CN114733328A - 一种多股流VOCs尾气环保处理及能量回收系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于有机废气处理技术和节能技术领域，提供了一种多股流VOCs尾气环保处理及能量回收系统，包括多股流气体混合稳压系统、热交换系统、催化氧化系统、能量回收利用系统、燃烧及热量回收系统，多股流气体混合稳压系统包括至少两股高低压气体完全混合，经换热系统进行热量交换后进入催化氧化系统脱除挥发性有机物组分，催化氧化后的高温气体经过尾气透平进行压力能和热能回收，之后的气体进一步回收热量产生蒸汽，然后经换热系统降温达标排空。本发明在完全达到挥发性有机物达标排放目标基础上，实现体系中压力能和热能的充分回收，达到节能减排，增加收益，减少运行费用的目的。

Description

一种多股流VOCs尾气环保处理及能量回收系统
技术领域
本发明属于有机废气处理技术和节能技术领域，涉及一种多股流VOCs尾气环保处理及能量回收利用系统。
背景技术
VOCs遍布于工业生产的方方面面，不仅直接破坏大气环境、危及人类身体健康，还会作为前驱物引起二次污染。近年来，随着工业化进程的不断加快，以及人民日益增长的人居环境需求，环境治理的迫切性逐步凸显。大气污染问题给我国的经济社会发展带来了严峻的挑战，严重危害人民的生活和身体健康。
化石能源作为我国最主要的一次能源，消费利用过程会产生大量的挥发性有机污染物(VOCs)等多种大气污染物，目前较为成熟的氧化消除有催化氧化、蓄热燃烧、直接燃烧等三种类似领域的处理方法，下面分别介绍：
1.火焰燃烧方法，由于尾气中可燃组分适中，相对直接燃烧热值较低，还需补充燃料气才能保证燃烧持续，需要消耗大量伴烧气。
2.蓄热燃烧(RTO)，适宜中低热值的尾气处理，针对目标尾气特点，燃烧温度高，热效率高，但尾气热值较高，反应区容易出现超温现象，需加入大量的空气稀释或设置多段串联，中间却热降温；RTO系统与大气直接连通，运行压力低，实际生产中出现过爆炸事件。
3.催化氧化，适宜中低浓度的尾气处理，氧化温度低，具有安全可靠、净化效率高等优点。但催化剂床层的阻力降较大，因此尾气加压消耗的动力较大，运行成本高，需要结合新的工艺路线解决。
以上三种技术在尾气的环保治理方面进行了大量应用，但是由于多种尾气中VOCs组成及排放量差异化很大，需要结合具体情况提出更加环保、安全和经济性好的处理技术。
我国将尽快制定电力、钢铁、水泥、有色金属、石化、煤化工等重点行业碳达峰行动方案和路线图，明确行业达峰时间和达峰排放量，制定相关配套政策工具和手段措施，推动重点行业碳排放尽早达峰。节能是我国实现碳排放达峰目标的最重要途径之一。只有全面压低一次能源的消费量，“碳达峰”和“碳中和”的目标才可以实现。经多方测算表明，节能和提高能效对我国实现2030年前碳排放达峰目标的贡献率在70％以上，发展可再生能源和核电的贡献率接近30％。很多工厂排放尾气是含有一定压力的，这部分压力能没有有效回收利用，白白浪费了。需要将这些气体系统收集起来，通过压力能回收设备回收利用，可以产生很大的经济效益。开发新的将尾气VOCs环保治理和能量回收相结合的新环保节能工艺，具有十分重要的意义。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的问题，提供了一种多股流VOCs尾气环保处理技术。
为了实现本发明的目的，本发明提供如下的技术方案：
一种多股流VOCs尾气环保处理及能量回收系统，包括：多股流气体混合稳压系统、热交换系统、催化氧化系统、能量回收利用系统、燃烧及热量回收系统，所述多股流气体混合稳压系统包括至少两股高低压气体完全混合，经换热系统进行热量交换后进入催化氧化系统脱除挥发性有机物组分，催化氧化后的高温气体经过尾气透平进行压力能和热能回收，之后的气体进一步回收热量产生蒸汽，然后经换热系统降温达标排空。如果原料气中可燃组分很高，不适宜用催化氧化方法脱除有机物，催化氧化系统被旁路切出装置，工艺流程变为多股流气体混合稳压后，经换热系统进行热量交换后先进入透平进行压力能回收，之后的气体进入燃烧炉高温反应，产生的热量副产蒸汽，然后经换热系统降温达标排空。两种情况的气体压力能，都可以通过尾气透平转化为机械能带动空气风机转动，多余的机械能还可带动发电机发电，副产的蒸汽通过蒸汽透平也带动发电机发电。工厂排放多股流VOCs尾气通过本发明的环保处理工艺及能量回收利用系统，在完全达到挥发性有机物达标排放目标基础上，实现体系中压力能和热能的充分回收，达到节能减排，增加收益，减少运行费用的目的。
进一步特征，所述多股流气体混合系统包括主管道进气口和吸入室侧进气口，其中高压气体从主管路通过喷嘴喷射进入吸入室，多股低压气体分别从吸入室的侧面不同的进气口吸入，再通过混合室进行充分混合，经过渐扩管后排出。
进一步特征，所述的混合后VOCs气体经换热后，通过管路输送到催化氧化炉中，同时利用系统中烟机回收部分能量带动风机，将助燃气输送进入催化氧化炉中，氧化后的气体进入下一级系统中。
进一步特征，所述的催化氧化系统内装填板式蜂窝陶瓷或者板式蜂窝金属，蜂窝孔内涂覆活性贵金属催化剂。
进一步特征，所述的能量回收利用系统包括尾气透平、蒸汽透平、风机、电动发电机，所述的尾气透平、蒸汽透平、风机转轴为同轴连接。系统中的气体压力能，可以通过尾气透平转化为机械能带动空气风机转动，多余的机械能还可带动发电机发电，副产的蒸汽通过蒸汽透平也可以带动发电机发电。
进一步特征，所述的燃烧及热量回收系统，当原料气中可燃组分很高时，将催化氧化炉旁路，带压力气体经换热后进入尾气透平进行压力能回收，之后的气体进入燃烧炉与风机送入的助燃气体混合燃烧，高温气体通过热量回收系统(余热锅炉)副产蒸汽，蒸汽通过蒸汽透平带动风机或发电机发电。
进一步特征，所述的热交换系统，以经热量回收系统后出口气体作为热源入口，多股流气体混合系统出口气体作为冷源入口，通过热交换提高入口VOCs气体的温度，降低经高空烟囱排放气体的温度，实现热量的充分回收。
本发明能够同时实现系统中压力能和热能的回收利用，以解决生产中多股不同压力、温度的VOCs尾气排放所引起的环境污染问题。
附图说明
图1是多股流VOCs尾气环保处理及能量回收利用系统结构示意图。
图2是多股流气体混合系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述。
如图所示，多股流VOCs尾气(含高、低压)，其中一股高压气体从主管路通过喷嘴喷射(A①)进入多股流混合器①(如图2)的吸入室(A③)，其他低压气体分别从吸入室的侧面喷嘴(A②)处进入，流经混合室(A④)进行充分混合后，通过渐扩管段(A⑤)，进入气体管路中，如果有多股气体，可以将多股流混合器串联，混合后的气体，经过与热量回收系统出来的高温气体进行热交换(换热器③)后，至下一系统；
经过热交换的VOCs气体以较高温度进入催化氧化装置④中，与风机⑧送入的助燃气体混合进行催化氧化反应，保持反应温度300-600℃，反应后的气体不再含有挥发性有机物，为防止催化氧化反应剧烈导致飞温，催化氧化装置④中引入冷却水控制炉温；
高温带压气体进入尾气透平⑤，尾气透平⑤高速旋转产生机械能带动风机⑧和发电机⑨，产生电能同时，利用风机⑧将助燃气体输送进入催化氧化炉④或燃烧炉⑤中，压力能基本完全回收，高温气体再进入热量回收系统(余热锅炉)副产蒸汽，蒸汽通过蒸汽透平⑦带动风机⑧和发电机⑨发电；
如果原料气中可燃组分很高，不适宜用催化氧化方法脱除有机物，催化氧化炉④被旁路切出装置，工艺流程变为多股流气体混合稳压后，经换热系统③进行热量交换后先进入尾气透平⑥进行压力能回收，之后的气体进入燃烧炉⑤与风机⑧送入的助燃气体混合燃烧，此时燃烧炉⑤温度可达900-1300℃，高温气体通过热量回收系统(余热锅炉)副产蒸汽，蒸汽通过蒸汽透平⑦带动风机⑧和发电机⑨发电；
清洁气体从热量回收系统流出进入换热系统③，与多股流混合器出来的尾气进行换热，热能进一步被利用，换热后的清洁气体通过高空烟囱⑩排出。

Claims (6)

1.一种多股流VOCs尾气环保处理及能量回收系统，其特征在于，包括：多股流气体混合稳压系统、热交换系统、催化氧化系统、能量回收利用系统、燃烧及热量回收系统；
所述的多股流气体混合稳压系统包括至少两股高低压气体完全混合，经换热系统进行热量交换后进入催化氧化系统脱除挥发性有机物组分，催化氧化后的高温气体经过尾气透平进行压力能和热能回收，之后的气体进一步回收热量产生蒸汽，然后经换热系统降温达标排空；
如果原料气中可燃组分很高，不适宜用催化氧化方法脱除有机物，催化氧化系统被旁路切出装置，工艺流程变为多股流气体混合稳压后，经换热系统进行热量交换后先进入透平进行压力能回收，之后的气体进入燃烧炉高温反应，产生的热量副产蒸汽，然后经换热系统降温达标排空；
所述多股流气体混合系统包括主管道进气口和吸入室侧进气口，其中高压气体从主管路通过喷嘴喷射进入吸入室，多股低压气体分别从吸入室的侧面不同的进气口吸入，再通过混合室进行充分混合，经过渐扩管后排出。
2.根据权利要求1所述的一种多股流VOCs尾气环保处理及能量回收系统，其特征在于，所述的混合后VOCs气体经换热后，通过管路输送到催化氧化炉中，同时利用系统中烟机回收部分能量带动风机，将助燃气输送进入催化氧化炉中，氧化后的气体进入下一级系统中。
3.根据权利要求1或2所述的一种多股流VOCs尾气环保处理及能量回收系统，其特征在于，所述的催化氧化系统内装填板式蜂窝陶瓷或者板式蜂窝金属，蜂窝孔内涂覆活性贵金属催化剂。
4.根据权利要求3所述的一种多股流VOCs尾气环保处理及能量回收系统，其特征在于，所述的能量回收利用系统包括尾气透平、蒸汽透平、风机、电动发电机，所述的尾气透平、蒸汽透平、风机转轴为同轴连接；系统中的气体压力能，可以通过尾气透平转化为机械能带动空气风机转动，多余的机械能还可带动发电机发电，副产的蒸汽通过蒸汽透平也可以带动发电机发电。
5.根据权利要求1、2或4所述的一种多股流VOCs尾气环保处理及能量回收系统，其特征在于，所述的燃烧及热量回收系统，当原料气中可燃组分很高时，将催化氧化炉旁路，带压力气体经换热后进入尾气透平进行压力能回收，之后的气体进入燃烧炉与风机送入的助燃气体混合燃烧，高温气体通过热量回收系统副产蒸汽，蒸汽通过蒸汽透平带动风机或发电机发电。
6.根据权利要求5所述的一种多股流VOCs尾气环保处理及能量回收系统，其特征在于，所述的热交换系统，以经热量回收系统后出口气体作为热源入口，多股流气体混合系统出口气体作为冷源入口，通过热交换提高入口VOCs气体的温度，降低经高空烟囱排放气体的温度，实现热量的充分回收。
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