CN113719842A - 一种高效热量回收的VOCs处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高效热量回收的VOCs处理系统,用于大风量、低浓度VOCs废气治理,包括控制子系统、催化床、电加热辅热、二级换热器和n个固定吸附床;所述VOCs处理系统运行时,所述控制子系统依次控制所述n‑2m个吸附状态的固定吸附床中的m个为脱附状态的固定吸附床、控制原m个脱附状态的固定吸附床为m个冷却状态的固定吸附床、控制原m个冷却状态的固定吸附床为m个吸附状态的固定吸附床;部分VOCs废气通过所述n‑2m个吸附状态的固定吸附床吸附净化;其余部分VOCs废气通过所述催化床燃烧净化,燃烧净化后的高温气体通过二级换热器对所述其余部分VOCs废气加热、进行热量二次回收利用。有益效果是冷却气源和脱附气源质量高、处理风量大、热量利用率高。
Description
【技术领域】
本发明涉及有机废气净化治理领域,具体涉及一种高效热量回收的VOCs处理系统。
【背景技术】
挥发性有机物,常用VOCs表示,它是Volatile Organic Compounds三个词第一个字母的缩写。RTO-蓄热式热力焚化炉,英文名为“Regenerative Thermal Oxidizer”,简称为“RTO”。“沸石浓缩转轮吸附-RTO催化燃烧”废气治理技术是环保废气治理领域常用的组合型废气治理工艺技术手段。VOCs废气通过沸石浓缩转轮后,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气体被洁净后直接通过烟囱排放到大气中;转轮持续以1-6转/小时的速度旋转,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焚化炉进行燃烧转成二氧化碳及水蒸气排放至大气中。
随着经济发展,环境问题越来越严重,VOCs治理已成为环境治理的重要工作之一,其中工业涂装行业是VOCs排放控制重点行业,具有风量大,浓度低的特点,治理难度大。目前多采用“沸石分子筛吸附浓缩+催化燃烧”处理工艺,因大部分车间为老旧厂房改造,后机房尺寸空间有限,因此,“固定床沸石分子筛吸附浓缩+催化燃烧”工艺具有一定的市场需求。但因喷漆浓度波动的特点,旧工艺在使用过程中需要采用系统外空气加热至脱附温度进行脱附,但由于系统外灰尘较多,需要大量热量加热至脱附温度,因此,治理设备在运行过程中通常需要消耗较多的能源,运行成本高。在工业涂装必须达标的前提下,需要一种处理效率高,热量回收利用率大的处理系统,降低设备运行能耗,真正做到绿色运行。
【发明内容】
本发明的目的是,提供一种用于大风量、低浓度VOCs废气治理,冷却气源和脱附气源质量高、处理风量大、热量利用率高的VOCs处理系统。
为实现上述目的,本发明采取的技术方案是一种高效热量回收的VOCs处理系统,用于大风量、低浓度VOCs废气治理,包括控制子系统、催化床、电加热辅热、二级换热器和n个固定吸附床;所述控制子系统用于控制所述VOCs处理系统运行;所述n个固定吸附床中n-2m个处于吸附状态、m个处于脱附状态、m个处于冷却状态,n、m是正整数,n-2m是m的正整数倍;所述VOCs处理系统运行时,所述控制子系统依次控制所述n-2m个吸附状态的固定吸附床中的m个为脱附状态的固定吸附床、控制原m个脱附状态的固定吸附床为m个冷却状态的固定吸附床、控制原m个冷却状态的固定吸附床为m个吸附状态的固定吸附床;部分VOCs废气通过所述n-2m个吸附状态的固定吸附床吸附净化;其余部分VOCs废气经过所述m个冷却状态的固定吸附床,通过二级换热器和电加热辅热加热到脱附温度,经过所述m个脱附状态的固定吸附床后,通过所述催化床燃烧净化,燃烧净化后的高温气体通过二级换热器对所述其余部分VOCs废气加热、进行热量二次回收利用。
优选地,上述的一种高效热量回收的VOCs处理系统,所述n个固定吸附床中n-2个处于吸附状态、1个处于脱附状态、1个处于冷却状态。
优选地,上述的一种高效热量回收的VOCs处理系统,还包括过滤箱、吸附风机、烟囱和脱附风机;所述固定吸附床包括吸附入口、吸附出口、冷却出口、脱附入口和脱附出口,所述二级换热器包括第一级入口、第一级出口、第二级入口和第二级出口;VOCs废气通过管路进入所述过滤箱,所述催化床出口通过管路连接脱附风机入口,所述二级换热器第一级出口通过管路连接电加热辅热入口,所述二级换热器第二级出口、吸附风机出口通过管路连接烟囱;所述过滤箱出口和固定吸附床吸附入口之间设有串联阀门的吸附进气管路、所述固定吸附床吸附出口和吸附风机入口之间设有串联阀门的吸附出气管路、所述固定吸附床冷却出口和二级换热器第一级入口之间设有串联阀门的冷却管路、所述电加热辅热出口和固定吸附床脱附入口之间设有串联阀门的脱附进气管路、所述固定吸附床脱附出口和催化床入口之间设有串联阀门的脱附出气管路,所述脱附风机出口和二级换热器第二级入口之间设有串联阀门的催化出气管路,所述控制子系统还用于通过阀门控制管路开关。
优选地,上述的一种高效热量回收的VOCs处理系统,所述过滤箱对VOCs废气中的油漆漆雾颗粒进行高效过滤。
优选地,上述的一种高效热量回收的VOCs处理系统,所述固定吸附床内部包括沸石分子筛,用于对低浓度VOCs废气进行吸附浓缩。
进一步地,上述的一种高效热量回收的VOCs处理系统,所述控制子系统(12)包括处理器和存储器,所述存储器存储有程序,所述程序被处理器执行时实现以下步骤:
S1、根据时间依次设定所述n-2个吸附状态的固定吸附床中的1个为脱附状态的固定吸附床、设定原脱附状态的固定吸附床为冷却状态的固定吸附床、设定原冷却状态的固定吸附床为吸附状态的固定吸附床;
S2、吸附过程中所述吸附风机提供动力源,部分VOCs废气经所述过滤箱过滤后,通过所述吸附进气管路进入所述吸附状态的固定吸附床低温吸附净化,净化后的VOCs废气经所述吸附出气管路和所述烟囱排出;
S3、冷却过程中其余部分VOCs废气经所述过滤箱和所述吸附进气管路进入所述冷却状态的固定吸附床进行冷却,冷却后的VOCs废气进入所述冷却管路作为脱附过程气体源;
S4、脱附过程中所述脱附风机提供动力源,冷却后的VOCs废气经所述二级换热器和所述电加热辅热加热至脱附温度后进入所述脱附状态的固定吸附床中脱附,脱附后的高浓度VOCs气体经所述脱附出气管路进入所述催化床催化燃烧,催化燃烧后的气体经所述二级换热器换热后通过烟囱排出。
优选地,上述的一种高效热量回收的VOCs处理系统,所述催化床用于对脱附后的高浓度VOCs废气进行催化燃烧、和氧气反应形成无害气体、并释放大量的热能;所述催化床内部包括催化剂、电加热和换热器,所述电加热用于起燃前的加热、保持催化床内部温度在合适的范围,所述换热器用于利用催化燃烧后的余热、提高热量利用效率。
优选地,上述的一种高效热量回收的VOCs处理系统,所述脱附风机出口和催化床入口之间设有串联阀门的循环管路。
优选地,上述的一种高效热量回收的VOCs处理系统,所述程序被处理器执行时还实现以下步骤:
S0、循环过程中,所述催化床启动前由所述脱附风机、循环管路和催化床形成循环回路,在所述催化床电加热的作用下循环余热达到指定催化温度。
本发明一种高效热量回收的VOCs处理系统有以下有益效果:通过过滤箱、固定吸附床、催化床、二级换热器、电加热辅热、吸附风机、脱附风机、各连接管路和控制系统实现涂装大风量、低浓度VOCs废气有效处理,催化床内部换热器和二级换热器实现VOCs燃烧预热的高效利用,同时冷却气体经过过滤,具有较高的气源质量,保证了VOCs处理系统的高效净化;将冷却回路和脱附回路连通,有效利用冷却气体,具有冷却气源和脱附气源质量高、增大车间处理风量、热量利用率高、系统运行稳定、智能控制等优点,通过热量二次回收利用,解决了大风量低浓度喷涂车间治理难、运行能耗高的问题,最终实现了大风量低浓度VOCs废气喷涂车间高效节能治理。
【附图说明】
图1是一种高效热量回收的VOCs处理系统构造图。
附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示:1、过滤箱,2、吸附进气管路,3、固定吸附床,4、吸附出气管路,5、冷却管路,6、脱附进气管路,7、吸附风机,8、电加热辅热,9、二级换热器,10、烟囱,11、催化出气管路,12、控制子系统,13、脱附风机,14、循环管路,15、催化床,16、脱附出气管路。
【具体实施方式】
下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步描述。
实施例
本实施例实现一种高效热量回收的VOCs处理系统。
附图1是一种高效热量回收的VOCs处理系统构造图。如附图1所示,本实施例一种高效热量回收的VOCs处理系统,包括过滤箱1、固定吸附床3、催化床15、二级换热器9、电加热辅热8、吸附风机7、烟囱10、脱附风机13、各连接管路和控制子系统12;各个连接管路包括吸附进气管路2、吸附出气管路4、冷却管路5、脱附进气管路6、催化出气管路11、循环管路14、脱附出气管路16;用于大型涂装行业VOCs治理,将冷却回路和脱附回路连通,有效利用冷却气体,具有冷却气源和脱附气源质量高、增大车间处理风量、热量利用率高、系统运行稳定、智能控制等优点,通过热量二次回收利用,解决了大风量低浓度喷涂车间治理难、运行能耗高的问题,最终实现了大风量低浓度VOCs废气喷涂车间高效节能治理。
本实施例一种高效热量回收的VOCs处理系统,所述过滤箱1用于对VOCs废气中的油漆漆雾颗粒进行高效过滤,保护后端处理设备;所述固定吸附床3内部含有沸石分子筛,用于对低浓度VOCs废气进行吸附浓缩;所述催化床15用于将高浓度VOCs废气进行催化燃烧;所述二级换热器9和电加热辅热8用于加热冷却后的气体至脱附温度;所述吸附风机7和脱附风机13用于提供系统吸附和脱附动力源;所述烟囱10用于排放吸附后的气体;所述连接管路连接各部件形成通路;所述控制子系统12控制以上所有部件动作,并对其状态进行实时监控,完成VOCs处理和热量高效回收。
本实施例一种高效热量回收的VOCs处理系统,所述固定吸附床3由n个吸附床组成,其中n-2个吸附床处于吸附状态,1个吸附床处于脱附状态,1个吸附床处于冷却状态,各吸附床的状态由控制子系统12根据时间进行切换;通过阀门切换使各个吸附床依次完成吸附、脱附和冷却3个状态切换,达到大风量、低浓度VOCs废气吸附浓缩的目的;所述的固定吸附床可根据后机房场地情况调整其位置和尺寸,具有适应性高的优点。具体而言,n-2个吸附状态的固定吸附床3由控制子系统12根据时间依次设置其中一个为脱附状态的固定吸附床3,原脱附状态的固定吸附床3设置为冷却状态的固定吸附床3,原冷却状态的固定吸附床3设置为吸附状态的固定吸附床3,如此循环设置。
本实施例一种高效热量回收的VOCs处理系统,VOCs废气在所述吸附风机1作用下,经过所述过滤箱1、吸附状态的固定吸附床3完成吸附净化,达标通过烟囱10排放。VOCs废气经所述过滤箱1过滤后通过所述吸附进气管路2进入所述吸附状态的固定吸附床3吸附净化后进入所述吸附出气管路4和所述烟囱10排放,所述吸附风机7提供吸附动力源。
本实施例一种高效热量回收的VOCs处理系统,一部分VOCs废气经过所述过滤箱后冷却所述冷却状态的固定吸附床,冷却气体经所述二级换热器9换热和所述的电加热辅热8加热后达到脱附温度,对所述脱附状态的固定吸附床3进行脱附,脱附后的高浓度VOCs废气进入所述催化床15进行催化燃烧,以上流程由所述脱附风机13提供动力源。
本实施例一种高效热量回收的VOCs处理系统,所述过滤箱1对VOCs废气中的漆雾颗粒进行有效过滤,使其满足后端设备处理要求,保证整体系统处理效果。
本实施例一种高效热量回收的VOCs处理系统,所述固定吸附床3内部含有沸石分子筛吸附材料,在低温时吸附,高温时脱附,形成低温吸附净化VOCs废气,高温时脱附出高浓度VOCs气体,脱附完成后降温再生,形成循环。
本实施例一种高效热量回收的VOCs处理系统,一部分VOCs废气经所述过滤箱1和所述吸附进气管路2对所述冷却状态的固定吸附床3(脱附结束的固定吸附床3)进行冷却;所述冷却状态的固定吸附床3采用经所述过滤箱1过滤后常温气体冷却,冷却后气体经所述二级换热器9和所述电加热辅热8加热至特定的脱附温度进行脱附。
本实施例一种高效热量回收的VOCs处理系统,所述二级换热器9和所述电加热辅热8加热冷却后气体至特定脱附温度后经所述脱附进气管路6进入所述脱附状态的固定吸附床3中脱附后经所述脱附出管路16进入所述催化床15催化燃烧,合格后的气体经所述二级换热器9换热后通过所述烟囱10排出。
本实施例一种高效热量回收的VOCs处理系统,所述催化床15对脱附出的高浓度VOCs气体进行催化燃烧,使其和氧气反应形成无害气体,并释放大量的热能,其中的换热器对热量进行有效利用。所述催化床15内部含有催化剂、电加热和换热器,对高浓度的VOCs气体进行催化燃烧,电加热用于起燃前的加热,保持催化床内部温度在合适的范围,换热器利用催化燃烧后的余热,提高热量利用效率。
本实施例一种高效热量回收的VOCs处理系统,所述控制子系统12控制系统自动运行,所述控制子系统12通过信号反馈和设备信息控制上述吸附、冷却和脱附过程,并对各部件状态实时记录,实现处理系统智能运行。
本实施例一种高效热量回收的VOCs处理系统,通过所述过滤箱1、固定吸附床3、催化床15、二级换热器9、电加热辅热8、吸附风机7、脱附风机13、各连接管路和控制子系统12实现涂装大风量、低浓度VOCs废气有效处理,催化床15内部换热器和所述二级换热器9实现VOCs废气燃烧预热的高效利用,同时所述冷却气体采用所述系统过滤气体,具有较高的气源质量,保证了VOCs废气处理系统的高效净化。
本实施例一种高效热量回收的VOCs处理系统,具有冷却气源和脱附气源质量高、增大车间处理风量、热量利用率高、系统运行稳定、智能控制等优点,通过热量二次回收利用,解决了大风量低浓度喷涂车间治理难、运行能耗高的问题,最终实现了大风量低浓度VOCs废气喷涂车间高效节能治理。
本发明一种高效热量回收的VOCs处理系统控制子系统12控制上述吸附、冷却和脱附过程的具体工作步骤如下:
1、循环过程;
所述催化床15催化燃烧需要达到指定催化温度,因此在设备启动前由所述脱附风机13、所述循环管路14和所述催化床15形成循环回路,在所述催化床15电加热的作用下循环余热达到指定催化温度;循环过程由所述控制子系统12控制、自动运行。
2、吸附过程;
VOCs废气经所述过滤箱1过滤后,通过所述吸附进气管路2进入所述的固定吸附床3低温吸附净化,净化后的VOCs废气经所述吸附出气管路4和所述烟囱10排出,所述吸附风机7为吸附过程提供动力源。吸附过程由所述控制子系统12控制、自动运行。
3、冷却过程;
所述固定吸附床3中脱附结束后的吸附床处于高温状态,需要冷却后再生;一部分VOCs废气经所述过滤箱1和所述吸附进气管路2进入冷却状态的固定吸附床(待冷却的吸附床,也就是脱附结束的固定吸附床3)进行冷却,冷却后的VOCs废气进入所述冷却管路5作为脱附气体源。冷却过程由所述控制子系统12控制、自动运行。
4、脱附过程;
冷却后的废气在所述冷却管路5中经所述二级换热器9和所述电加热辅热8加热至指定脱附温度后进入所述脱附状态的固定吸附床3中脱附,经脱附后的高浓度VOCs气体经所述的脱附出气管路16进入所述催化床15催化燃烧,催化燃烧后的气体经所述二级换热器9换热后排出。脱附过程由所述控制子系统12控制、自动运行。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和补充,这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种高效热量回收的VOCs处理系统,用于大风量、低浓度VOCs废气治理,其特征在于:包括控制子系统(12)、催化床(15)、电加热辅热(8)、二级换热器(9)和n个固定吸附床(3);所述控制子系统(12)用于控制所述VOCs处理系统运行;所述n个固定吸附床(3)中n-2m个处于吸附状态、m个处于脱附状态、m个处于冷却状态,n、m是正整数,n-2m是m的正整数倍;所述VOCs处理系统运行时,所述控制子系统(12)依次控制所述n-2m个吸附状态的固定吸附床(3)中的m个为脱附状态的固定吸附床(3)、控制原m个脱附状态的固定吸附床(3)为m个冷却状态的固定吸附床(3)、控制原m个冷却状态的固定吸附床(3)为m个吸附状态的固定吸附床(3);部分VOCs废气通过所述n-2m个吸附状态的固定吸附床(3)吸附净化;其余部分VOCs废气经过所述m个冷却状态的固定吸附床(3),通过二级换热器(9)和电加热辅热(8)加热到脱附温度,经过所述m个脱附状态的固定吸附床(3)后,通过所述催化床(15)燃烧净化,燃烧净化后的高温气体通过二级换热器(9)对所述其余部分VOCs废气加热、进行热量二次回收利用。
2.根据权利要求1所述的一种高效热量回收的VOCs处理系统,其特征在于:所述n个固定吸附床(3)中n-2个处于吸附状态、1个处于脱附状态、1个处于冷却状态。
3.根据权利要求2所述的一种高效热量回收的VOCs处理系统,其特征在于:还包括过滤箱(1)、吸附风机(7)、烟囱(10)和脱附风机(13);所述固定吸附床(3)包括吸附入口、吸附出口、冷却出口、脱附入口和脱附出口,所述二级换热器(9)包括第一级入口、第一级出口、第二级入口和第二级出口;VOCs废气通过管路进入所述过滤箱(1),所述催化床(15)出口通过管路连接脱附风机(13)入口,所述二级换热器(9)第一级出口通过管路连接电加热辅热(8)入口,所述二级换热器(9)第二级出口、吸附风机(7)出口通过管路连接烟囱(10);所述过滤箱(1)出口和固定吸附床(3)吸附入口之间设有串联阀门的吸附进气管路(2)、所述固定吸附床(3)吸附出口和吸附风机(7)入口之间设有串联阀门的吸附出气管路(4)、所述固定吸附床(3)冷却出口和二级换热器(9)第一级入口之间设有串联阀门的冷却管路(5)、所述电加热辅热(8)出口和固定吸附床(3)脱附入口之间设有串联阀门的脱附进气管路(6)、所述固定吸附床(3)脱附出口和催化床(15)入口之间设有串联阀门的脱附出气管路(16),所述脱附风机(13)出口和二级换热器(9)第二级入口之间设有串联阀门的催化出气管路(11),所述控制子系统(12)还用于通过阀门控制管路开关。
4.根据权利要求3所述的一种高效热量回收的VOCs处理系统,其特征在于:所述过滤箱(1)对VOCs废气中的油漆漆雾颗粒进行高效过滤。
5.根据权利要求4所述的一种高效热量回收的VOCs处理系统,其特征在于:所述固定吸附床(3)内部包括沸石分子筛,用于对低浓度VOCs废气进行吸附浓缩。
6.根据权利要求3所述的一种高效热量回收的VOCs处理系统,其特征在于:所述控制子系统(12)包括处理器和存储器,所述存储器存储有程序,所述程序被处理器执行时实现以下步骤:
S1、根据时间依次设定所述n-2个吸附状态的固定吸附床(3)中的1个为脱附状态的固定吸附床(3)、设定原脱附状态的固定吸附床(3)为冷却状态的固定吸附床(3)、设定原冷却状态的固定吸附床(3)为吸附状态的固定吸附床(3);
S2、吸附过程中所述吸附风机(7)提供动力源,部分VOCs废气经所述过滤箱(1)过滤后,通过所述吸附进气管路(2)进入所述吸附状态的固定吸附床(3)低温吸附净化,净化后的VOCs废气经所述吸附出气管路(4)和所述烟囱(10)排出;
S3、冷却过程中其余部分VOCs废气经所述过滤箱(1)和所述吸附进气管路(2)进入所述冷却状态的固定吸附床进行冷却,冷却后的VOCs废气进入所述冷却管路(5)作为脱附过程气体源;
S4、脱附过程中所述脱附风机(13)提供动力源,冷却后的VOCs废气经所述二级换热器(9)和所述电加热辅热(8)加热至脱附温度后进入所述脱附状态的固定吸附床(3)中脱附,脱附后的高浓度VOCs气体经所述脱附出气管路(16)进入所述催化床(15)催化燃烧,催化燃烧后的气体经所述二级换热器(9)换热后通过烟囱(10)排出。
7.根据权利要求6所述的一种高效热量回收的VOCs处理系统,其特征在于:所述催化床(15)用于对脱附后的高浓度VOCs废气进行催化燃烧、和氧气反应形成无害气体、并释放大量的热能;所述催化床(15)内部包括催化剂、电加热和换热器,所述电加热用于起燃前的加热、保持催化床(15)内部温度在合适的范围,所述换热器用于利用催化燃烧后的余热、提高热量利用效率。
8.根据权利要求7所述的一种高效热量回收的VOCs处理系统,其特征在于:所述脱附风机(13)出口和催化床(15)入口之间设有串联阀门的循环管路(14)。
9.根据权利要求8所述的一种高效热量回收的VOCs处理系统,其特征在于所述程序被处理器执行时还实现以下步骤:
S0、循环过程中,所述催化床(15)启动前由所述脱附风机(13)、循环管路(14)和催化床(15)形成循环回路,在所述催化床(15)电加热的作用下循环余热达到指定催化温度。
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