CN109307277A - VOCs复合燃烧处理及多级余热利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种VOCs复合燃烧处理及多级余热利用系统，包括：烘干生产室、双向VOCs换热器、高温换热器及催化处理单元，双向VOCs换热器包括低温VOCs气入口、中温VOCs气出口、高温净化气体入口、以及低温净化气体出口，高温换热器包括中温VOCs气入口、高温VOCs气出口、高温烟气入口、以及中温烟气出口，催化处理单元包括：高温VOCs气入口及高温净化气体出口，高温VOCs气入口通过管线与高温换热器的高温VOCs气出口相连接，高温净化气体出口通过净化气体管线与双向VOCs换热器的高温净化气体入口相连接，使得催化氧化VOCs气后产生的高温净化气体进入双向VOCs换热器与低温VOCs气进行热交换。

Description

VOCs复合燃烧处理及多级余热利用系统

技术领域

本发明涉及一种余热利用系统，特别涉及一种VOCs气燃烧余热利用系统。

背景技术

VOC(Volatile Organic Compound)是指常温下挥发性有机化合物的总称，VOC废气中含有甲醛、二甲苯、甲苯、丙酮、丁酮、卤素化合物等，在石油化工、制药、油漆、涂料、电子制造、表面防腐、制鞋、印刷以及交通运输等行业中的生产及使用过程中会产生大量的VOC废气，该些化合物多数具有刺激性气味，不仅对空气质量造成极大的影响，直接接触也会对人体健康造成危害，并且VOC废气易燃的特点也造成安全隐患。

目前，VOCs气由于排放量大、种类多、难降解、毒性强、安全隐患大，其已成为各国对空气处理问题的焦点。现有技术中，处理VOC废气的主要技术有：催化燃烧、活性炭吸附、低温等离子、紫外光照射等。其中，VOCs气的处理方式可以是在高温条件下通过催化剂催化分解，或者将VOCs气在燃烧炉中燃烧至800摄氏度以上，使VOCs气中分解成CO₂和水，然后再将这些气体排放至大气中。

如中国专利申请CN107497291A公开的一种燃烧式VOC处理装置，其中，包括燃烧器壳体，在燃烧器壳体内设置有活性炭吸附单元、预热单元、催化燃烧单元及热交换单元；燃烧器壳体内分隔成吸附室、预热室及催化燃烧室，在吸附室内设置有活性炭吸附层，经吸附室排出的VOC气体进入预热室进行预热；预热室及催化燃烧室之间通过管线连通，在催化燃烧室内还设置有氧气入口，在催化燃烧室内设置有排气口；热交换单元包括与排气口连通的换热管，换热管伸入预热室内，再经预热室伸出。然而，该燃烧式VOC处理装置存在以下缺点或不足：(1)VOCs气的分解不够充分；(2)VOCs气催化燃烧后的余热利用率低。

又如中国专利申请CN106871140A公开的一种VOC冷凝催化燃烧治理装置，包括VOC冷凝组件和冷凝液燃烧组件；VOC冷凝组件包括箱壳、冷却介质、冷凝通道、VOC冷凝液收集箱和机架，箱壳固定安装在机架上，箱壳内通过两个密封端板将箱壳分为互不相通的三个区域，其中上层区域上开设有高浓度VOC气体入口，中层区域内设有冷却介质。然而，该VOC冷凝催化燃烧治理装置存在以下缺点或不足：(1)、没有充分利用VOCs气催化氧化后的余热能量；(2)、需要聚合物复合膜分离管进行分离操作，设备成本高。

因此，提供一种能够有效分解VOCs气体并充分利用VOCs气催化燃烧热能的VOCs复合燃烧处理及多级余热利用系统成为业内急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种VOCs复合燃烧处理及多级余热利用系统，其能够充分多级利用VOCs气的催化及燃烧的热能，不仅完成VOCs气体的有效分解，而且分解VOCs气产生的热量还可供VOCs气自身换热使用。

为了实现上述目的，本发明提供了一种VOCs复合燃烧处理及多级余热利用系统，包括：烘干生产室、复合换热单元及催化处理单元，其中，烘干生产室的一端设有烘干气体入口，烘干生产室的另一端设有VOCs气收集口，复合换热单元包括双向VOCs换热器及高温换热器，双向VOCs换热器包括低温VOCs气入口、中温VOCs气出口、高温净化气体入口、以及低温净化气体出口，低温VOCs气入口通过管线与烘干生产室的VOCs气收集口相连接，中温VOCs气出口通过第一中温VOCs气管线与高温换热器相连接，高温净化气体入口通过净化气体管线与催化处理单元相连接，低温净化气体出口通过管线与烘干生产室的烘干气体入口相连接；高温换热器包括：中温VOCs气入口、高温VOCs气出口、高温烟气入口、以及中温烟气出口，其中，中温VOCs气入口通过第一中温VOCs气管线与双向VOCs换热器的中温VOCs气出口相连接，高温VOCs气出口通过管线与催化处理单元相连接，使得中温VOCs气进入高温换热器进行热交换形成高温VOCs气并输送至催化处理单元；催化处理单元包括：高温VOCs气入口及高温净化气体出口，其中，高温VOCs气入口通过管线与高温换热器的高温VOCs气出口相连接，高温净化气体出口通过净化气体管线与双向VOCs换热器的高温净化气体入口相连接，使得催化氧化VOCs气后产生的高温净化气体进入双向VOCs换热器与低温VOCs气进行热交换。

其中，涂敷有涂料的产品在烘干生产室内随着传送带的传送，在烘干气体的作用下，涂料逐渐被烘干形成黏附于产品上的漆膜，涂料中的有机物经过烘干挥发形成的VOCs气也自VOCs气收集口处逐渐排放出来。

可选择地，复合换热单元还包括焚烧室，焚烧室包括：设于焚烧室中央的焚烧炉膛、以及设于焚烧炉膛外围且与焚烧炉膛相连通的火焰室，其中，焚烧炉膛设有第一气体入口、第二气体入口及第三气体入口，第一气体入口通过第二中温VOCs气管线与双向VOCs换热器的中温VOCs气出口相连接，火焰室的顶壁上设有高温烟气排放口，高温烟气排放口通过管线与高温换热器的高温烟气入口相连接。

其中，中温VOCs气通过第一气体入口进入焚烧炉膛，燃气通过第二气体入口进入焚烧炉膛，助燃气通过第三气体入口进入焚烧炉膛。

其中，燃气可以是生物质气体、甲烷、煤气、液化石油气或天然气。

优选地，通过第一中温VOCs气管线将占双向VOCs换热器的中温VOCs气出口排出的中温VOCs气的总量的50％～70％的中温VOCs气输送至高温换热器，通过第二中温VOCs气管线将占双向VOCs换热器的中温VOCs气出口排出的中温VOCs气的总量的30％～50％的中温VOCs气输送至焚烧室。

可选择地，高温换热器对应地设置于焚烧室的火焰室的上方。

可选择地，复合换热单元还包括中温换热器及螺杆发电装置，其中，中温换热器包括：中温烟气入口、低温烟气出口、冷水入口以及热水出口，中温烟气入口通过管线与高温换热器的中温烟气出口相连接，来自中温换热器的热水出口的热水经由管线输送至螺杆发电装置发电后回流至中温换热器的冷水入口。

可选择地，中温换热器包括换热室、形成于换热室一侧的中温烟气室、形成于换热室另一侧的低温烟气室，中温烟气入口形成于中温烟气室的端壁上，低温烟气出口形成于低温烟气室的端壁上，冷水入口形成于换热室靠近低温烟气室一端的侧壁上，热水出口形成于换热室靠近中温烟气室一端的侧壁上。

优选地，换热室包括若干个平行布置的波纹管，烟气从中温烟气室分经波纹管内部流入低温烟气室，水在波纹管的外部与流经波纹管的烟气换热。

可选择地，复合换热单元还包括低温换热器，低温换热器包括：低温烟气入口、常温烟气出口、冷空气入口、以及热空气出口，其中，低温烟气入口通过管线与中温换热器的低温烟气出口相连接，常温烟气出口与烟囱相连接，热空气出口通过管线与焚烧炉膛的第三气体入口相连接，以将来自冷空气入口的冷空气换热后形成的热空气经由热空气出口通过管线提供至焚烧炉膛中作为助燃气体。

可选择地，还包括连接于烘干生产室及双向VOCs换热器之间的过滤器，其中，过滤器设有过滤器入口及过滤器出口，过滤器入口通过管线与烘干生产室的VOCs气收集口相连接，过滤器出口与双向VOCs换热器的低温VOCs气入口通过管线相连接以将烘干生产室产生的VOCs气中的颗粒滤出并输送至双向VOCs换热器。

优选地，催化处理单元包括：VOCs气体通道、围绕VOCs气体通道的内壁涂敷有贱金属催化剂的贱金属催化仓、以及紧邻贱金属催化仓后端围绕VOCs气体通道的内壁涂敷有贵金属催化剂的贵金属催化仓，其中，高温VOCs气入口设置于VOCs气体通道的前端，高温净化气体出口设置于VOCs气体通道的后端。

更优选地，贵金属催化为Pd和/或Pt。

可选择地，贱金属催化剂为过渡元素金属氧化物与粘合剂的混合物。

可选择地，高温换热器与催化处理单元之间还设置有用于清除热VOCs气中含有的催化剂毒物的前处理室。

其中，催化剂毒物是指使得催化剂丧失催化活性的物质，催化剂毒物可以为Pb、Zn和Hg。

可选择地，前处理室中可填充EDTA、氰化物、柠檬酸盐或酒石酸盐等掩蔽剂。

可选择地，于前处理室与催化处理单元之间的管线上还设有与净化气体管线相连接的支路管线，支路管线上设有控制阀。

其中，来自烘干生产室的80～90摄氏度的VOCs气经过双向VOCs换热器换热后形成180～190摄氏度的中温VOCs气后，一部分中温VOCs气通过第二中温VOCs气管线输送至焚烧室进行燃烧分解，焚烧室产生的热烟气以及部分火焰的热量输送至高温换热器，与另一部分通过第二中温VOCs气管线输送至高温换热器中的中温VOCs气进行换热，将其加热成为280～300摄氏度的高温VOCs气，并在催化室中进行催化燃烧分解，成为300～350摄氏度的含有CO₂和H₂O的高温净化气体，而后再进入双向VOCs换热器，对低温VOCs气进行换热后，降温成为100～120摄氏度的低温净化气再输送至烘干生产室处作为烘干气体使用。

高温换热器排出的200～220摄氏度的中温烟气输送至中温换热器中，与冷水进行热交换形成低温烟气，形成的180～200摄氏度热水通过螺杆发电装置进行发电，而80～90摄氏度的低温烟气则进入低温换热器中，与冷空气进行换热后排放至烟囱，换热后形成的50～60摄氏度的空气则提供至焚烧炉膛中作为助燃气体使用。

可选择地，VOCs复合燃烧处理及多级余热利用系统可用于漆膜或涂料烘干时产生的VOCs气体的处理，诸如应用在汽车厂、零配件厂、家具厂等工厂中。

本发明的有益效果是：(1)、VOCs气经过焚烧及催化的复合处理后，可完全分解净化，从而保证了排出的气体符合环境排放标准；(2)、设置双向VOC换热器可有效利用VOCs气催化分解后的热量，将冷VOCs进行预热，实现能量的自给自足，同时还可以进一步将净化气体作为烘干气体使用，充分利用了VOCs气的自身能量，提高了能量利用率；(3)、利用VOCs气燃烧的热量为高温换热器进行能量供给，不仅充分利用了VOCs气的燃烧余热，而且实现了能量的循环使用；(4)、中温换热器及低温换热器的多级余热利用方式，不仅有效提高了能量利用率，同时减少了烟气中氮氧化合物含量。

附图说明

图1示出了本发明的VOCs复合燃烧处理及多级余热利用系统的构造示意图。

图2示出了本发明的催化处理单元的构造示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。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。

请参照图1，根据本发明的一种非限制性实施方式，VOCs复合燃烧处理及多级余热利用系统包括：烘干生产室10、双向VOCs换热器20、高温换热器30、焚烧室310、中温换热器40、低温换热器50、催化处理单元60以及螺杆发电装置70。

其中，烘干生产室10的一端设有烘干气体入口101，烘干生产室的另一端设有VOCs气收集口102。

双向VOCs换热器20包括：低温VOCs气入口201、中温VOCs气出口202、高温净化气体入口203、以及低温净化气体出口204。高温换热器30包括：中温VOCs气入口301、高温VOCs气出口302、高温烟气入口303、以及中温烟气出口304。催化处理单元60包括高温VOCs气入口601及高温净化气体出口602。具体来讲，低温VOCs气入口201通过管线与烘干生产室10的VOCs气收集口102相连接，中温VOCs气出口202通过第一中温VOCs气管线LV1与高温换热器30的中温VOCs气入口301相连接，高温净化气体入口203通过净化气体管线L1与催化处理单元60的高温净化气体出口602相连接，低温净化气体出口204通过管线与烘干生产室10的烘干气体入口101相连接，高温换热器30的高温VOCs气出口302通过管线与催化处理单元60的高温VOCs气入口601相连接。

在该限制性实施方式中，焚烧室310包括：设于中央的焚烧炉膛311、以及设于焚烧炉膛311外围且与焚烧炉膛311相连通的火焰室312。火焰室312的顶壁上设有高温烟气排放口313，高温烟气排放口313通过管线与高温换热器30的高温烟气入口303相连接，焚烧炉膛设311有第一气体入口E1、第二气体入口E2及第三气体入口E3，从而使得中温VOCs气通过第一气体入口E1进入焚烧炉膛311，燃气通过第二气体入口E2进入焚烧炉膛311，助燃气通过第三气体入口E3进入焚烧炉膛311。

由此，来自烘干生产室10的85摄氏度的VOCs气经过双向VOCs换热器20换热后形成185摄氏度的中温VOCs气后，一部分(在该非限制性实施方式中为一半)中温VOCs气通过第二中温VOCs气管线LV2输送至焚烧室310进行燃烧分解，由于高温换热器30对应地设置于焚烧室310的火焰室312的上方，焚烧310产生的热烟气以及部分火焰的热量全部地输送至高温换热器30中，与另一部分(在该非限制性实施方式中为一半)输送至高温换热器30中的中温VOCs气进行换热，将其加热成为290摄氏度左右的高温VOCs气，并在催化室60中进行催化燃烧分解，成为约320摄氏度的含有CO₂和H₂O的高温净化气体，形成的高温净化气体再进入双向VOCs换热器20，对低温VOCs气进行换热后，降温成为100摄氏度左右的低温净化气。然后再输送至烘干生产室10处，作为烘干气体使用。

作为一种可替代的实施方式，如图1所示，系统中还包括中温换热器40、低温换热器50以及螺杆发电装置70。

其中，中温换热器40包括：中温烟气入口401、低温烟气出口402、冷水入口403以及热水出口404，低温换热器50包括：低温烟气入口501、常温烟气出口502、冷空气入口503、以及热空气出口504。具体来讲，中温烟气入口401通过管线与高温换热器30的中温烟气出口304相连接，低温烟气出口402通过管线与低温换热器50的低温烟气入口501相连接，来自中温换热器40的热水出口404的热水经由管线输送至螺杆发电装置70发电后，回流至中温换热器40的冷水入口403。低温换热器50的常温烟气出口502与烟囱(图未示)相连接，热空气出口504通过管线与焚烧炉膛311的第三气体入口E3相连接，从而将来自冷空气入口503的冷空气换热后形成的热空气经由热空气出口504通过管线提供至焚烧炉膛311中作为助燃气体。

作为又一种可替代的实施方式，还包括过滤器80，过滤器80连接于烘干生产室10的VOCs气收集口102及双向VOC换热器20的低温VOCs气入口201之间，从而将烘干生产室产生的VOCs气中的颗粒滤出，便于后续的催化燃烧处理。

在该非限制性实施方式中，如图2所示，催化处理单元60包括：VOCs气体通道601、围绕VOCs气体通道601的内壁涂敷有贱金属催化剂的贱金属催化仓602、以及紧邻贱金属催化仓602后端围绕VOCs气体通道601的内壁涂敷有贵金属催化剂的贵金属催化仓603，其中，604高温VOCs气入口设置于VOCs气体通道601的前端，高温净化气体出口605设置于VOCs气体通道601的后端。

作为另一种可替代实施方式，系统还包括设置在高温换热器30与催化处理单元60之间的前处理室90，从而利用前处理室90来清除热VOCs气中含有的催化剂毒物，而且于前处理室90与催化处理单元60之间的管线上还设有与净化气体管线L1相连接的支路管线L2，支路管线L2上设有控制阀P，从而如在催化处理单元60在催化过程中出现故障，或者需要更换催化剂时，可将VOCs气自前处理室90处通过支路管线L2直接输送至双向VOCs换热器20处，待催化处理单元60可正常工作后，关闭控制阀P，使得VOCs气再流入催化处理单元60中。

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。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。

Claims (10)

1.一种VOCs复合燃烧处理及多级余热利用系统，包括：烘干生产室，所述烘干生产室的一端设有烘干气体入口，所述烘干生产室的另一端设有VOCs气收集口，其特征在于：

所述VOCs复合燃烧处理及多级余热利用系统还包括复合换热单元及催化处理单元，

其中，所述复合换热单元包括双向VOCs换热器及高温换热器，所述双向VOCs换热器包括低温VOCs气入口、中温VOCs气出口、高温净化气体入口、以及低温净化气体出口，所述低温VOCs气入口通过管线与所述烘干生产室的VOCs气收集口相连接，所述中温VOCs气出口通过第一中温VOCs气管线与所述高温换热器相连接，所述高温净化气体入口通过净化气体管线与所述催化处理单元相连接，所述低温净化气体出口通过管线与所述烘干生产室的烘干气体入口相连接；

所述高温换热器包括：中温VOCs气入口、高温VOCs气出口、高温烟气入口、以及中温烟气出口，其中，所述中温VOCs气入口通过所述第一中温VOCs气管线与所述双向VOCs换热器的中温VOCs气出口相连接，所述高温VOCs气出口通过管线与所述催化处理单元相连接，使得中温VOCs气进入所述高温换热器进行热交换形成高温VOCs气并输送至所述催化处理单元；

所述催化处理单元包括：高温VOCs气入口及高温净化气体出口，其中，所述高温VOCs气入口通过管线与所述高温换热器的高温VOCs气出口相连接，所述高温净化气体出口通过所述净化气体管线与所述双向VOCs换热器的高温净化气体入口相连接，使得催化氧化VOCs气后产生的高温净化气体进入所述双向VOCs换热器与低温VOCs气进行热交换。

2.如权利要求1所述的VOCs复合燃烧处理及多级余热利用系统，其特征在于，所述复合换热单元还包括焚烧室，所述焚烧室包括：设于所述焚烧室中央的焚烧炉膛、以及设于所述焚烧炉膛外围且与所述焚烧炉膛相连通的火焰室，其中，所述焚烧炉膛设有第一气体入口、第二气体入口及第三气体入口，所述第一气体入口通过第二中温VOCs气管线与所述双向VOCs换热器的中温VOCs气出口相连接，所述火焰室的顶壁上设有高温烟气排放口，所述高温烟气排放口通过管线与所述高温换热器的高温烟气入口相连接。

3.如权利要求2所述的VOCs复合燃烧处理及多级余热利用系统，其特征在于，所述高温换热器对应地设置于所述焚烧室的火焰室的上方。

4.如权利要求2所述的VOCs复合燃烧处理及多级余热利用系统，其特征在于，所述复合换热单元还包括中温换热器及螺杆发电装置，其中，所述中温换热器包括：中温烟气入口、低温烟气出口、冷水入口以及热水出口，所述中温烟气入口通过管线与所述高温换热器的中温烟气出口相连接，来自所述中温换热器的所述热水出口的热水经由管线输送至所述螺杆发电装置发电后回流至所述中温换热器的所述冷水入口。

5.如权利要求4所述的VOCs复合燃烧处理及多级余热利用系统，其特征在于，所述中温换热器包括换热室、形成于所述换热室一侧的中温烟气室、形成于所述换热室另一侧的低温烟气室，所述中温烟气入口形成于所述中温烟气室的端壁上，所述低温烟气出口形成于所述低温烟气室的端壁上，所述冷水入口形成于所述换热室靠近所述低温烟气室一端的侧壁上，所述热水出口形成于所述换热室靠近所述中温烟气室一端的侧壁上。

6.如权利要求4所述的VOCs复合燃烧处理及多级余热利用系统，其特征在于，所述复合换热单元还包括低温换热器，所述低温换热器包括：低温烟气入口、常温烟气出口、冷空气入口、以及热空气出口，其中，所述低温烟气入口通过管线与所述中温换热器的低温烟气出口相连接，所述常温烟气出口与烟囱相连接，所述热空气出口通过管线与所述焚烧炉膛的第三气体入口相连接，以将来自所述冷空气入口的冷空气换热后形成的热空气经由所述热空气出口通过管线提供至所述焚烧炉膛中作为助燃气体。

7.如权利要求1所述的VOCs复合燃烧处理及多级余热利用系统，其特征在于，还包括连接于所述烘干生产室及所述双向VOCs换热器之间的过滤器，其中，所述过滤器设有过滤器入口及过滤器出口，所述过滤器入口通过管线与所述烘干生产室的VOCs气收集口相连接，所述过滤器出口与所述双向VOCs换热器的低温VOCs气入口通过管线相连接以将所述烘干生产室产生的VOCs气中的颗粒滤出并输送至所述双向VOCs换热器。

8.如权利要求1所述的VOCs复合燃烧处理及多级余热利用系统，其特征在于，所述催化处理单元包括：VOCs气体通道、围绕所述VOCs气体通道的内壁涂敷有贱金属催化剂的贱金属催化仓、以及紧邻所述贱金属催化仓后端围绕所述VOCs气体通道的内壁涂敷有贵金属催化剂的贵金属催化仓，其中，所述高温VOCs气入口设置于所述VOCs气体通道的前端，所述高温净化气体出口设置于所述VOCs气体通道的后端。

9.如权利要求8所述的VOCs复合燃烧处理及多级余热利用系统，其特征在于，所述贵金属催化为Pd和/或Pt。

10.如权利要求8所述的VOCs复合燃烧处理及多级余热利用系统，其特征在于，所述贱金属催化剂为过渡元素金属氧化物与粘合剂的混合物。