CN105716097B - 一种综合废气浓缩催化燃烧一体化设备 - Google Patents

一种综合废气浓缩催化燃烧一体化设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种综合废气浓缩催化燃烧一体化设备，利用吸附材料对大风量低浓度的废气进行浓缩，转换为小风量高浓度废气，从而大大降低处理风量，节省处理成本；浓缩出来的高浓度废气进入催化燃烧室进行无火焰燃烧，可以降低燃烧温度，节约能源；燃烧产生的气体以二氧化碳和水蒸气为主，无需二次处理。整套系统包括废气浓缩装置、废气催化燃烧装置、以及PLC控制操作系统。废气浓缩装置包括多个浓缩分室腔，每个分室腔通过分室阀控制，独立工作；催化燃烧过程中依次解析，实现废气的在线处理；催化燃烧装置主要包括废气预热装置、催化燃烧装置和解析气体混合装置；PLC控制操作系统对设备进行实时控制，操作简单减少误操作。

Description

一种综合废气浓缩催化燃烧一体化设备
技术领域
本发明涉及环境废气治理技术领域，特别涉及一种专注于工业有机废气的处理设备。
背景技术
在人类日常生活或生产过程中，伴随着有害或有味气体的产生，对环境造成不利的影响。废气治理的技术发展，实现绿色生活和生产，对地球的生态环境的保护至关重要。
废气成份按照大类主要为有机废气和无机废气；在处理时要分别处理。
有机废气处理方法：生活或生产产生的有机废气，其分子成分主要是碳氢分子物质，最彻底的处理方法是氧化燃烧法。由于废气浓度不一样，按照废气浓度分为：低浓度1000mg/m3以下、高浓度1000mg/m3～10000mg/m3、超高浓度10000mg/m3以上，在废气浓度较低的情况下，直接燃烧成本非常高，不符合节能治理的原则。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种综合废气浓缩催化燃烧一体化设备，先对废气中的有机物进行浓缩，将大风量低浓度的废气转换成小风量高浓度的废气，大大降低废气处理量，浓缩产生的高浓度废气再通过催化燃烧，产生成分以二氧化碳和水蒸气为主，无需二次处理，催化燃烧可以使废气在较低温度进行无火焰燃烧，不影响燃烧效率的同时降低燃烧温度，从而避免热量损耗。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种综合废气浓缩催化燃烧一体化设备，包括：吸附浓缩装置、解析气产生装置和催化燃烧装置；
所述吸附浓缩装置内设置有能够吸附废气中有机物的浓缩滤芯；所述吸附浓缩装置开设有吸附入口、吸附出口、解析入口和解析出口，且各个出入口的管路均安装有开关阀；
所述解析气产生装置的出气口连通于所述吸附浓缩装置的解析入口；
所述吸附浓缩装置的解析出口连通于所述催化燃烧装置的进气口。
优选的，还包括废气预热装置，其进气口连通于所述吸附浓缩装置的解析出口，出气口连通于所述催化燃烧装置的进气口。
优选的，还包括设置在所述催化燃烧装置处的燃烧室温度检测器；
所述燃烧室温度检测器通讯连接于所述废气预热装置，所述废气预热装置能够在所述燃烧室温度检测器的检测温度低于第一预设值的情况下对废气进行预热，所述废气预热装置能够在所述燃烧室温度检测器的检测温度高于第二预设值的情况下降低输出温度或者停止预热，所述第一预设值小于所述第二预设值。
优选的，所述解析气产生装置包括气体混合室；
所述气体混合室的进气口连通有热气管路和空气管路，出气口连通于所述吸附浓缩装置的解析入口
所述热气管路连通于所述催化燃烧装置的出气口，且设置有高温调节阀。
优选的，所述解析气产生装置还包括设置在所述气体混合室出气口的解析气体温度检测器；
所述气体混合室进气口的空气管路设置有空气气动阀；
所述解析气体温度检测器通讯连接于所述空气气动阀，所述空气气动阀能够在所述解析气体温度检测器的检测温度高于第三预设值的情况下打开，所述空气气动阀能够在所述解析气体温度检测器的检测温度低于第四预设值的情况下关闭，所述第三预设值大于所述第四预设值。
优选的，所述解析气产生装置还包括空气初效过滤器，设置在所述气体混合室空气管路的进气口。
优选的，所述吸附浓缩装置包括多个能够独立吸附或者解析的浓缩分室腔，每个所述浓缩分室腔内均设置有所述浓缩滤芯。
优选的，所述开关阀由气缸带动阀门推杆工作。
优选的，所述浓缩滤芯采用活性炭纤维滤芯或炭纤维无机复合材料滤芯。
从上述的技术方案可以看出，本发明提供的综合废气浓缩催化燃烧一体化设备，先对废气中的有机物进行浓缩，将大风量低浓度的废气转换成小风量高浓度的废气，大大降低废气处理量，浓缩产生的高浓度废气再通过催化燃烧，产生成分以二氧化碳和水蒸气为主，无需二次处理，催化燃烧可以使废气在较低温度进行无火焰燃烧，不影响燃烧效率的同时降低燃烧温度，从而避免热量损耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的综合废气浓缩催化燃烧一体化设备的流程图；
图2为本发明实施例提供的综合废气浓缩催化燃烧一体化设备的原理图。
其中，1-二级过滤器；2-吸附入口分室阀；3-清灰手阀；4-浓缩分室腔；5-解析出口分室阀；6-解析风机；7-废气预热装置；8-催化燃烧装置；9-燃烧室温度检测器；10-高温调节阀；11-空气手动调节阀；12-空气初效过滤器；13-空气气动阀；14-气体混合室；15-解析气体温度检测器；16-解析入口分室阀；17-吸附分室出口阀；18-总风管增压风机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供的综合废气浓缩催化燃烧一体化设备，其核心改进点在于，包括：吸附浓缩装置、解析气产生装置和催化燃烧装置8；
吸附浓缩装置内设置有能够吸附废气中有机物的浓缩滤芯；吸附浓缩装置开设有吸附入口、吸附出口、解析入口和解析出口，且各个出入口的管路均安装有开关阀，能够截断和导通上述出入口管路；
解析气产生装置的出气口连通于吸附浓缩装置的解析入口；
吸附浓缩装置的解析出口连通于催化燃烧装置8的进气口。
请参照图1所示：在废气浓缩阶段时，吸附入口和吸附出口的开关阀打开，解析入口和解析出口的开关阀关闭，废气进入吸附浓缩装置，其中的有机化合物与浓缩滤芯产生物理作用，吸附在滤芯表面，随着有机化合物的增加，浓缩滤芯逐渐达到饱和状态，当浓缩滤芯达到浓缩饱和状态时，此腔室便进入解析+催化燃烧阶段；
在废气解析+催化燃烧阶段，吸附浓缩装置吸附入口和吸附出口的开关阀关闭，解析入口和解析出口的开关阀打开，由解析气产生装置得到需要的废气解析气体，该解析气体再通过解析入口进入吸附浓缩装置，随着解析气体的作用，浓缩材料表面的有机化合物被解析气体解析掉，解析得到高浓度的解析废气，解析废气通过解析出口进入催化燃烧装置8，在其内部进行无火焰燃烧，燃烧产生二氧化碳和水蒸气的高温混合气体。
按照废气处理方法分类，目前主要包括：吸附法、吸收法、生物法、氧化法、燃烧法。本方案采用复合技术，先对废气中的有机物进行浓缩，使低浓度大风量的废气转换为高浓度小风量的废气，浓缩之后的高浓度废气可以在催化剂的作用下进行无火焰燃烧，同时自身燃烧产生的温度可以满足燃烧温度，无需再外部预热，催化燃烧生成CO2和H2O，化学方程式如下：
需要说明的是，吸附浓缩装置的吸附入口、吸附出口、解析入口和解析出口，是从功能上的划分，在其实际结构中并非必须具有四个口，可以只有气体的入口和出口，通过相应阀体的切换功能实现上述功能，即此时吸附入口和解析入口共用一个气体入口，吸附出口和解析出口共用一个气体处口；还可以根据需要将气体的出口和入口颠倒过来，比如需要反吹清洁的时候。
本发明实施例提供的综合废气浓缩催化燃烧一体化设备，还包括废气预热装置7，其进气口连通于吸附浓缩装置的解析出口，出气口连通于催化燃烧装置8的进气口。即采用预热装置7对废气在初始催化燃烧前对其进行预热，使其温度加热至适宜的催化燃烧温度进入催化燃烧装置8，从而实现完全燃烧和提高处理效率。具体的，在本方案中将解析风机6设置在吸附浓缩装置的解析出口和废气预热装置7的进气口之间。
为了进一步优化上述的技术方案，本设备还包括设置在催化燃烧装置8处的燃烧室温度检测器9，以便于控制催化燃烧装置8内部温度；
上述燃烧室温度检测器9通讯连接于废气预热装置7，该废气预热装置7能够在燃烧室温度检测器9的检测温度低于第一预设值的情况下对废气进行预热，废气预热装置7能够在燃烧室温度检测器9的检测温度高于第二预设值的情况下降低输出温度或者停止预热，上述第一预设值小于第二预设值。
具体的，催化燃烧装置8内部温度控制在350℃-550℃以内，当温度低于350℃(即第一预设值)时，预热装置7对废气进行预热；当温度高于550℃(即第二预设值)时，降低预热装置7的输出温度甚至停止工作不再预热，使催化燃烧室8的温度满足工作要求。
适宜的条件会提高废气的解析效率，从而提高整个设备的处理效果。因此，在本方案中采用常温空气和燃烧后的高温气体混合的方式得到解析气体。
具体的，解析气产生装置包括气体混合室14；
气体混合室14的进气口连通有热气管路和空气管路，出气口连通于吸附浓缩装置的解析入口；高温气体和常温空气在气体混合室14内部混合降温，得到需要的废气解析气体；回收利用了燃烧尾气的热量，降低了设备能耗；
热气管路连通于催化燃烧装置8的出气口，且设置有高温调节阀10；通过高温调节阀10调节控制进入气体混合室14的高温气体的风量。催化燃烧装置8的出气口同时还连通于废气出口，以便于将无用的尾气排出。废气吸附浓缩装置和废气催化燃烧装置8的气体出口均通过换向阀开关连接于排气管路。排气管总路设有废气浓度检测，确保处理之后的废气符合排放标准。
为了进一步优化上述的技术方案，解析气产生装置还包括设置在气体混合室14出气口的解析气体温度检测器15，其结构可以参照图1所示；
气体混合室14进气口的空气管路设置有空气气动阀13；
上述解析气体温度检测器15通讯连接于空气气动阀13，该空气气动阀13能够在解析气体温度检测器15的检测温度高于第三预设值的情况下打开，空气气动阀13能够在解析气体温度检测器15的检测温度低于第四预设值的情况下关闭，上述第三预设值大于第四预设值。作为优选，气体混合室14进气口的空气管路同时还设置有空气手动调节阀11，可以配合使用。气体混合室14取部分高温气体与常温空气混合得到解析所需气体，高温气体流量通过高温手动调节阀10控制，空气流量通过空气手动调节阀11和空气气动调节阀13配合控制，手动流量阀固定气体输入量，气动阀间歇性开关保证气体混合室14出口温度在要求范围内。
具体的，解析气体的最佳温度在110℃-130℃范围内，因此解析气体温度检测器15，当解析气体温度高于130℃(即第三预设值)时，空气气动阀13打开，当解析气体温度低于110℃(即第四预设值)时，关闭空气气动阀13，以此保证解析气体的温度在工作要求范围内。
催化燃烧装置8和气体混合室14都设有温度检测，结合控制系统对装置的温度进行控制，使其在要求温度下工作。具体的，所述控制系统选用的PLC操作控制系统，操作简单，防止人工误操作发生。
作为优选，解析气产生装置还包括空气初效过滤器12，设置在气体混合室14空气管路的进气口，用于过滤设备外部的补寄空气进行初效过滤，避免颗粒物损害废气浓缩滤芯，从而影响废气浓缩滤芯的寿命。
为了进一步优化上述的技术方案，吸附浓缩装置包括多个能够独立吸附或者解析的浓缩分腔室4，每个浓缩分腔室4内均设置有浓缩滤芯。设备分室腔个数和每个分室腔安装浓缩滤芯个数根据设备总处理风量而定分室腔通过吸附分室阀和再生分室阀控制，即吸附入口分室阀2、解析出口分室阀5、解析入口分室阀16和吸附分室出口阀17，本领域技术人员能够知悉其具体结构和工作原理，在此不再赘述。
作为优选，本实施例中对分室腔结构进行了优化，根据处理风量要求，分多个腔室独立工作，即每个腔室可独立进行“废气浓缩+解析+催化燃烧”工作。同时，为了保证某个分室腔解析时不影响整台设备废气处理量，在设备起始工作时，每个腔室间隔一个小时开始工作，可以保证其中一个腔式解析再生时整个设备可以正常处理废气，实现设备在线进行浓缩+解析+催化燃烧工作，循环不间歇工作；如此设计可以使每个腔室依次解析，且解析时其他腔室可以正常工作，从而减小处理风量的变化和影响。
在本方案提供的具体实施例中，开关阀(即上述分室阀)由气缸带动阀门推杆工作。气缸+阀门推杆结构可以增加分室阀的使用寿命，延长维修周期。
废气吸附浓缩装置的浓缩材料选用可以吸附废气中有机物的各类吸附材料。作为优选，浓缩滤芯采用活性炭纤维滤芯或炭纤维无机复合材料滤芯。
催化燃烧装置8内部装有废气燃烧催化剂，使废气在较低温度下进行无火焰燃烧，可以降低催化燃烧温度。
为了进一步优化上述的技术方案，将吸附入口和吸附出口设计为联动，将解析入口和解析出口设计为联动，以提高处理效率和避免错误发生，具体可以通过机械式或者电子式结构实现；且吸附出入口和解析出入口互锁，保证在同一时间内只能进行吸附浓缩或者解析催化燃烧。
作为优选，还在吸附浓缩装置的底部设计清灰手阀3，以便于清理维护。
下面结合具体工作过程对本方案做进一步介绍：
在本方案提供的具体实施例中，请参考图2，图2为本发明实施例提供的综合废气浓缩催化燃烧一体化设备的原理图；在废气浓缩阶段时，吸附入口分室阀2和吸附出口分室阀17打开，解析出口分室阀5和解析入口分室阀16关闭，废气通过二级过滤器1过滤，进入浓缩分室腔4浓缩吸附，有机化合物与浓缩滤芯产生物理作用，吸附在滤芯表面，随着有机化合物的增加，浓缩滤芯逐渐达到饱和状态，当浓缩分室腔4的某个腔式内浓缩滤芯达到浓缩饱和状态时，此腔室便进入解析+催化燃烧阶段；
在废气解析+催化燃烧阶段，腔室的吸附入口分室阀2和吸附出口分室阀17关闭，解析出口分室阀5和解析入口分室阀16打开，解析风机6和废气预热装置7开始工作，起始工作时，预热装置7预热的高温气体经过催化燃烧室8不产生反应，通过高温手动调节阀10调节风量进入气体混合室14，同时，设备外部空气通过空气初效过滤器12过滤，经过空气手动调节阀11和气动阀13配合控制风量大小进入气体混合室14，高温气体和空气在气体混合室14内部混合降温，得到需要的废气解析气体，解析气体再通过解析入口分室阀16进入需要解析的分室腔，随着解析气体的作用，浓缩材料表面的有机化合物被解析气体解析掉，解析得到高浓度的解析废气，解吸废气通过解析出口分室阀5被解析风机6鼓入废气预热装置7，废气预热装置7将解吸废气预热至催化燃烧温度，预热之后的解吸废气进入催化燃烧装置8，在催化燃烧装置8内部进行无火焰燃烧，燃烧产生二氧化碳和水蒸气的高温混合气体，大部分高温混合气体与吸附排放管道汇合，通过增压风机18抽放排出，另外一小部分高温混合气体通过高温手动调节阀10进入气体混合室，再与过滤之后的空气混合产生新的解析气体，继续进行解析+催化燃烧反应，依次循环直至所有分室腔内的浓缩材料都解析完全，解析+催化燃烧阶段彻底完成，所有解析分室阀关闭，吸附分室阀打开，设备进入下一个完成的工作循环。
综上所述，本发明实施例提供了一种综合废气浓缩催化燃烧一体化设备，采用的是吸附材料浓缩和催化燃烧的综合技术，实现对有机废气进行处理的一体化设备，达到废气净化的目的。具体是一种利用吸附材料对大风量低浓度的废气进行浓缩，转换为小风量高浓度废气，从而大大降低处理风量，节省处理成本；浓缩出来的高浓度废气进入催化燃烧室进行无火焰燃烧，可以降低燃烧温度，节约能源；燃烧产生的气体以二氧化碳和水蒸气为主，无需二次处理。整套系统包括废气浓缩装置和废气催化燃烧装置。废气浓缩装置包括多个浓缩分室腔，每个分室腔通过分室阀控制，独立工作；催化燃烧过程中依次解析，实现废气的在线处理；催化燃烧装置主要包括废气预热室、催化燃烧室和解析气体混合室。该设备可以与其他处理方法配合使用，实现对废气中的有机物和无机物的综合治理。
整套系统包括多个独立浓缩分室腔，实现解析在线一体化工作，其主要包括废气吸附传送管道、吸附和解析分室阀装置、浓缩吸附滤芯、废气预热装置、催化燃烧装置、解析气体混合装置、在线监测装置以及自动化控制系统。其核心是利用废气浓缩材料对废气进行浓缩，并结合浓缩材料解析和废气催化燃烧技术，是整个设备在处理废气的同时实现废气浓缩+解析+催化燃烧一体化设计。其主要创新点有：
1、浓缩吸附材料选用可以吸附有机废气的各类吸附材料，同时材料具有解析再生能力，优选炭纤维无机复合材料或炭纤维材料滤芯；
2、通过浓缩将大风量低浓度的废气转换为小风量高浓度的废气，大大减小废气的处理量，降低处理成本；
3、催化燃烧阶段，预热装置只在起始阶段对解析废气进行预热，待反应稳定后可以降低预热功率或停止预热，同时，采用无火焰催化燃烧设计可以降低燃烧成本，最大限度节省能源；
4、废气浓缩装置采用多个浓缩分室腔结构，保证每个循环内只有一个腔室在进行解析过程，其他腔室对废气继续进行浓缩吸附，从而使整个设备持续进行“废气浓缩+解析+催化燃烧”过程，继而实现设备的一体化操作；
5、整个设备的分室腔和催化燃烧室均采用模块化设计，可根据具体处理风量、浓度变化等参数选择最优的分室腔个数和催化燃烧室大小进行组合，实现处理范围广、维修维护方便的目的。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种综合废气浓缩催化燃烧一体化设备，其特征在于，包括：吸附浓缩装置、解析气产生装置和催化燃烧装置(8)；
所述吸附浓缩装置内设置有能够吸附废气中有机物的浓缩滤芯；所述吸附浓缩装置开设有吸附入口、吸附出口、解析入口和解析出口，且各个出入口的管路均安装有开关阀；
所述解析气产生装置的出气口连通于所述吸附浓缩装置的解析入口；所述解析气产生装置包括气体混合室(14)；所述气体混合室(14)的进气口连通有热气管路和空气管路，出气口连通于所述吸附浓缩装置的解析入口；所述热气管路连通于所述催化燃烧装置(8)的出气口，且设置有高温调节阀(10)；所述解析气产生装置还包括设置在所述气体混合室(14)出气口的解析气体温度检测器(15)；所述气体混合室(14)进气口的空气管路设置有空气手动调节阀(11)和空气气动阀(13)；所述解析气体温度检测器(15)通讯连接于所述空气气动阀(13)，所述空气气动阀(13)能够在所述解析气体温度检测器(15)的检测温度高于第三预设值的情况下打开，所述空气气动阀(13)能够在所述解析气体温度检测器(15)的检测温度低于第四预设值的情况下关闭，所述第三预设值大于所述第四预设值；
所述吸附浓缩装置的解析出口连通于所述催化燃烧装置(8)的进气口；
所述综合废气浓缩催化燃烧一体化设备还包括废气预热装置(7)，其进气口连通于所述吸附浓缩装置的解析出口，出气口连通于所述催化燃烧装置(8)的进气口；
所述综合废气浓缩催化燃烧一体化设备还包括设置在所述催化燃烧装置(8)处的燃烧室温度检测器(9)；
所述燃烧室温度检测器(9)通讯连接于所述废气预热装置(7)，所述废气预热装置(7)能够在所述燃烧室温度检测器(9)的检测温度低于第一预设值的情况下对废气进行预热，所述废气预热装置(7)能够在所述燃烧室温度检测器(9)的检测温度高于第二预设值的情况下降低输出温度或者停止预热，所述第一预设值小于所述第二预设值。
2.根据权利要求1所述的综合废气浓缩催化燃烧一体化设备，其特征在于，所述解析气产生装置还包括空气初效过滤器(12)，设置在所述气体混合室(14)空气管路的进气口。
3.根据权利要求1-2任意一项所述的综合废气浓缩催化燃烧一体化设备，其特征在于，所述吸附浓缩装置包括多个能够独立吸附或者解析的浓缩分室腔(4)，每个所述浓缩分室腔(4)内均设置有所述浓缩滤芯。
4.根据权利要求1所述的综合废气浓缩催化燃烧一体化设备，其特征在于，所述开关阀由气缸带动阀门推杆工作。
5.根据权利要求1所述的综合废气浓缩催化燃烧一体化设备，其特征在于，所述浓缩滤芯采用活性炭纤维滤芯或炭纤维无机复合材料滤芯。
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