CN113634085B - 热回收式催化燃烧废气处理设备及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及热回收式催化燃烧废气处理设备及其工作方法。该热回收式催化燃烧废气处理设备，核心组件包括沸石吸附固定床(至少一个)，一个催化燃烧炉、一个蓄热箱、一个二级催化箱，以及配件(风机、管道及阀门)。其中催化燃烧炉与蓄热箱并联，用风管与沸石吸附固定床形成内循环管路，当沸石固定床脱附结束时，高温热气经脱附风机抽至蓄热箱，再经直排管进入烟囱。当内循环脱附时，少量高温烟气经直排管及二级催化箱，二次催化反应后再排入烟囱。本发明提高了废气过滤效率，使得转化率可以达到99％以上，能够将热量进行二次利用，实现脱附。
Description
技术领域
本发明属于环保设备技术领域，尤其涉及热回收式催化燃烧废气处理设备及其工作方法。
背景技术
由于VOCs是臭氧及PM2.5的前驱体，降低VOCs是当前环保治理的重点控制对象。目前很多工厂的VOCs是低浓度大风量，因此为了降低能耗，需要经过吸附浓缩后再进行焚烧处理(如RCO\RTO\TO\CO)，其中吸附浓缩主要有固定床吸附及转轮式吸附。针对于固定床吸附，目前已经大量使用，但都采冷风直接将已脱附的高温吸附箱直接降温，大量的热被带走至大气中，产生很大的能源浪费。另外，现有的固定床脱附时浓度可以达到3～10g/m3，而一般催化燃烧炉只能达到98％左右的去除率，因此催化燃烧出口浓度仍会有30～100mg/m3的VOCs没有消除而进入大气，这样仍导致环保处理不达标的现象。
发明内容
为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
热回收式催化燃烧废气处理设备，包括
至少一个吸附固定床，具有
吸附组件，能吸附VOCs，
位于吸附组件两侧的进气口、出气口，
位于吸附组件两侧的回气出口、回气进口，
进气口、回气出口位于吸附组件同一侧，出气口、回气进口位于吸附组件同一侧；及
催化燃烧炉，与回气出口、回气进口连通；以及
排烟部，具有
进烟口，与出气口、催化燃烧炉相连。
一些方式中，所述催化燃烧炉包括
催化燃烧室，能将VOCs分解，具有
催化进气部，与回气出口连通，
催化出气部，与回气进口连通；
蓄热箱，能够储蓄热量，具有
蓄热进气部，与回气出口连通，
蓄热出气部，与回气进口连通。
一些方式中，燃烧部进气阀的两端分别连通催化进气部、蓄热进气部，另有一端连通回气出口；
燃烧部出气阀两端口分别连通催化出气部、蓄热出气部，另有一端连通回气进口及进烟口。
一些方式中，所述催化燃烧炉与所述排烟部间设有二级催化部。
一些方式中，所述二级催化部为低温催化设备，所述二级催化部与所述进烟口间具有气阀。
一些方式中，燃烧部出气阀两端口分别连通催化出气部、蓄热出气部，另有一端或两端连通回气进口及二级催化部。
一些方式中，所述催化燃烧炉与回气进口之间设有阻火器。
一些方式中，所述吸附组件为沸石吸附件；
所述催化燃烧炉与回气出口间具有导风组件。
所述热回收式催化燃烧废气处理设备的工作方法，包括
A步吸附步骤：
废气通入吸附固定床，吸附固定床吸附废气中VOCs，经过吸附固定床中沸石吸附的气体形成达标气体排出，
A0步，判断吸附固定床是否达到预设时长和/或判断吸附固定床VOCs是否吸附饱和：达到预设时长和/或吸附饱和执行B步，反之重新执行A步；
B步蓄热箱热量回用步骤：
切换三通阀，将吸附固定床与蓄热箱风管打开，形成内循环，利用脱附风机内循环，将蓄热箱中蓄热陶瓷的热量带至吸附固定床的沸石材料中，利用蓄热箱进行吸附固定床预热升温，
B0步，判断吸附固定床是否达到预设预热时长和/或判断蓄热箱进口温度与出口温度相差小于10摄氏度时：达到预设时长和/或蓄热箱进出口温度相差小于10摄氏度时执行C步，反之重新执行B步；
C步脱附催化燃烧步骤，
利用脱附风机将催化燃烧炉的加热产生的高温气体导入吸附固定床的回气进口，使高温气体将吸附固定床中沸石进行加热解析出VOCs，经内循环管路带出至催化燃烧炉，再经催化燃烧炉使VOCs分解，形成二氧化碳和水，并放出热，形成内循环方式，其中有5～10％的高温烟气经二级催化箱及阀门排至烟囱，
C0步，判断吸附固定床是否达到预设脱附时长和/或判断吸附固定床VOCs是否脱附完全：达到预设时长和/或脱附完全执行D步，反之重新执行B步；
D步冷却步骤：
切换三通阀，将吸附固定床与蓄热箱风管打开，形成内循环，利用脱附风机内循环，将沸石床层的热量带至蓄热箱中的蓄热陶瓷中，吸收热量的气体降温至低温经直排管排进烟囱，实现吸附固定床的热量回收储存，
D0步，判断吸附固定床是否达到预设冷却时长和/或判断吸附固定床温度降至50摄氏度以内：达到预设时长和/或吸附固定床温度达50摄氏度以内执行A步，反之重新执行D步。
本发明的有益效果是：
提高了废气过滤效率，使得转化率可以达到99％以上，能够将热量进行二次利用，实现脱附。
附图说明
图1为本发明一种结构示意图；
图2为本发明催化燃烧炉一种连接结构示意图；
图3为本发明一种控制步骤示意图；
图4为本发明具有多吸附固定床时控制步骤示意图；
图5为本发明具有多吸附固定床时结构示意图。
图中：
100吸附固定床，101进气口，102出气口，110吸附组件，111回气出口，112回气进口，200催化燃烧炉，210催化燃烧室，211催化进气部，212催化出气部，220蓄热箱，221蓄热进气部，222蓄热出气部，300排烟部，400二级催化部，500阻火器，600导风组件。
具体实施方式
下面对本发明做进一步说明：
热回收式催化燃烧废气处理设备，如图1中，包括
至少一个吸附固定床100，具有
吸附组件110，能吸附VOCs，
位于吸附组件110两侧的进气口101、出气口102，
位于吸附组件110两侧的回气出口111、回气进口112，
进气口101、回气出口111位于吸附组件110同一侧，出气口102、回气进口112位于吸附组件110同一侧，使得从进气口101进入的气体从吸附组件110穿过后到达出气口102，“一侧”表述并不限定表示设置在吸附组件110上，只是为了表示位置关系，气体需要穿过吸附组件110才能到达从一气口到达另一气口，同时，如回气出口111、进气口101并不一定限定两者必须采用两个口气，凡是能够实现进出气，在等同或相近前提下均应在本发明范围内，其他类似部位也应当具有相同保护范围；及
催化燃烧炉200，与回气出口111、回气进口112连通，使得吸附固定床100中的气体能够反向从回气出口111出来后进入催化燃烧炉200中；以及
排烟部300，具有
进烟口，与出气口102、催化燃烧炉200相连；
排烟口，用于将处理后的达标气体进行排放或收集。
所述催化燃烧炉200包括
催化燃烧室210，能将VOCs分解为二氧化碳和水，具有
催化进气部211，与回气出口111连通，
催化出气部212，与回气进口112连通；
蓄热箱220，能够储蓄热量，具有
蓄热进气部221，与回气出口111连通，
蓄热出气部222，与回气进口112连通。
蓄热箱220与催化燃烧室210串联，催化燃烧室210的热量能够部分转移至蓄热箱220中，蓄热箱220具体蓄热方式一种可采用现有技术；可以蓄热，然后蓄热箱220还能将热量转移出来，输送至吸附固定床100中；
比如在蓄热箱220增加送风装置，在需要时，送风装置将蓄热箱220送风，然后气体从蓄热箱220获取热量形成高温气体，最后进入吸附固定床100中。
在催化燃烧室210燃烧时，热量一部分转移至蓄热箱220中，同时燃烧产生了高温气体也可通过三通阀排向吸附组件110和二级催化部400。
结合图2中，燃烧部进气阀230的两端分别连通催化进气部211、蓄热进气部221，另有一端连通回气出口111；
燃烧部出气阀240两端口分别连通催化出气部212、蓄热出气部222，另有一端连通回气进口112及进烟口。
所述催化燃烧炉200与所述排烟部300间设有二级催化部400。
在二级催化部400与催化燃烧炉200之间一些方式通过直排管进行连通。
所述二级催化部400为低温催化设备，所述二级催化部400与所述进烟口间具有气阀。
燃烧部出气阀240两端口分别连通催化出气部212、蓄热出气部222，另有一端或两端连通回气进口112及二级催化部400。
所述催化燃烧炉200与回气进口112之间设有阻火器500，高温气体能够顺利从阻火器500通过。
所述吸附组件110为沸石吸附件；
所述催化燃烧炉200与回气出口111间具有导风组件600，导风组件600一种为脱附风机，可以将吸附固定床100中的气体抽出送入催化燃烧室中，在该送气过程中为了避免气体乱入蓄热箱，一种方式可以通过控制三通阀来实现气体路径控制。
热回收式催化燃烧废气处理设备的工作方法，如图3中，包括
A步，具有步骤：
将废气通入吸附固定床，
吸附固定床吸附废气中VOCs，经过吸附固定床过滤吸附的气体形成达标气体排出，
A0步，判断是否达到预设时长和/或判断吸附固定床VOCs是否吸附饱和：未达到预设时长和/或未吸附饱和重新执行A步(返回A步中第一步骤继续保持给吸附固定床送废气，进行吸附作业，然后按序执行A步中步骤)，反之执行B步；
B步，具有步骤：
将催化燃烧炉的高温气体导入吸附固定床的回气进口，
高温气体将吸附组件中VOCs脱附带出至催化燃烧炉，
催化燃烧炉使VOCs分解，产生达标气体。
另一更详细的实施方式为：
A步吸附步骤：
废气通入吸附固定床，吸附固定床吸附废气中VOCs，经过吸附固定床中沸石吸附的气体形成达标气体排出；
A0步，判断吸附固定床是否达到预设时长和/或判断吸附固定床VOCs是否吸附饱和：达到预设时长和/或吸附饱和执行B步，反之重新执行A步；
B步蓄热箱热量回用步骤：
切换三通阀，将吸附固定床与蓄热箱风管打开，形成内循环，利用脱附风机内循环，将蓄热箱中蓄热陶瓷的热量带至吸附固定床的沸石材料中，利用蓄热箱进行吸附固定床预热升温。
B0步，判断吸附固定床是否达到预设预热时长和/或判断蓄热箱进口温度与出口温度相差小于10摄氏度时：达到预设时长和/或蓄热箱进出口温度相差小于10摄氏度时执行C步，反之重新执行B步；
C步脱附催化燃烧步骤，
利用脱附风机将催化燃烧炉的加热产生的高温气体导入吸附固定床的回气进口，使高温气体将吸附固定床中沸石进行加热解析出VOCs，经内循环管路带出至催化燃烧炉，再经催化燃烧炉使VOCs分解，形成二氧化碳和水，并放出热，形成内循环方式，其中有5～10％的高温烟气经二级催化箱及阀门排至烟囱。
C0步，判断吸附固定床是否达到预设脱附时长和/或判断吸附固定床VOCs是否脱附完全：达到预设时长和/或脱附完全执行D步，反之重新执行B步；
D步冷却步骤，一种为定时散热，另一种情况为吸附固定床过热时(如大于50℃时)
切换三通阀，将吸附固定床与蓄热箱风管打开，形成内循环，利用脱附风机内循环，将沸石床层的热量带至蓄热箱中的蓄热陶瓷中，吸收热量的气体降温至低温经直排管排进烟囱，实现吸附固定床的热量回收储存。
D0步，判断吸附固定床是否达到预设冷却时长和/或判断吸附固定床温度降至50摄氏度以内：达到预设时长和/或吸附固定床温度达50摄氏度以内执行A步，反之重新执行D步。
结合图4、5中，当具有多个并联吸附固定床时，
A步，具有步骤：
废气分别通入若干吸附固定床，
吸附固定床吸附废气中VOCs，经过吸附固定床过滤吸附的气体形成达标气体排出，
A0步，判断一吸附固定床是否达到预设时长和/或判断吸附固定床VOCs是否吸附饱和：满足条件执行B步，反之重新执行A步同时针对另一吸附固定床执行A0步；
B步，具有步骤：
切断该满足条件吸附固定床的废气进气，
将催化燃烧炉的高温气体导入吸附固定床的回气进口，
高温气体将吸附组件中VOCs脱附带出至催化燃烧炉，
催化燃烧炉使VOCs分解，产生达标气体。
这种多个吸附固定床并联设置，使得整个气体处理可以实现不间断工作，仅需停止其中一个或几个吸附固定床进行脱附，其他吸附固定床可以正常工作。
所述在初次执行步骤B前，利用蓄热箱储存的热量对吸附固定床进行预热，同时催化燃烧炉启动，使催化燃烧炉达到设定工作温度，经脱附风机将高温气体送至吸附固定床；
当吸附组件110具有多个时，其中B步中，第一步为停止A步中相关需要脱附的吸附固定床进气程序，即停止饱和需要进行脱附的吸附组件110的进气作业；同时保持其他无需脱附的吸附组件110正常的废气进气和吸附作业。同时，针对一次行为中同时检测多个吸附固定床，然后同时对多个吸附固定床进行脱附，其本质上还是具有先后顺序，即便其能够通过多组控制模块进行同时控制，但是有其中一组采用和本发明相近的控制方法，也都应当在本发明保护范围内。
其中预设实现执行B一种方式为，设定固定时长，当达到时长后，停止执行A，开始执行B，然后B执行一定时间后重新执行A；另一种为，通过进入吸附固定床废气的流量、浓度来计算进入吸附固定床中总的VOCs量，从而判断吸附固定床吸附是否饱和；其中，流动气体中VOCs量可通过感应器来监测。当然，其他类似能够实现本目的的也同样在本发明保护范围内。
运行方式：
1.吸附风进入沸石吸附箱，经沸石分子筛将VOCs吸附固定在分子筛孔道内外，处理达标的气体经吸附出口到达烟囱排放。
2.当沸石吸附箱吸附VOCs饱和后，经催化燃烧炉加热，将高温尾气经三通阀，经阻火器进入沸石吸附箱，加热沸石后，将沸石分子筛孔道内外的VOCs脱附，形成高浓度VOCs气体经脱附出口，由脱附风机送入催化燃烧炉内，经进行高温催化氧化，将VOCs反应形成二氧化碳和水。
3.当催化燃烧反应过程中需要引入氧以及过多的热量排放时，需要通过三通阀经二级催化反应，进一步提升转换率，可以获得>99％以上的转换率，达标后的废气经烟囱排放到大气中。
本领域的技术人员可以明确，在不脱离本发明的总体精神以及构思的情形下，可以做出对于以上实施例的各种变型。其均落入本发明的保护范围之内。本发明的保护方案以本发明所附的权利要求书为准。
Claims (7)
1.热回收式催化燃烧废气处理设备，其特征在于，包括
至少一个吸附固定床(100)，具有
吸附组件(110)，能吸附VOCs，
位于吸附组件(110)两侧的进气口(101)、出气口(102)，
位于吸附组件(110)两侧的回气出口(111)、回气进口(112)，
进气口(101)、回气出口(111)位于吸附组件(110)同一侧，出气口(102)、回气进口(112)位于吸附组件(110)同一侧；及
催化燃烧炉(200)，与回气出口(111)、回气进口(112)连通；以及
排烟部(300)，具有
进烟口，与出气口(102)、催化燃烧炉(200)相连；
其中，
所述催化燃烧炉(200)包括
催化燃烧室(210)，能将VOCs分解，具有
催化进气部(211)，与回气出口(111)连通，
催化出气部(212)，与回气进口(112)连通；
蓄热箱(220)，能够储蓄热量，具有
蓄热进气部(221)，与回气出口(111)连通，
蓄热出气部(222)，与回气进口(112)连通；
燃烧部进气阀(230)的两端分别连通催化进气部(211)、蓄热进气部(221)，另有一端连通回气出口(111)；
燃烧部出气阀(240)两端口分别连通催化出气部(212)、蓄热出气部(222)，另有一端连通回气进口(112)及进烟口。
2.根据权利要求1所述的热回收式催化燃烧废气处理设备，其特征在于，所述催化燃烧炉(200)与所述排烟部(300)间设有二级催化部(400)。
3.根据权利要求2所述的热回收式催化燃烧废气处理设备，其特征在于，所述二级催化部(400)为低温催化设备，所述二级催化部(400)与所述进烟口间具有气阀。
4.根据权利要求2所述的热回收式催化燃烧废气处理设备，其特征在于，燃烧部出气阀(240)两端口分别连通催化出气部(212)、蓄热出气部(222)，另有一端或两端连通回气进口(112)及二级催化部(400)。
5.根据权利要求2所述的热回收式催化燃烧废气处理设备，其特征在于，所述催化燃烧炉(200)与回气进口(112)之间设有阻火器(500)。
6.根据权利要求1所述的热回收式催化燃烧废气处理设备，其特征在于，所述吸附组件(110)为沸石吸附件；
所述催化燃烧炉(200)与回气出口(111)间具有导风组件(600)。
7.权利要求1-6任一所述热回收式催化燃烧废气处理设备的工作方法，其特征在于，包括
A步吸附步骤：
废气通入吸附固定床，吸附固定床吸附废气中VOCs，经过吸附固定床中沸石吸附的气体形成达标气体排出，
A0步，判断吸附固定床是否达到预设时长和/或判断吸附固定床VOCs是否吸附饱和：达到预设时长和/或吸附饱和执行B步，反之重新执行A步；
B步蓄热箱热量回用步骤：
切换三通阀，将吸附固定床与蓄热箱风管打开，形成内循环，利用脱附风机内循环，将蓄热箱中蓄热陶瓷的热量带至吸附固定床的沸石材料中，利用蓄热箱进行吸附固定床预热升温，
B0步，判断吸附固定床是否达到预设预热时长和/或判断蓄热箱进口温度与出口温度相差小于10摄氏度时：达到预设时长和/或蓄热箱进出口温度相差小于10摄氏度时执行C步，反之重新执行B步；
C步脱附催化燃烧步骤：
利用脱附风机将催化燃烧炉的加热产生的高温气体导入吸附固定床的回气进口，使高温气体将吸附固定床中沸石进行加热解析出VOCs，经内循环管路带出至催化燃烧炉，再经催化燃烧炉使VOCs分解，形成二氧化碳和水，并放出热，形成内循环方式，其中有5～10％的高温烟气经二级催化箱及阀门排至烟囱，
C0步，判断吸附固定床是否达到预设脱附时长和/或判断吸附固定床VOCs是否脱附完全：达到预设时长和/或脱附完全执行D步，反之重新执行B步；
D步冷却步骤：
切换三通阀，将吸附固定床与蓄热箱风管打开，形成内循环，利用脱附风机内循环，将沸石床层的热量带至蓄热箱中的蓄热陶瓷中，吸收热量的气体降温至低温经直排管排进烟囱，实现吸附固定床的热量回收储存，
D0步，判断吸附固定床是否达到预设冷却时长和/或判断吸附固定床温度降至50摄氏度以内：达到预设时长和/或吸附固定床温度达50摄氏度以内执行A步，反之重新执行D步。
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