CN113477021A - 吸脱附高效净化装备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及“活性炭吸附+催化燃烧脱附”组合工艺设备，具体为吸脱附高效净化装备。工艺装备主要由干式过滤器、若干个吸附箱、吸附进风管道、电加热器、蝶阀、催化燃烧装置、脱附出风管道A、脱附出风管道B、脱附进风管道、吸附出风管道、PID‑VOCs传感器、温度传感器、风机及智能控制系统组成。本发明采用阶段性升温严格控制系统的不稳定因素，通过PID‑VOCs传感器A/B和温度传感器连锁控制VOCs浓度和吸附床层的脱附过程。通过以上一些列措施实现吸脱附过程的高效净化，满足业主对VOCs处理的长效稳定运行，实用性强、值得重点推广。
Description
技术领域
本发明涉及“活性炭吸附+催化燃烧脱附”组合工艺设备，具体为吸脱附高效净化装备。
背景技术
近年来，我国对大气污染高度重视，国家和地方政府出台了一系列法律法规，尾气排放法规也在逐步升级，要求对颗粒物、VOCs、氮氧化物及硫化物等污染物重点整治。“活性炭吸附+催化燃烧脱附”组合工艺得到了业界、业主方及政府的认可，其净化效率高、吸附剂的寿命周期长、投资成本相对RTO、RCO要低的多，系统安全性和稳定性要好。但经过近几年的运行使用情况，存在较多细节问题，主要在以下几个方面：
1）系统在脱附过程中，温度控制是关键，吸附床层火灾频发，目前采用的方法是冷却水喷淋装置作为消防控制措施，缺点是喷淋完成后，蜂窝活性炭造成大面积坍塌，为后续清理带来困难；
2）系统在脱附过程中，催化燃烧后的气体经一级换热后直接排入大气中，未进行终端净化，当VOCs脱附浓度偏高时，造成短时间超标排放，在政策内是不允许的；
3）蜂窝活性炭吸附箱采用并联方式，进风管道和出风管道均为支管三通，风量分布是目前失败案例比较多的重要因素，每个吸附箱的风量偏离较大，造成局部负载过高；
4）脱附过程VOCs浓度失控，目前只是通过补冷风机对系统进行降温、稀释，无合理的逻辑控制措施。
目前“活性炭吸附+催化燃烧脱附”组合工艺整体净化效率相比其他技术工艺具有较大优势，细节部分需要进一步优化设计，本发明将解决以上问题。
发明内容
本发明提供一种吸脱附高效净化装备，重点解决四个方面的问题：
1）消防措施不合理：目前在脱附过程中，采用的方法是冷却水喷淋装置作为消防控制措施，缺点是喷淋完成后，蜂窝活性炭造成大面积坍塌，为后续清理带来困难；
2）VOCs短时间排放浓度偏高：在脱附过程中，催化燃烧后的气体经一级换热后直接排入大气中，未进行终端净化；
3）气流分配有缺陷：蜂窝活性炭吸附箱并联设置时，风量分配和箱体内部气流均布不合理，造成局部负载过高；
4）脱附过程VOCs浓度失控，目前只是通过补冷风机对系统进行降温、稀释，无合理的逻辑控制措施。
本发明通过一些列措施实现吸脱附过程的高效净化，满足业主对VOCs处理的长效稳定运行，实用性强、值得重点推广。
本发明是采用如下的计算方案实现的：吸脱附高效净化装备，包括干式过滤器和若干个吸附箱，干式过滤器出风口与吸附进风管道的进风口连接，吸附进风管道每个出口都通过吸附进口阀门连接吸附箱进风口；吸附箱出风口通过吸附出口阀门与吸附出风管道的进口连接；吸附出风管道的出风口与主排风机连接；
吸附箱脱附进风口通过脱附进口阀门和脱附进风管道的出口连接，脱附进风管道的进风口和脱附风机的出口连接，脱附风机的进口和电加热器B出口连接，电加热器B入口和二级换热器冷侧出口连接，二级换热器冷侧入口作为空气进口；吸附箱脱附出风口通过脱附出口阀门和脱附出风管道A的进口连接，脱附出风管道A的出风口和一级换热器的冷侧入口连接，一级换热器的冷侧出口和电加热器A入口连接，电加热器A出口和催化燃烧装置的入口连接，催化燃烧装置出口和一级换热器的热侧入口连接，一级换热器的热侧出口和二级换热器的热侧入口连接，二级换热器的热侧出口连接脱附出风管道B的进风口，脱附出风管道B的出风口连接吸附进风管道；
该装置的吸脱附净化工艺通过吸附进口阀门、吸附出口阀门、脱附进口阀门、脱附出口阀门的切换，实现单个吸附箱先进行吸附净化，再进行脱附再生，对于整个装置来说，实现一个吸附箱进行脱附再生，同时其余吸附箱进行吸附净化；
单个吸附箱的吸附净化、脱附再生过程如下：
吸附过程：脱附进口阀门、脱附出口阀门关闭，吸附进口阀门、吸附出口阀门开启，首先，含VOCs成分的废气经管道送入干式过滤箱进行过滤处理，将颗粒物成分进行过滤，过滤后的废气经吸附进风管道、吸附进口阀门，送入吸附箱进行吸附净化处理，净化后的洁净空气通过吸附出口阀门、吸附出风管道、主排风机排入大气中；
脱附过程：脱附进口阀门、脱附出口阀门开启，吸附进口阀门、吸附出口阀门关闭，催化燃烧装置内部装填催化剂，用于实现对脱附气流中VOCs成分的催化氧化，通过脱附风机提供气流动力，空气经二级换热器冷侧入口进入并进行温度一次提升至设定温度，同时启动后续电加热器B对空气进行高温二次提升，达到脱附再生温度后，通过脱附风机经脱附进风管道、脱附进口阀门进入吸附箱，空气进入吸附箱后将活性炭吸附床层上的VOCs成分带出，再经脱附出口阀门、脱附出风管道A送入一级换热器进行换热处理，对含VOCs成分的脱附气流进行温度三次提升，然后温度提升后的脱附气流送入电加热器A进行第四次温度提升至催化氧化温度，然后送入催化燃烧装置进行催化氧化反应，实现催化氧化后的洁净高温空气通过一级换热器和二级换热器后实现高效热量回收，温度降低到设定温度，由脱附出风管道B排入吸附进风管道对其进行终端吸附净化，最后达标排放，如此循环，直至吸附箱活性炭吸附床层脱附完成，切换至下一个活性炭吸附箱进行脱附工作。脱附出风管道B内部流通的是催化燃烧后经两级换热器A/B冷却的气体，因催化燃烧装置的催化反应效率有限，气体内部含有一定量的VOCs成分，需送入所述吸附进风管道，随主排风系统进入所述吸附箱内进行终端净化后再排入大气中。
上述的吸脱附高效净化装备，吸附进风管道的出口还设置有定风量阀，定风量阀是各个所述吸附箱风量分配均匀的关键因素，定风量阀的作用是调节各活性炭吸附箱的风量均衡程度，防止因风量分配不均造成个别活性炭吸附箱的吸附床层过早穿透。
上述的吸脱附高效净化装备，吸附箱内部蜂窝活性炭床层中间安装温度传感器，脱附出风管道A安装PID-VOCs传感器A；脱附出风管道B安装PID-VOCs传感器B，PID-VOCs传感器A用于监测脱附气流中的VOCs气体浓度，PID-VOCs传感器B用于监测催化燃烧后气流中的VOCs气体浓度，两个浓度值信号实时返回至控制系统，与温度传感器温度值进行综合判断脱附过程进行的程度。
上述的吸脱附高效净化装备，吸附箱床层脱附效率随着时间的推移，脱附效率会越来越低，所述电加热器B的加热功率需逐渐阶段性增加，以便将吸附箱床层大分子的VOCs脱附彻底，根据所述PID-VOCs传感器A监测到气流中的VOCs浓度电加热器B进行阶段性升温，同时VOCs浓度值应控制在安全范围内，温度传感器的检测的温度也应控制在安全范围内。
上述的吸脱附高效净化其装备，所述PID-VOCs传感器A、PID-VOCs传感器B检测到VOCs浓度异常或所述温度传感器检测到温度异常，反馈信号至控制系统，实时调节电加热器B加热功率，使得所述催化燃烧装置的催化反应效率保持在较高水平。
上述的吸脱附高效净化装备，吸附箱内部安装有CO2灭火系统，温度传感器检测到温度过高，超过限值时，所述电加热器B停止加热，同时启动所述CO2灭火系统，对超高温度区域进行喷吹降温处理。
上述的吸脱附高效净化装备，所述吸附箱内进风口位置设置气流分布器，分为两个部分，上部为扩散器，扩散器由四个孔板围成，扩散器上部开口为喇叭口，喇叭口正对进风口，气流从扩散器喇叭口和孔板上小孔通过，起到气流导向的作用，同时在扩散器的下侧安装微孔均流板，扩散器的下部开口正对微孔均流板，以实现气流二次分配的效果。
本发明采用CO2灭火系统作为消防措施；采用多回路设计，将催化燃烧后的气体经二级换热器后送入主排风系统的吸附箱进风管道，通过吸附床层的终端净化实现高效净化功能；通过气流均布装置将风量分配合理化，吸附箱内部设置气流均布器，预防了吸附床层的局部负载过高；采用阶段性升温严格控制系统的不稳定因素，通过PID-VOCs传感器A/B和温度传感器连锁控制VOCs浓度和吸附床层的脱附过程。通过以上一些列措施实现吸脱附过程的高效净化，满足业主对VOCs处理的长效稳定运行，实用性强、值得重点推广。
附图说明
图1所示为吸脱附高效净化工艺及其装备组成图主视图。
图2所示为吸脱附高效净化工艺及其装备组成图俯视图。
图3所示为脱附流程组成图。
图4为图3的俯视图。
图5所示为吸附箱连接图。
图6所示为吸附箱均流装置图。
图中：1-干式过滤器；2-吸附进风管道；3-脱附出风管道；4-定风量阀；5-吸附进口阀门；6-脱附出风管道A；7-吸附箱；8-脱附出口阀门；9-主排风机；10-吸附出风管道；11-吸附出口阀门；12-脱附进风管道；13-温度传感器；14-脱附风机；15-催化燃烧装置；16-电加热器A；17-PID-VOCs传感器A；18-一级换热器；19-二级换热器；20-PID-VOCs传感器B；21-电加热器B；22-脱附出风管道B；23-CO2灭火系统；24-脱附进口阀门；25-扩散器；26-微孔均流板。
具体实施方式
本发明所述的工艺装备主要由干式过滤器1、若干个吸附箱7、吸附进风管道2、电加热器（16/21）、蝶阀（5/8/11/24）、催化燃烧装置15、脱附出风管道A6、脱附出风管道B22、脱附进风管道12、吸附出风管道10、PID-VOCs传感器（17/20）、温度传感器（13）、风机（9/14）及智能控制系统组成。
所述干式过滤器1进风口接原排管道出口，所述原排管道为VOCs废气前端收集管路；所述干式过滤器1出风口与吸附进风管道2端部的进风口连接；所述吸附进风管道2管壁上的每个出口连接吸附进口阀门5、定风量阀4及吸附箱7进风口；所述吸附箱7出风口通过吸附出口阀门11与吸附出风管道10的管壁上的进口连接；所述吸附出风管道10的端部出风口与主排风机9连接；所述吸附箱7内部蜂窝活性炭床层中间安装温度传感器13，温度传感器13用于监控所述吸附箱7内蜂窝活性炭床层的温度，当其温度异常时，实时反馈信号至智能控制系统，判断是否降温、升温、停止加热/启动CO2灭火系统23；所述温度传感器13与PID-VOCs传感器A/B（17/20）和电加热器B21联锁。
所述吸附箱7脱附进风口通过脱附进口阀门24和脱附进风管道12管壁上的出口连接，脱附进风管道12端部的进风口和脱附风机14的出口连接，脱附风机14的进口和电加热器B21出口连接，电加热器B21入口和二级换热器19冷侧出口连接，二级换热器19冷侧入口作为富氧空气进口，所述吸附箱7脱附过程中用于脱附的热风来源于大气环境中的全新风空气，含氧量高、VOCs含量极低，安全性高；所述吸附箱7脱附出风口通过脱附出口阀门8和脱附出风管道A6管壁进口连接，脱附出风管道A6端部的出风口和一级换热器18的冷侧入口连接，一级换热器18的冷侧出口和电加热器A16入口连接，电加热器A16出口和催化燃烧装置15的入口连接，催化燃烧装置15出口和一级换热器18的热侧入口连接，一级换热器18的热侧出口和二级换热器19的热侧入口连接，二级换热器19的热侧出口连接脱附出风管道B22的一端口，脱附出风管道B22的另一端口连接吸附进风管道2。
通过吸附进口阀门5、吸附出口阀门11、脱附进口阀门24、脱附出口阀门8的切换，实现单个吸附箱7先进行吸附净化，再进行脱附再生，对于整个装置来说，实现一个吸附箱7进行脱附再生，同时其余活性炭吸附箱进行吸附净化7。
单个吸附箱7的吸附净化、脱附再生过程如下：
吸附过程：
脱附进口阀门24、脱附出口阀门8关闭，吸附进口阀门5、吸附出口阀门11开启，首先，含VOCs成分的废气经管道送入干式过滤箱1进行过滤处理，将颗粒物成分进行过滤，过滤后的废气经吸附进风管道2、吸附进口阀门5、定风量阀4，送入活性炭吸附箱7进行吸附净化处理，净化后的洁净空气通过吸附出口阀门11、吸附出口管道10、主排风机9，排入大气中。定风量阀4的作用是调节各活性炭吸附箱的风量均衡程度，防止因风量分配不均造成个别活性炭吸附箱的吸附床层过早穿透。
脱附过程：
脱附进口阀门24、脱附出口阀门8开启，吸附进口阀门5、吸附出口阀门11关闭，催化燃烧装置15内部装填催化剂，用于实现对高浓度VOCs成分的催化氧化，通过脱附风机14提供气流动力，富氧空气经二级换热器19冷侧入口进入并进行温度一次提升至设定温度，同时启动后续电加热器B21对富氧空气进行高温二次提升，达到脱附再生温度后，通过脱附风机14经脱附进风管道12、脱附进口阀门24进入吸附箱7，富氧空气进入吸附箱7后将活性炭吸附床层上的VOCs成分带出，再经脱附出口阀门8、脱附出风管道A6送入一级换热器18进行换热处理，对脱附气流进行温度三次提升，然后温度提升后的脱附气流送入电加热器A16进行第四次温度提升至催化氧化温度，然后送入催化燃烧装置15进行催化氧化反应，实现催化氧化后的洁净高温空气通过一级换热器18（高温气体用于实现对高浓度VOCs成分的第三次温度提升）和二级换热器19（一次降温后的高温气体用于实现对富氧空气的第一次温度提升）后实现高效热量回收，温度降低到设定温度，由脱附出风管道B22排入吸附进风管道2对其进行终端吸附净化，最后达标排放，如此循环，直至活性炭吸附床层脱附完成，切换至下一个活性炭吸附箱7进行脱附工作流程。
所述脱附出风管道A6安装PID-VOCs传感器A17，用于检测脱附气流中含的VOCs浓度，严格控制在爆炸下限1/4以下；所述脱附出风管道B22安装PID-VOCs传感器B20，当PID-VOCs传感器B20检测到所述催化燃烧装置15的净化效率低于95%并且此处VOCs浓度超过限值时，说明脱附出的VOCs总量超过催化燃烧装置15的反应的极限，反馈所述电加热器B21降低加热功率，以降低活性炭床层的脱附效率。
所述吸附箱7床层脱附效率随着时间的推移，脱附效率会越来越低，所述电加热器B21的加热功率需逐渐阶段性增加，以便将所述吸附箱7床层大分子的VOCs脱附彻底，同时严格控制所述PID-VOCs传感器A17的浓度低于3000mg/m3，所述温度传感器13的检测温度不得高于110℃。
所述吸附箱7床层安装的温度传感器13检测到温度过高，超过限值时，所述电加热器B21停止加热，同时启动所述CO2灭火系统23，对超高温度区域进行喷吹降温处理。
所述吸附箱7上部设置气流分布器，分为两个部分，如图1所述，上部为扩散器25安装，起到气流导向的作用，同时在所述扩散器的下侧安装微孔均流板26结构，以实现气流二次分配的效果。
Claims (7)
1.吸脱附高效净化装备，其特征在于：包括干式过滤器（1）和若干个吸附箱（7），干式过滤器（1）出风口与吸附进风管道（2）的进风口连接，吸附进风管道（2）每个出口都通过吸附进口阀门（5）连接吸附箱（7）进风口；吸附箱（7）出风口通过吸附出口阀门（11）与吸附出风管道（10）的进口连接；吸附出风管道（10）的出风口与主排风机（9）连接；
吸附箱（7）脱附进风口通过脱附进口阀门（24）和脱附进风管道（12）的出口连接，脱附进风管道（12）的进风口和脱附风机（14）的出口连接，脱附风机（14）的进口和电加热器B（21）出口连接，电加热器B（21）入口和二级换热器（19）冷侧出口连接，二级换热器（19）冷侧入口作为空气进口；吸附箱（7）脱附出风口通过脱附出口阀门（8）和脱附出风管道A（6）的进口连接，脱附出风管道A（6）的出风口和一级换热器（18）的冷侧入口连接，一级换热器（18）的冷侧出口和电加热器A（16）入口连接，电加热器A（16）出口和催化燃烧装置（15）的入口连接，催化燃烧装置（15）出口和一级换热器（18）的热侧入口连接，一级换热器（18）的热侧出口和二级换热器（19）的热侧入口连接，二级换热器（19）的热侧出口连接脱附出风管道B（22）的进风口，脱附出风管道B（22）的出风口连接吸附进风管道（2）；
该装置的吸脱附净化工艺通过吸附进口阀门（5）、吸附出口阀门（11）、脱附进口阀门（24）、脱附出口阀门（8）的切换，实现单个吸附箱（7）先进行吸附净化，再进行脱附再生，对于整个装置来说，实现一个吸附箱（7）进行脱附再生，同时其余吸附箱（7）进行吸附净化；
单个吸附箱（7）的吸附净化、脱附再生过程如下：
吸附过程：脱附进口阀门（24）、脱附出口阀门（8）关闭，吸附进口阀门（5）、吸附出口阀门（11）开启，首先，含VOCs成分的废气经管道送入干式过滤箱（1）进行过滤处理，将颗粒物成分进行过滤，过滤后的废气经吸附进风管道（2）、吸附进口阀门（5），送入吸附箱（7）进行吸附净化处理，净化后的洁净空气通过吸附出口阀门（11）、吸附出风管道（10）、主排风机（9）排入大气中；
脱附过程：脱附进口阀门（24）、脱附出口阀门（8）开启，吸附进口阀门（5）、吸附出口阀门（11）关闭，催化燃烧装置（15）内部装填催化剂，用于实现对脱附气流中VOCs成分的催化氧化，通过脱附风机（14）提供气流动力，空气经二级换热器（19）冷侧入口进入并进行温度一次提升至设定温度，同时启动后续电加热器B（21）对空气进行高温二次提升，达到脱附再生温度后，通过脱附风机（14）经脱附进风管道（12）、脱附进口阀门（24）进入吸附箱（7），空气进入吸附箱（7）后将活性炭吸附床层上的VOCs成分带出，再经脱附出口阀门（8）、脱附出风管道A（6）送入一级换热器（18）进行换热处理，对含VOCs成分的脱附气流进行温度三次提升，然后温度提升后的脱附气流送入电加热器A（16）进行第四次温度提升至催化氧化温度，然后送入催化燃烧装置（15）进行催化氧化反应，实现催化氧化后的洁净高温空气通过一级换热器（18）和二级换热器（19）后实现高效热量回收，温度降低到设定温度，由脱附出风管道B（22）排入吸附进风管道（2）对其进行终端吸附净化，最后达标排放，如此循环，直至吸附箱活性炭吸附床层脱附完成，切换至下一个活性炭吸附箱（7）进行脱附工作。
2.根据权利要求1所述的吸脱附高效净化装备，其特征在于：吸附进风管道（2）的出口还设置有定风量阀（4），定风量阀（4）是各个所述吸附箱（7）风量分配均匀的关键因素，定风量阀（4）的作用是调节各活性炭吸附箱的风量均衡程度，防止因风量分配不均造成个别活性炭吸附箱的吸附床层过早穿透。
3.根据权利要求2所述的吸脱附高效净化装备，其特征在于：吸附箱（7）内部蜂窝活性炭床层中间安装温度传感器（13），脱附出风管道A（6）安装PID-VOCs传感器A（17）；脱附出风管道B（22）安装PID-VOCs传感器B（19），PID-VOCs传感器A（17）用于监测脱附气流中的VOCs气体浓度，PID-VOCs传感器B（20）用于监测催化燃烧后气流中的VOCs气体浓度，两个浓度值信号实时返回至控制系统，与温度传感器（13）温度值进行综合判断脱附过程进行的程度。
4.根据权利要求3所述的吸脱附高效净化装备，其特征在于：吸附箱（7）床层脱附效率随着时间的推移，脱附效率会越来越低，所述电加热器B（21）的加热功率需逐渐阶段性增加，以便将吸附箱（7）床层大分子的VOCs脱附彻底，根据所述PID-VOCs传感器A（17）监测到气流中的VOCs浓度电加热器B（21）进行阶段性升温，同时VOCs浓度值应控制在安全范围内，温度传感器（13）的检测的温度也应控制在安全范围内。
5.根据权利要求3或4所述的吸脱附高效净化其装备，其特征在于：所述PID-VOCs传感器A（17）、PID-VOCs传感器B（19）检测到VOCs浓度异常或所述温度传感器（13）检测到温度异常，反馈信号至控制系统，实时调节电加热器B（21）加热功率，使得所述催化燃烧装置（15）的催化反应效率保持在较高水平。
6.根据权利要求3或4所述的吸脱附高效净化装备，其特征在于：吸附箱（7）内部安装有CO2灭火系统（23），温度传感器（13）检测到温度过高，超过限值时，所述电加热器B（21）停止加热，同时启动所述CO2灭火系统（23），对超高温度区域进行喷吹降温处理。
7.根据权利要求1或2或3或4所述的吸脱附高效净化装备，其特征在于：所述吸附箱（7）内进风口位置设置气流分布器，分为两个部分，上部为扩散器（25），扩散器（25）由四个孔板围成，扩散器上部开口为喇叭口，喇叭口正对进风口，气流从扩散器喇叭口和孔板上小孔通过，起到气流导向的作用，同时在扩散器的下侧安装微孔均流板（26），扩散器的下部开口正对微孔均流板（26），以实现气流二次分配的效果。
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