CN105903313A - 废气浓缩蓄热氧化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种废气浓缩蓄热氧化系统，涉及有机废气处理技术领域，包括沸石转轮系统和蓄热氧化系统，沸石转轮处理区、再生区和冷却区，蓄热氧化系统包括炉体和PLC控制系统，炉体内设有热氧化室和三个蓄热室，氧化室连接燃气管道且在氧化室设置燃烧器和燃烧器点火系统，沸石转轮系统包括废气风机，废气风机分别连接沸石转轮的冷却区和吸附区，沸石转轮的吸附区连接烟囱，沸石转轮的再生区和脱附区连接一个废气预热器，废气预热器连接热氧化室，脱附风机连接废气预热器和再生区，从热氧化室直接抽取高温烟气进入热换器，热氧化室的烟气温度较高，冷却区的废气与烟气换热后可对再生区直接进行脱附，充分利用了多余热量。

Description

废气浓缩蓄热氧化系统
技术领域
本发明涉及有机废气处理技术领域，具体涉及一种节省燃气，提高系统热量利用率的蓄热氧化系统。
背景技术
RTO，是一种高效有机废气治理设备。与传统的催化燃烧、直燃式热氧化炉(TO)相比，具有热效率高(≥95％)、运行成本低、能处理大风量低浓度废气等特点，浓度稍高时，还可进行二次余热回收，大大降低生产运营成本。
RTO(Regenerative Thermal Oxidizer,简称RTO),蓄热式氧化炉。其原理是在高温下将可燃废气氧化成对应的氧化物和水，从而净化废气，并回收废气分解时所释放出来的热量，废气分解效率达到99％以上，热回收效率达到95％以上。RTO主体结构由燃烧室、陶瓷填料床和切换阀等组成。根据客户实际需求，选择不同的热能回收方式和切换阀方式。
有机废气进入RTO设备前，需要进行预处理，一般采用沸石转轮对废气进行浓缩，从而降低成本，沸石转轮分为处理区、再生区和冷却区，转轮在各个区内连续运转，在再生区，需要高温对吸附在转轮的VOC等进行脱附，在此步骤中，需要大量的热量。
而现有的基于浓缩转轮的RTO废气处理系统，如授权公告号CN 103007682 B的专利公开的一种废气处理系统，对再生区通入需要通入大量热空气，造成能源浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种节省燃气，提升系统热利用率的废气蓄热处理系统。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种废气浓缩蓄热氧化系统，包括沸石转轮系统和蓄热氧化系统，沸石转轮处理区、再生区和冷却区，蓄热氧化系统包括炉体和PLC控制系统，炉体内设有热氧化室和三个蓄热室，氧化室连接燃气管道且在氧化室设置燃烧器和燃烧器点火系统，沸石转轮系统包括废气风机，废气风机分别连接沸石转轮的冷却区和吸附区，沸石转轮的吸附区连接烟囱，沸石转轮的再生区和脱附区连接一个废气预热器，废气预热器连接热氧化室，脱附风机连接废气预热器和再生区。
进一步的，所述炉体内还设有气体分布室和烟气分布室，每个蓄热室均通过气动阀分别与气体分布室和烟气分布室连接，烟气分布室通过管道与烟囱连接，气体分布室设有废气进气口，蓄热室与热氧化室连通，烟气分布室和烟囱的连接管道上还连接一个反吹风机，反吹风机通过设有气动阀的管道与每个蓄热室连接。
进一步的，所述烟气分布室与烟囱的连接管道上还设置空气换热器，空气换热器上设有冷空气进气口和热气出口，热气出口与沸石转轮的再生区连接。
进一步的，所述氧化室内设有火焰检知器，所述火焰检知器与燃烧器点火系统通过PLC控制系统实现联锁控制，热氧化室还连接一个温度检测器，温度检测器通过PLC控制系统与燃烧器实现联锁控制。
进一步的，还包括蓄热室温度检测器，蓄热室温度检测器和氧化室的燃烧器通过PLC控制系统实现联锁控制，所述蓄热室温度检测器内设有多个热电偶，热电偶在竖直方向间隔设置在蓄热室内。
进一步的，蓄热室与气体分布室之间的气动阀和蓄热室与烟气分布室之间的气动阀这件通过PLC控制器实现联锁控制，所述气体分布室的废气进气口处设有与PLC控制系统连接的VOC检测器，与热氧化室连通的燃气管道上设有阻火器。
从上述技术方案可以看出本发明具有下列优点，从热氧化室直接抽取高温烟气进入热换器，热氧化室的烟气温度较高，冷却区的废气与烟气换热后可对再生区直接进行脱附，充分利用了多余热量，温度检测器与燃烧器联锁控制，可根据炉内温度实时调节燃烧器进而调节炉内温度，火焰检知器检测炉内火焰是否熄灭，若熄灭，PLC控制系统控制点火系统继续点火，气体分布室是分厢进行烟气与废气反吹置换，废气进气、烟气排风分开单独完成，切换时间利用反吹室的轮体功能，保证提前或滞后设计错开动作切换时间，保证全部废气都经过长时间，高温、高湍流旋涡的“3T”原则的高温氧化，保证绝无切换过程中的短时短路现象发生。
附图说明
图1是本发明的P&ID流程图。
图2是本系统的PLC控制系统流程图。
具体实施方式
结合图1和图2，详细说明本发明的一个具体实施例，但不对本发明的权利要求做任何限定。
如图1和图2所示，本发明一种废气浓缩蓄热氧化系统，包括沸石转轮系统和蓄热氧化系统，沸石转轮处理区、再生区和冷却区，蓄热氧化系统包括炉体和PLC控制系统，炉体内设有热氧化室和三个蓄热室，氧化室连接燃气管道且在氧化室设置燃烧器和燃烧器点火系统，沸石转轮系统包括废气风机，废气风机分别连接沸石转轮的冷却区和吸附区，沸石转轮的吸附区连接烟囱，沸石转轮的再生区和脱附区连接一个废气预热器，废气预热器连接热氧化室，脱附风机连接废气预热器和再生区，炉体内还设有气体分布室和烟气分布室，每个蓄热室均通过气动阀分别与气体分布室和烟气分布室连接，烟气分布室通过管道与烟囱连接，气体分布室设有废气进气口，蓄热室与热氧化室连通，烟气分布室和烟囱的连接管道上还连接一个反吹风机，反吹风机通过设有气动阀的管道与每个蓄热室连接。三个蓄热室呈一字型水平排列，所述烟气分布室与烟囱的连接管道上还设置空气换热器，空气换热器上设有冷空气进气口和热气出口，热气出口与沸石转轮的再生区连接。
废气吸附脱附
有机废气经风机送入沸石转轮，在此有机物被吸附，而气体被净化并达标排放；浓缩转轮区分为处理区、再生区和冷却区，浓缩转轮在各个区内连续运转。
1)含有VOC的被处理废气通过前置过滤器后，送到浓缩转轮的处理区。在处理区VOC被吸附剂吸附除去，废气被净化后从转轮的处理区间排出。
2)废气风机出口的少量废气进入浓缩转轮冷却区被冷却，经过冷却区的废气，再进入换热器，通过与RTO热氧化室出来的烟气换热后，作为再生空气使用。
3)预热后的再生空气进入转轮装置的再生区，将吸附于浓缩转轮中的VOC脱附、浓缩(5～15倍的程度)。
脱附出来的废气进入RTO装置进行蓄热焚烧。
VOCs废气通过疏水性沸石浓缩转轮后，能有效被吸附于沸石中，达到去除的目的。经过沸石吸附的挥发性有机物的洁净气体，直接通过烟囱排放到大气中，转轮持续以每小时1～6转的速度旋转，同时将吸附的挥发性有机物传送至脱附区。于脱附区中利用一小股加热气体将挥发性有机物进行脱附，脱附后的沸石转轮旋转至吸附区，持续吸附挥发性有机气体。脱附后的浓缩有机废气送至RTO进行燃烧转化成二氧化碳及水蒸气排放至大气中。
气体分布室是分厢进行烟气与废气反吹置换，废气进气、烟气排风分开单独完成，切换时间利用反吹室的轮体功能，保证提前或滞后设计错开动作切换时间，保证全部废气都经过长时间，高温、高湍流旋涡的“3T”原则的高温氧化，保证绝无切换过程中的短时短路现象发生。专用的低温烟气反吹技术，既置换处于低温段的废气，保证废气都经过高温段氧化；又可以利用回流烟气的少量、相对高压的脉冲式反吹，防止废气中有机物的低温氧化产生的碳颗粒吸附聚积堵塞蓄热体的蜂孔。减少维护工作中的周期性返烧频率，保证蓄热炉的长时间稳定工作。
蓄热氧化开车阶段:
废气进口阀门(蓄热室和气体分布室之间的气动阀)和反吹阀门(蓄热室和反吹风机管道上的气动阀)都关闭，依次打开烟气排放阀门(蓄热室和烟气分布室之间的气动阀)，点火燃烧器自动点火，将三个蓄热室分别逐个加热到运行状态。
新鲜空气直接进入RTO主体进行预热，间隔一定时间T后，进出气阀门自动切换，气体在A、B、C床间变更流动方向。此过程操作用于排空可能滞留在RTO设备内部的残留有机废气，以免在点火时发生危险。5-10分钟后，通过PLC控制开启燃烧系统，燃烧器系统开始自动点火，蓄热陶瓷填充床的温度逐渐升高，约3小时左右后，陶瓷床顶部达到约800℃，中部达到约400℃，底部约100℃。此时，预热过程结束。
正常运行时，一个完整的热氧化周期流程如下：
废气经风机抽吸进入蓄热室A预热到750℃左右，预热后的废气进入热氧化室氧化分解，在助燃燃料的作用下，废气中所含有机物充分氧化分解，使氧化温度维持在800～850℃左右，产生的烟气经蓄热室C放热后，由烟囱排放到大气中去。
反吹风机抽取部分烟气到蓄热室B进行吹扫，排除蓄热室B中残留的废气。切换时间到达后，通过自动控制装置，打开蓄热室B的排烟气阀门，同时关闭蓄热室C的排烟气阀门，再打开蓄热室C的废气进口阀门，关闭蓄热室A的废气进口阀门，打开蓄热室A的废气吹扫阀门，一定时间后关闭蓄热室A的废气吹扫阀门。
一个运行周期内，各阀门状态如下表：
蓄热室 A B C A B C A B C
废气进口阀门 开 关 关 关 关 开 关 开 关
烟气出口阀门 关 关 开 关 开 关 开 关 关
废气吹扫阀门 关 开 关 开 关 关 关 关 开
一个运行周期内，各蓄热室状态如下表：
热氧化室内衬采用陶瓷纤维，最外层以钢板为保护层，蓄热室采用蜂窝蓄热陶瓷。陶瓷材料可以是堇青石质、莫来石质、氧化硅质、刚玉莫来石质、致密堇青石、致密莫来石等。
氧化室连接燃气管道且在氧化室设置起炉燃烧系统，起炉燃烧系统为分体式，由程序控制器、点火变压器、点火电极、光敏电阻、喷嘴组成。光敏电阻与点火系统(点火电机和点火变压器组成)通过PLC控制系统实现联锁控制，热氧化室还连接一个温度检测器，主要是热电偶，温度检测器通过PLC控制系统与燃烧器(主要是喷嘴)实现联锁控制，每个蓄热室也设有温度检测器，每个蓄热室的温度检测器设有多个热电偶，每个热电偶设置在蓄热室上下不同位置，用于检测蓄热室不同部位的温度，蓄热室温度检测器和氧化室的燃烧器通过PLC控制系统实现联锁控制，通过热电偶反馈的温度信号，PLC控制系统通过调节燃烧器自动控制调节，蓄热室与气体分布室之间的气动阀和蓄热室与烟气分布室之间的气动阀这件通过PLC控制器实现联锁控制。PLC控制系统设有故障信号模块，故障信号模块与气动阀联锁控制。
风机根据炉膛压力另外配置，当燃烧器启动后，燃烧器运行锁定灯指示运行。当在起炉运行过程中如出现意外熄火，光敏电阻检测不到火焰，程序控制器自动停机、故障输出并运行锁定，待延时解除锁定后方可重新开始点火启动程序。热氧化室火焰检知器与燃烧器点火系统联锁控制，3秒不着火，电磁阀自动关闭，吹扫3分钟后再点火。
气体分布室的废气进气口处设有与PLC控制系统连接的VOC检测器。与热氧化室连通的燃气管道上设有阻火器。在废气进口处设置有VOC检测仪，当废气浓度达到爆炸下限20％时，通过调节脱附废气管路阀门，确保系统安全，阻火器是用来阻止易燃气体、液体的火焰蔓延和防止回火而引起爆炸的安全装置。通常装在输送或排放易燃易爆气体的储罐和管线上。
本系统采用PLC自动控制，设置有集中控制和就地控制，系统负责对废气处理设施各动力设备实施供电和自动控制。对氧化处理设备中关键设备的运行状态、关键点的温度和压力加以监测。为保证废气处理系统的正常运行，本设计通过采集与传输温度、压力的参数变化信号来达到自控氧化与自控联锁的安全保护功能。
综上所述，从热氧化室直接抽取高温烟气进入热换器，热氧化室的烟气温度较高，冷却区的废气与烟气换热后可对再生区直接进行脱附，充分利用了多余热量，温度检测器与燃烧器联锁控制，可根据炉内温度实时调节燃烧器进而调节炉内温度，火焰检知器检测炉内火焰是否熄灭，若熄灭，PLC控制系统控制点火系统继续点火，气体分布室是分厢进行烟气与废气反吹置换，废气进气、烟气排风分开单独完成，切换时间利用反吹室的轮体功能，保证提前或滞后设计错开动作切换时间，保证全部废气都经过长时间，高温、高湍流旋涡的“3T”原则的高温氧化，保证绝无切换过程中的短时短路现象发生。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种废气浓缩蓄热氧化系统，包括沸石转轮系统和蓄热氧化系统，沸石转轮处理区、再生区和冷却区，蓄热氧化系统包括炉体和PLC控制系统，炉体内设有热氧化室和三个蓄热室，氧化室连接燃气管道且在氧化室设置燃烧器和燃烧器点火系统，沸石转轮系统包括废气风机，废气风机分别连接沸石转轮的冷却区和吸附区，沸石转轮的吸附区连接烟囱，其特征在于：沸石转轮的再生区和脱附区连接一个废气预热器，废气预热器连结热氧化室，脱附风机连接废气预热器和再生区。
2.根据权利要求1所述的废气浓缩蓄热氧化系统，其特征在于：所述炉体内还设有气体分布室和烟气分布室，每个蓄热室均通过气动阀分别与气体分布室和烟气分布室连接，烟气分布室通过管道与烟囱连接，气体分布室设有废气进气口，蓄热室与热氧化室连通，烟气分布室和烟囱的连接管道上还连接一个反吹风机，反吹风机通过设有气动阀的管道与每个蓄热室连接。
3.根据权利要求2所述的废气浓缩蓄热氧化系统，其特征在于：所述烟气分布室与烟囱的连接管道上还设置空气换热器，空气换热器上设有冷空气进气口和热气出口，热气出口与沸石转轮的再生区连接。
4.根据权利要求1所述的废气浓缩蓄热氧化系统，其特征在于：所述氧化室内设有火焰检知器，所述火焰检知器与燃烧器点火系统通过PLC控制系统实现联锁控制，热氧化室还连接一个温度检测器，温度检测器通过PLC控制系统与燃烧器实现联锁控制。
5.根据权利要求4所述的废气浓缩蓄热氧化系统，其特征在于：还包括蓄热室温度检测器，蓄热室温度检测器和氧化室的燃烧器通过PLC控制系统实现联锁控制。
6.根据权利要求5所述的废气浓缩蓄热氧化系统，其特征在于：所述蓄热室温度检测器内设有多个热电偶，热电偶在竖直方向间隔设置在蓄热室内。
7.根据权利要求1所述的废气浓缩蓄热氧化系统，其特征在于：所述三个蓄热室呈一字型水平排列。
8.根据权利要求6所述的废气浓缩蓄热氧化系统，其特征在于：所述气体分布室的废气进气口处设有与PLC控制系统连接的VOC检测器。
9.根据权利要求1所述的废气浓缩蓄热氧化系统，其特征在于：与热氧化室连通的燃气管道上设有阻火器。
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