CN109595574A - 一种用于浓度波动废气的高效一体式蓄热催化氧化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于浓度波动废气的高效一体式蓄热催化氧化系统，包括通过设备外壳体集成在一起的过滤段、浓度检测仪、浓度调整段、换热器和蓄热催化氧化段，所述设备外壳体上设置有设备进风口和设备出风口，所述设备进风口与过滤段连通，所述过滤段、浓度检测仪、浓度调整段、换热器和蓄热催化氧化段串接在一起，所述设备出风口与浓度调整段的出气口和换热器的出气口均连通。该结构的蓄热催化氧化系统，采用一体化结构设计，结构紧凑，占地面积小，具有安全隐患小、能耗低、成本低及余热充分被利用的优点，达到了长期高效稳定以及低能耗运行的目的。

Description

一种用于浓度波动废气的高效一体式蓄热催化氧化系统

技术领域

本发明涉及工业废气净化领域，具体涉及一种用于浓度波动废气的高效一体式蓄热催化氧化系统。

背景技术

近些年，大气污染治理受到广泛关注。常见的大气污染治理技术分为两大类，一是回收法，二是销毁法。回收技术主要针对有回收利用价值的废气组分，而没有回收利用价值的废气往往采用销毁法，将废气直接进行销毁去除。常见的回收法包括：吸附法、吸收法、冷凝法和膜分离法等。常见的销毁法包括：直接燃烧法、催化燃烧法、蓄热式热力氧化法和蓄热催化氧化法等。蓄热式氧化法通过利用蓄热体对热量进行储存，以预热废气，节省能量消耗，相比直接燃烧法能耗更低，蓄热式催化氧化技术是一种高效的有机废气净化技术，与传统的催化燃烧、直接燃烧相比，具有热效率高、运行成本低、净化效率高等特点，浓度合适时，还可自热运行，进行二次余热回收利用，可大大降低运行成本。蓄热式催化氧化技术把有机废气预热至较低的起燃温度，使得有机废气成分氧化分解，成为无毒无害的CO₂和H₂O，燃烧产生的大量热量被蓄热体“储存”起来，用于预热新进入的有机废气，从而大大降低废气升温所需的能耗，减小运行成本。然而，针对浓度波动大(当浓度低时，无法达到自供热，若直接燃烧，能耗太高，往往需要配套浓缩装置，将废气进行浓缩后再进行蓄热氧化处理，初期投入过高；当浓度太高时，存在闪爆等安全隐患，安全性较差)的废气，现有的蓄热催化氧化技术存在安全隐患大、能耗大、成本高、余热未充分利用、设备长期运行蓄热体易堵塞、风阻大、设备体积大从而占地面积大，对于含硫含卤素的废气催化剂易中毒，该技术不适用等问题。

中国专利CN206617946U公开了一种一体式RTO蓄热氧化炉，具有依次设置的前置预处理过滤装置、一体式炉体和离心风机；一体式炉体具有两个相同的炉体，每个炉体均包括燃烧室和蓄热室。该设备内设两个相邻的蓄热氧化炉，占地面积大，采用蓄热氧化方式起燃温度较高，能耗较大，尤其当废气浓度较低时，而当废气浓度接近爆炸极限范围时，该设备安全性不足，再有，燃烧后气流预热多孔高温陶瓷材料后直接由离心风机排出，余热未充分利用。

中国专利CN206176417U公开了一种组合式蓄热焚烧炉，其包括：三个过滤器、四个吸附塔、三个热氧化室以及烟囱，该系统针对的是气量大、VOCs含量低的废气，且整个系统管路复杂，占地面积大。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对废气浓度波动大、中小风量的含颗粒污染物废气场合，现有的蓄热催化氧化技术存在安全隐患大、能耗大、成本高及余热未充分利用的问题，提供一种用于浓度波动废气的高效一体式蓄热催化氧化系统，以达到长期高效稳定低能耗运行，系统采用一体化结构设计，结构紧凑，占地面积小。

为达到上述目的，本发明通过以下技术手段解决上述问题：一种用于浓度波动废气的高效一体式蓄热催化氧化系统，包括通过设备外壳体集成在一起的过滤段、浓度检测仪、浓度调整段、换热器和蓄热催化氧化段，所述设备外壳体上设置有设备进风口和设备出风口，所述设备进风口与过滤段连通，所述过滤段、浓度检测仪、浓度调整段、换热器和蓄热催化氧化段串接在一起，所述设备出风口与浓度调整段的出气口和换热器的出气口均连通。

进一步，所述浓度调整段包括切换阀Ⅰ、吸附单元和直通，所述切换阀I将过滤段导流来的气流切换至吸附单元或直通，所述吸附单元包括吸附床Ⅰ和吸附床Ⅱ，所述直通上设置稀释风口，所述稀释风口连接稀释风阀，吸附床Ⅰ和吸附床Ⅱ均与直通连通。

进一步，所述蓄热催化氧化段包括顶部蓄热催化氧化段出入口、蓄热室Ⅰ、电加热管组件Ⅰ、催化床、电加热管组件Ⅱ、蓄热室Ⅱ、底部蓄热催化氧化段出入口、切换阀Ⅱ和切换阀Ⅲ，所述蓄热室Ⅰ和电加热管组件Ⅰ之间设置多组温度传感器Ⅰ，所述电加热管组件Ⅱ和蓄热室Ⅱ之间设置多组温度传感器Ⅱ，电加热管组件Ⅰ、电加热管组件Ⅱ、温度传感器Ⅰ及温度传感器Ⅱ均与外界控制器连接；切换阀Ⅱ将换热器导流来的气流切换至顶部蓄热催化氧化段出入口或底部蓄热催化氧化段出入口；切换阀Ⅲ将底部蓄热催化氧化段出入口导流来的气流切换至吸附床Ⅱ或换热器。

进一步，电加热管组件Ⅰ和电加热管组件Ⅱ均包括多个电加热管。

进一步，浓度检测仪设置在过滤段的出口处。

本发明的有益效果：

1)预处理防堵：采用过滤段过滤，过滤段采用高精度过滤材料，对废气进行中高精度过滤，使得进入蓄热体和催化剂的颗粒物粉尘浓度≤1mg/m³。

2)加热方式安全可靠：本发明采用电加热的方式，不仅加热较为均匀，且安全性较高。

3)占地面积小：多塔式(两塔及以上)蓄热催化氧化设备占地面积大，本发明采用立体叠层式设计，结构紧凑，占地面积小。

4)余热充分利用：两级换热，余热充分利用。废气先通过蓄热催化氧化段出口的换热器进行预热后，之后进入蓄热室进行二次加热，可以充分利用蓄热催化氧化系统的余热，从而达到节能的效果。

5)采用特殊催化剂：采用特殊的防中毒的催化剂，能耐受卤素等组分。

6)浓度波动可适用：可以适应有机废气中VOCs的组成和浓度的变化、波动。

7)能耗低：本发明无需添加辅助燃料而实现自供热操作。

由上所述，本发明集预处理、浓度调整、蓄热催化氧化于一体，结构紧凑、净化效率高、能耗低、运行成本低，可广泛应用于浓度波动废气的净化，设备维护方便快捷，具有广泛的应用价值。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为气流从蓄热催化氧化段顶部进入的结构示意图；

图3为气流从蓄热催化氧化段底部进入的结构示意图；

图4为局部结构示意图。

图中：1-设备外壳体，2-设备进风口，3-过滤段，4-浓度检测仪，5-切换阀Ⅰ，6-浓度调整段，7-吸附床Ⅰ，8-直通，9-稀释风口，10-稀释风阀，11-设备出风口，12-换热器，13-切换阀Ⅱ，14-顶部蓄热催化氧化段出入口，15-蓄热催化氧化段，16-蓄热室Ⅰ，17-温度传感器Ⅰ，18-电加热管组件Ⅰ，19-催化床，20-电加热管组件Ⅱ，21-温度传感器Ⅱ，22-蓄热室Ⅱ，23-底部蓄热催化氧化段出入口，24-切换阀Ⅲ，25-吸附床Ⅱ。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明白了解，下面将结合附图与具体实施方式对本发明内容做进一步说明。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。

如图1所示，一种用于浓度波动废气的高效一体式蓄热催化氧化系统，包括通过设备外壳体1集成在一起的设备进风口2、过滤段3、浓度检测仪4、浓度调整段6、换热器12、蓄热催化氧化段15和设备出风口11。所过滤段采用高精度过滤材料，对废气进行中高精度过滤，使得进入蓄热体和催化剂的颗粒物粉尘浓度≤1mg/m³。所述浓度检测仪设置在过滤段的出口处，根据废气浓度的检测结果决定切换阀的动作。所述浓度调整段6包括切换阀Ⅰ5、吸附床Ⅰ7、吸附床Ⅱ25和直通8，所述直通8上设置稀释风口9，所述稀释风口9连接稀释风阀10，所述切换阀I将过滤段导流来的气流切换至吸附床或直通，吸附床Ⅰ和吸附床Ⅱ均与直通连通，所述吸附床Ⅰ和吸附床Ⅱ中，一个吸附一个脱附，确保系统可长期稳定运行，脱附用热空气来源于蓄热催化氧化产生的一部分热空气，无需额外能耗；蓄热催化氧化产生的另一部分热空气用于预热进气，使余热充分利用，且降低能耗，吸附床不限于两个，可以为多个。所述蓄热催化氧化段15包括顶部蓄热催化氧化段出入口14、蓄热室Ⅰ16、电加热管组件Ⅰ18、催化床19、电加热管组件Ⅱ20、蓄热室Ⅱ22、底部蓄热催化氧化段出入口23、切换阀Ⅱ13和切换阀Ⅲ24。所述蓄热室Ⅰ16和电加热管组件Ⅰ18之间设置多组温度传感器Ⅰ17，所述电加热管组件Ⅱ20和蓄热室Ⅱ22之间设置多组温度传感器Ⅱ21，电加热管组件Ⅰ和电加热管组件Ⅱ均包括多个电加热管，电加热管和温度传感器多个位点布置，所述电加热管和温度传感器与控制器相连，温度传感器将温度信号反馈给控制器，进而控制电加热管是否开启工作、开启几组工作。所述设备出风口11与浓度调整段的出气口和换热器的出气口均连通。

本实施例中废气由设备进风口2进入，经过滤段3去除漆雾及粉尘等颗粒污染物后，通过其后设置的废气浓度检测仪4检测废气浓度，分为三种情况：

当废气浓度过低，若直接进入蓄热催化氧化段将需要消耗大量的外加能源，此时，将切换阀Ⅰ5切换至吸附床Ⅰ7或吸附床Ⅱ25，经吸附浓缩后再脱附出来进入蓄热催化氧化段，所述吸附床Ⅰ和吸附床Ⅱ25中一个吸附另一个脱附，确保吸附段可连续运行，不用停机。

当废气浓度在蓄热催化氧化处理的适宜浓度范围内时，将切换阀Ⅰ5切换至直通8，废气直接经换热器12预热后进入蓄热催化氧化段15，经蓄热催化氧化后达标排放。

当废气浓度接近爆炸极限范围时，将直通8上稀释风口的稀释风阀打开，将浓度稀释到爆炸极限以下，稀释后的废气进入蓄热催化氧化段处理后达标排放。

参见图2，第一循环，经预热后的废气由顶部蓄热催化氧化段出入口14进入蓄热催化氧化段15，与蓄热室Ⅰ16内已经蓄存热量的蓄热体进行热交换，废气经过二次升温后，经温度传感器Ⅰ17检测温度是否达到废气的起燃温度，如未达到起燃温度，温度传感器反馈结果给控制器，控制电加热管开启工作，否则电加热管组件Ⅰ18不工作，废气直接进入催化床19进行反应，生成二氧化碳与水排出并释放热能，处理后的高温洁净气体再经过蓄热室Ⅱ22的陶瓷体进行蓄热，带有余热的气体而后进入换热器将待处理废气进行预热，充分利用余热，或者根据脱附周期，对吸附床内的吸附剂进行脱附，气流走向如箭头所示。达到设定切换时间，将切换阀Ⅱ13切换由蓄热室Ⅱ22进入废气、由蓄热室Ⅰ16排出，如此循环往复。

参见图3，切换阀Ⅱ13动作后，经预热后的废气由底部蓄热催化氧化段出入口23进入蓄热催化氧化段15，与蓄热室Ⅱ22内已经蓄存热量的蓄热体进行热交换，废气经过二次升温后，经温度传感器Ⅱ21检测温度是否达到废气的起燃温度，如未达到起燃温度，温度传感器反馈结果给控制器，控制电加热管开启工作，否则电加热管组件Ⅱ20不工作，废气直接进入催化床19进行反应，生成二氧化碳与水排出并释放热能，处理后的高温洁净气体再经过蓄热室Ⅰ16的陶瓷体进行蓄热后从出口14排出，气流走向如箭头所示。

参见图4，直通8上设置稀释风口9，所述稀释风口9连接稀释风阀10，当浓度检测仪4检测的废气浓度过高时，打开稀释风阀10，将浓度调整至合适范围，再进入蓄热催化氧化段15，确保系统运行的安全性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种用于浓度波动废气的高效一体式蓄热催化氧化系统，其特征在于：包括通过设备外壳体集成在一起的过滤段、浓度检测仪、浓度调整段、换热器和蓄热催化氧化段，所述设备外壳体上设置有设备进风口和设备出风口，所述设备进风口与过滤段连通，所述过滤段、浓度检测仪、浓度调整段、换热器和蓄热催化氧化段串接在一起，所述设备出风口与浓度调整段的出气口和换热器的出气口均连通。

2.根据权利要求1所述的用于浓度波动废气的高效一体式蓄热催化氧化系统，其特征在于：所述浓度调整段包括切换阀Ⅰ、吸附单元和直通，所述切换阀I将过滤段导流来的气流切换至吸附单元或直通，所述吸附单元包括吸附床Ⅰ和吸附床Ⅱ，所述直通上设置稀释风口，所述稀释风口连接稀释风阀，吸附床Ⅰ和吸附床Ⅱ均与直通连通。

3.根据权利要求2所述的用于浓度波动废气的高效一体式蓄热催化氧化系统，其特征在于：所述蓄热催化氧化段包括顶部蓄热催化氧化段出入口、蓄热室Ⅰ、电加热管组件Ⅰ、催化床、电加热管组件Ⅱ、蓄热室Ⅱ、底部蓄热催化氧化段出入口、切换阀Ⅱ和切换阀Ⅲ，所述蓄热室Ⅰ和电加热管组件Ⅰ之间设置多组温度传感器Ⅰ，所述电加热管组件Ⅱ和蓄热室Ⅱ之间设置多组温度传感器Ⅱ，电加热管组件Ⅰ、电加热管组件Ⅱ、温度传感器Ⅰ及温度传感器Ⅱ均与外界控制器连接；切换阀Ⅱ将换热器导流来的气流切换至顶部蓄热催化氧化段出入口或底部蓄热催化氧化段出入口；切换阀Ⅲ将底部蓄热催化氧化段出入口导流来的气流切换至吸附床Ⅱ或换热器。

4.根据权利要求3所述的用于浓度波动废气的高效一体式蓄热催化氧化系统，其特征在于：电加热管组件Ⅰ和电加热管组件Ⅱ均包括多个电加热管。

5.根据权利要求4所述的用于浓度波动废气的高效一体式蓄热催化氧化系统，其特征在于：浓度检测仪设置在过滤段的出口处。