模块4组成,整体呈“U”形,较长的“U”形底部总长9500 mm。其整体结构如图1所示。

具体地,所述烟气收集模块1通过机械方式收集火灾产生的烟气,具体结构功能描述如下:所述烟气集流口1-1为烟气收集进风口,包括1000×1000mm的正方形底面,600×600mm的正方形顶面,高为310 mm的平截头体,其底面连有∅1160×40mm的连接盘;所述烟气导流管1-2为由∅550×950mm的直管与∅550mm的90°弯管组成的连接体,其直管部分用于烟气的稳流,弯管部分用于烟气的导向;所述烟气集流室1-3为∅550×580mm的圆柱形仓段,提供烟气收集的储存空间;第一轴流式风机安装于烟气集流室1-3内,提供烟气收集的机械动力。

所述烟气二次燃烧模块2通过热化学方式消除火灾烟气中的大部分含碳有害物质并冷却反应后的混合气体,总长1800 mm。具体结构功能描述如下:所述烟气混燃室2-1为∅800×750的圆柱形仓段,提供烟气与热空气氧化反应的场所;所述空气预热仓2-3为∅800×450的仓段;所述燃烧发生器2-2,其点火部分置于烟气混燃室2-1内,燃料部分及点火控制部分置于烟气混燃室2-1外,手动或自动控制,提供烟气二次燃烧的初始点火能与外热源;所述空气预热器2-4置于空气预热仓2-3内;所述注气阀2-7设在空气预热仓2-3上,提供外部空气注入接口;所述流量控制阀2-6为∅750×40-∅740×40的圆环柱外壳与8个最大半径为R370的1/8可伸缩式圆盘状薄片组成的阀门,手动或自动操作,用于控制烟气混燃室2-1与空气预热仓2-3之间气体的传质速率;所述氧化气体管阀2-5由分布安装在烟气混燃室2-1与空气预热仓2-3的阀门和连接管组成,作为烟气二次燃烧预热阶段热空气从空气预热仓2-3至烟气混燃室2-1单向传递的通道;第一圆台形导流通道2-8和第二圆台形导流通道2-9分别置于烟气混燃室2-1与空气预热仓2-3的端部,长度均为300 mm,用于连接处烟气导流。

喷水除尘降温模块3,通过流体喷淋形式完成烟气二次燃烧后的降温与除尘,总长2300 mm。具体结构功能描述如下:所述喷淋式水幕发生器3-1由带孔喷淋管和连接管组成,连接于循环式水泵3-2顶部,用于制造烟气除尘降温的水幕;所述循环式水泵3-2用于提供流体喷淋的持续动力;所述水箱3-3提供喷淋介质的容器;所述液气分离装置为百叶窗形式布局,用于分离烟气除尘降温后剩余成分中的大部分液体。

所述有害气体脱除模块4为“L”形,较长端总长4020 mm。具体结构功能描述如下:所述活性炭吸附仓4-1为1个∅500×400吸附仓段与2个∅500×300吸附仓段的串联结构,仓段间距60 mm,其中所述∅500×400吸附仓段为第一活性吸附层,所述2个∅500×300吸附仓段即为第二活性吸附层,各吸附仓段内均装有以活性炭为主的椰壳式吸附材料,采用多级吸附模式以充分脱除烟气剩余成分当中的HCN、HCl、NOx和SOx等有害物质;所述干燥仓4-2为由1个∅500×200仓段、1个∅550×580仓段、1个∅550×200仓段与1个∅550×580仓段间隔放置构成的组合体,其中所述∅500×200与∅550×200仓段内置有干燥剂,所述2个∅550×580仓段置有第二轴流式风机,1备1用或视火情同时开启,以提供烟气循环净化的机械动力;所述一氧化碳净化仓4-3包括两个间隔100 mm的∅550×500仓段,每个仓段均装有一氧化碳催化剂,包括30wt%的氧化铜、50wt%的二氧化锰、15wt%的三氧化二钴与5wt%的氧化银,对烟气中剩余少量的CO进行催化氧化以确保充分脱除。

火灾发生后,通过上述火灾烟气循环装置对火灾烟气的净化与循环利用,需要以下步骤:

S1.火灾发生并确认火情后,在烟气达到装置前启动装置,此时,装置所有阀门均处于开启状态,第一轴流式风机与第二轴流式风机同时启动,整个装置开始进气,同步检查装置通风是否正常;

S2.启动空气预热仓2-3内的空气预热器2-4与喷水除尘降温模块3的循环式水泵3-2,空气预热器2-4开始从注气阀2-7引入新鲜空气,水箱3-3内的液体持续输运至喷淋式水幕发生器3-1并开始制造除尘降温水幕;

S3.当检测到火灾烟气到达装置附近时,暂时关闭空气预热仓2-3两端的流量控制阀2-6与氧化气体管阀2-5。待烟气混燃室2-1与空气预热仓2-3形成一定压力差后,开启氧化气体管阀2-5,含氧空气通过氧化气体管阀2-5从空气预热器2-4向烟气混燃室2-1单向输运,以持续提供烟气二次燃烧所需氧化剂;

S4.此时火灾烟气在机械动力下从烟气集流口1-1进入装置,经烟气导流管1-2到达烟气集流室1-3,通过第一轴流式风机进入烟气二次燃烧模块2,进入烟气混燃室2-1与事先注入的空气混合;

S5.启动燃烧发生器2-2,烟气与空气组成的混合气体在1000 ℃的高温下二次燃烧。当出现明显燃烧现象时,开启空气预热仓2-3左侧流量控制阀。燃烧后的高温烟气通过空气预热器2-4的换热元件与其中的空气换热,使空气预热器2-4内的空气通过热循环不断加热;

S6.在空气预热器2-4的不断加热下,注入烟气混燃室2-1的热空气的初始温度不断升高,混合气体初始能量不断增加,直至不需要借助外热源即可自发燃烧的状态。此时打开空气预热仓2-3右侧流量控制阀,同时关闭燃烧发生器2-2;

S7.此时,通入烟气混燃室2-1的烟气与注入的高温热空气自发稳定燃烧,产生等温烟气,同时维持高温烟气与热空气的换热平衡,烟气的二次燃烧维持相对稳定的状态;

S8.二次燃烧后的烟气以空气预热器2-4中新鲜风流作为冷却剂,通过换热元件与相对低温的空气充分换热,实现初步降温,而后在动力干燥仓4-2提供的机械动力下进入喷水除尘降温模块3,与喷淋式水幕发生器3-1喷洒的流体二次换热,进一步降低其温度。与此同时,含有表面活性剂的流体拥有相对于清水介质更低的界面张力,可高效捕捉烟气中的的固体颗粒并使其沉降,使烟气中的固体杂质大幅减少;

S9.除尘降温后的湿烟气通过百叶窗形的气液分离板3-4阻碍液相的伴随流动,后者在重力的作用下沿气液分离板3-4斜面滴入水箱3-3,并再次通过循环式水泵3-2打入喷淋式水幕发生器3-1,成为除尘降温水幕;

S10.湿烟气分离后的气相部分进入有害气体脱除模块4,经活性吸附仓二级三层活性炭材料吸附后,充分脱除含有的HCN、HCl、NOx、SOx等有害成分,并在动力干燥仓4-2充分干燥后进入一氧化碳净化仓4-3,在2层霍加拉特型催化剂中催化氧化,较为彻底地脱除气体中剩余的少量CO;

S11.此时,火灾烟气完成净化的全流程,达到可供人呼吸的最低标准,最后,将处理后的烟气排出,实现系统内部自循环。

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发明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。

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

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