CN206709101U - 一种蓄热式热氧化炉处理挥发性有机废气的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种蓄热式热氧化炉处理挥发性有机废气的装置，主要包括前送风机、前级洗涤塔、气水分离器、主风机、蓄热式热氧化炉、混合箱、急冷塔、后级洗涤塔、湿式静电除雾器、引风机和烟囱，前送风机与前级洗涤塔连通，前级洗涤塔与气水分离器连通，气水分离器通过主风机与蓄热式热氧化炉连通，蓄热式热氧化炉与混合箱连通，混合箱与急冷塔连通，急冷塔与后级洗涤塔连通，后级洗涤塔与湿式静电除雾器连通，湿式静电除雾器通过引风机与烟囱连通。本实用新型结构设计合理，对挥发性有机废气的处理可以全程自动化控制，废气处理效率高，效果好，适合推广应用。

Description

一种蓄热式热氧化炉处理挥发性有机废气的装置

技术领域

本实用新型属于有机废气处理技术领域，具体涉及一种蓄热式热氧化炉处理挥发性有机废气的装置。

背景技术

挥发性有机物(Volatile Organic Compounds，简称VOCs)一般指沸点低于250℃的化学物质，是最为常见的大气污染物，其主要来源于化工、制药、石油、皮革、喷涂等行业排放的有机溶剂废气，包括芳香烃类、脂肪烃类、脂环烃类、卤化烃类、醇类、醚类、酯类、酮类等。这些VOCs不但对环境质量、人体健康、动植物生产等造成极大的直接危害，且在光氧化反应下，易形成二次有机物气溶胶(Secondary Organic Aerosol，简称SOA)，导致光化学烟雾、酸雨、霾和气候变化等一系列环境问题的产生。

目前，VOCs常用处理技术方法有冷凝法、吸收法、吸附法、燃烧(催化燃烧)法、低温等离子体法、光催化法和膜分离法等。冷凝法是利用加压或降温将VOCs由气态转化为液态，若要获得更高的回收率，则需消耗大量的能量，且冷凝后的不凝气并不能满足达标排放要求，故常与其他方法联用。吸收法是利用相似相溶原理将VOCs分离出来，该方法对吸收剂的选择要求较高，且吸收剂的回收和进一步处理麻烦限制了其发展。吸附法利用吸附剂(活性炭、沸石等)的吸附性能将VOCs由气相转移至固相，该方法净化效率较高，但吸附剂费用昂贵、再生困难，且要求待处理VOCs有较低的温度和含尘量。低温等离子体法是利用高能电子、自由基等活性粒子和VOCs作用，使VOCs分子在极短时间内发生分解，并发生后续各种反应以达到降解VOCs的目的，但反应器设备部件构型设计、制造精度、严密性等要求高，易产生火花放电，甚至会造成爆炸事件，净化效率较低，技术尚不成熟。生物法占地面积大，填料需定期更换，过程不易控制，运行一段时间后容易出现问题，对疏水性和难生物降解的VOCs处理存在较大困难。膜分离法是一种新型的分离技术，但其选择性强、回收率低、成本高、易受外界条件影响等因素限制了其推广应用。

中国专利文献CN205379766U公开了一种有机废气吸附浓缩热分解处理系统，除尘装置、热分解装置、冷凝脱酸装置、有机废水处理装置、有机废气净化装置、气液分离器、活性炭吸附装置、引风机以及PLC控制系统，所述除尘装置、热分解装置、冷凝脱酸装置、有机废气净化装置、气液分离器、活性炭吸附装置以及引风机依次连接，所述有机废水处理装置的进口端与所述冷凝脱酸装置的出口端连通，所述有机废水处理装置的出口端与所述冷凝脱酸装置的进口端连通；所述活性炭吸附装置通过二次回收管与所述热分解装置连通。有机废气通过除尘器净化后进入热分解装置，通过燃烧所产生的高温气流将有机废气中的有害组分焚烧，然后经过冷凝脱酸装置、有机废气净化装置、气液分离器、活性炭吸附装置进行处理，该有机废气吸附浓缩热分解处理系统，先对废气进行焚烧，后进行脱酸处理，废气中的酸性气体会对热分解装置进行腐蚀，缩短热分解装置的使用寿命，最后采用活性炭吸附装置，将有机废气中未分解残余有机污染物吸附浓缩，但活性炭吸附装置使用寿命短，吸收饱和后需经常更换，降低废气处理效率，使用不方便。

实用新型内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的是提供一种蓄热式热氧化炉处理挥发性有机废气的装置，处理可实现全自动化控制，操作简单，运行稳定，净化效率高，安全可靠，适合可以处理量大，有机物为中低含量的工业废气。

技术方案：为了实现上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种蓄热式热氧化炉处理挥发性有机废气的装置，主要包括前送风机、前级洗涤塔、气水分离器、主风机、蓄热式热氧化炉、混合箱、急冷塔、后级洗涤塔、湿式静电除雾器、引风机和烟囱，前送风机与前级洗涤塔连通，前级洗涤塔与气水分离器连通，气水分离器通过主风机与蓄热式热氧化炉连通，蓄热式热氧化炉与混合箱连通，混合箱与急冷塔连通，急冷塔与后级洗涤塔连通，后级洗涤塔与湿式静电除雾器连通，湿式静电除雾器通过引风机与烟囱连通。

作为优选，所述前级洗涤塔包括前一级填料洗涤塔和前二级调料洗涤塔，所述前送风机与前一级填料洗涤塔的进气口连通，所述前一级填料洗涤塔的出气口与前二级调料洗涤塔的进气口连通，前二级调料洗涤塔出气口与气水分离器进气口连通。

作为优选，所述气水分离器设置上出气口和右出气口两个出气口，上出气口汇入右出气口，废气经右出气口流出分为两路，一路通过经主风机进入蓄热式热氧化炉，另一路通过旁通管道直接送入引风机经烟囱排出。

作为优选，所述蓄热式热氧化炉包括蓄热室，氧化室，进气总管和出气总管，所述蓄热室设置有三个，所述进气总管入口与主风机连通，所述进气总管上设有三个进气管分别与各个蓄热室连通，所述出气总管上设有三个出气管分别与各个蓄热室连通。

作为优选，所述蓄热式热氧化炉下部设有清扫风机及清扫总管，所述清扫总管上设有三个清扫管分别与各个蓄热室连通。

作为优选，所述氧化室的出气口设置高温排放管，所述高温排放管和出气总管分别与混合箱连通。

作为优选，所述高温排放管管道内壁设有隔热层，该隔热层紧贴于管道内壁。

作为优选，所述高温排放管中设有阀门，通过该阀门对氧化室内排出的过热气体进行调控。

作为优选，所述后级洗涤塔为后级碱洗涤塔，后级碱洗涤塔的进气口连通急冷塔的出气口，后级碱洗涤塔的进气口与湿式静电除雾器连通。

作为优选，所述后级碱洗涤塔外部两侧各设置有一个循环水泵，所述循环水泵抽取后级洗涤塔底部水槽的水，经过左侧水泵连接急冷塔内的喷淋装置，经过右侧水泵连接后级洗涤塔内部的喷淋装置。

有益效果：与现有的技术相比，本实用新型具有如下的优点：

1)可实现全自动化控制，操作简单，运行稳定，净化效率高，安全可靠；

2)蓄热式热氧化炉(RTO)宜用于处理2～8g/m3浓度的挥发性有机废气，对于低热值气体(如乙酸乙酯等)浓度可达12g/m3，特别适用于难分解组分的焚化，且净化率较高(两室90％～95％，三室95％～98％，五室98％～99％，旋转式≥99％)，具有较好的环境效应；

3)蓄热式热氧化炉(RTO)可适应废气中VOCs的组成和浓度的变化波动，且对废气中夹带少量灰尘、固体颗粒不敏感；

4)相对于其他热处理技术，蓄热式热氧化炉(RTO)热回收率高(≥95％)，高的热回收率使补充燃料的使用量显著减少，从而节约运行费用。尤其是处理量大、有机物含量低的工业气体，效果更加显著。

本实用新型的蓄热式热氧化炉处理挥发性有机废气的装置，挥发性有机废气经过前级洗涤塔初步处理后，经过蓄热式热氧化炉进行燃烧氧化分解成二氧化碳和水，再经过后级洗涤塔进行碱洗涤，经过湿式静电除雾器进行颗粒物、粉尘、重金属的处理，得到洁净的符合排放标准的空气，本实用新型结构设计合理，对挥发性有机废气的处理可以全程自动化控制，废气处理效率高，效果好，适合推广应用。

附图说明

图1是蓄热式热氧化炉处理挥发性有机废气的装置结构示意图。

图2是蓄热式热氧化炉处理挥发性有机废气的装置中前级填料洗涤塔的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。

如图1和图2所示，一种蓄热式热氧化炉处理挥发性有机废气的装置，包括前送风机1，前级洗涤塔2、气水分离器3、主风机4、蓄热式热氧化炉5、混合箱6、急冷塔7、后级洗涤塔8、湿式静电除雾器9，引风机10和烟囱11；前送风机1与前级洗涤塔2连通，前级洗涤塔2与气水分离器3连通，气水分离器3通过主风机4与蓄热式热氧化炉5连通，蓄热式热氧化炉5与混合箱6连通，混合箱6与急冷塔7连通，急冷塔7与后级洗涤塔8连通，后级洗涤塔8与湿式静电除雾器9连通，湿式静电除雾器9通过引风机10与烟囱11连通。

蓄热式热氧化炉处理挥发性有机废气的装置的工作过程：挥发性有机废气经过前送风机1进入前级洗涤塔2进行初步净化处理，然后进入气水分离器3进行气水分离得到干燥的气体，通过主风机4送入蓄热式热氧化炉5进行高温氧化，处理后的废气进入混合箱6与蓄热式热氧化炉5的氧化室52排出的高温气体进行混合，混合后进入急冷塔7进行冷却，然后进入后级洗涤塔8和湿式静电除雾器9进行进一步处理得到洁净的空气，最后通过引风机10送入烟囱11排出。

本实用新型通过前级洗涤塔2对有机废气初步处理，先将废气中的酸性气体吸收，减少酸性气体对蓄热式热氧化炉5的腐蚀，同时也减轻蓄热式热氧化炉的压力，使得蓄热式热氧化炉内气体氧化充分。洗涤塔是一种新型的气体净化处理设备，广泛应用于工业废气净化、除尘等方便的前处理。为了使挥发性有机废气初步处理效果更佳，前级洗涤塔2设置有前一级填料洗涤塔21和前二级调料洗涤塔22，前送风机1与前一级填料洗涤塔21的进气口连通，前一级填料洗涤塔21的出气口与前二级调料洗涤塔22的进气口连通，前二级调料洗涤塔22的出气口与气水分离器3的进气口连通。前一级填料洗涤塔21和前二级调料洗涤塔22串联设置，且内部结构相同，工作过程相同，前级填料洗涤塔2的进气口20设置在洗涤塔的下方左侧，洗涤塔内部从下至上依次设置贮液槽23，进气段空间，填料吸收段24，第一级喷淋段25，第二级喷淋段26，除雾段27和排气管28，洗涤塔外部设置循环水泵29，循环水泵29一端连接洗涤塔内部的储液槽23，另一端连接第一级喷淋段25的喷嘴251和第二级喷淋段26的喷嘴261。

挥发性有机废气从洗涤塔下方进气口沿切向进入洗涤塔，在前送风机的动力作用下，迅速充满进气段空间，然后均匀地上升到填料吸收段。在填料的表面上，废气中酸性物质与液相中碱性物质发生化学反应，反应生成物质随吸收液流入下部贮液槽。未完全吸收的酸性气体继续上升进入第一级喷淋段。在喷淋段中吸收液从均布的喷嘴高速喷出，形成无数细小雾滴，与气体充分混合接触，继续发生化学反应，然后酸性气体上升到二级喷淋段进行与第一级喷淋段类似的吸收过程。第二级喷淋段与第一级喷淋段喷嘴密度不同，喷液压力不同，吸收酸性气体浓度范围也有所不同。在喷淋段及填料吸收段两相接触的过程也是传热与传质的过程。通过控制空塔流速与滞留时间保证这一过程的充分与稳定。洗涤塔塔体的最上部是除雾段，废气中所夹的吸收液雾滴在这里被清除下来，经过处理后的洁净空气从洗涤塔上端排气管连接到下一级处理设备。

气水分离器3的基本原理是利用气液比重不同，在一个突然扩大的容器中，流速降低后，在主流体转向的过程中，气相中细微的液滴下沉而与气体分离，或利用旋风分离器，气相中细微的液滴被进口高速气流甩到器壁上，碰撞后失去动能而与转向气体分离。从前级洗涤塔2初步处理后的废气进入气水分离器3进行气水分离，气水分离器3将废气中的气体和液体分离，气体从出气口排出，液体由气水分离器下部收集。气水分离器3设置上出气口和右出气口两个出气口，上出气口汇入右出气口，废气经右出气口流出分为两路，一路通过经主风机4进入蓄热式热氧化炉5，另一路通过旁通管道31直接送入引风机10经烟囱11排出。

蓄热式热氧化炉英文名为“Regenerative Thermal Oxidizer”，简称为“RTO”。其原理是把有机废气加热到760℃以上，使废气中的VOCs氧化分解成二氧化碳和水。氧化产生的高温气体流经特制的陶瓷蓄热体，使陶瓷体升温而“蓄热”，此“蓄热”用于预热后续进入的有机废气。从而节省废气升温的燃料消耗。陶瓷蓄热体应分成两个(含两个)以上的区或室，每个蓄热室依次经历蓄热-放热-清扫等程序，周而复始，连续工作。不同蓄热体通过切换阀或者旋转装置，随时间进行转换，分别进行吸热和放热。蓄热室“放热”后应立即引入新鲜空气对该蓄热室进行清扫，以保证有机废气去除率在95％以上，只有待清扫完成后才能进入“蓄热”程序。

本实用新型中的蓄热式热氧化炉5包括蓄热室51，氧化室52，进气总管53和出气总管54，蓄热室51设置有三个，分别为蓄热室511，蓄热室512和蓄热室513，氧化室52内设置有燃烧器521，进气总管53的入口与主风机4连接，进气总管53上设有三个进气管分别与各个蓄热室51连接，出气总管54上设有三个出气管分别与各个蓄热室51连接。蓄热式热氧化炉5下部设有清扫风机55和清扫总管56，清扫总管56上设有三个清扫管分别与各个蓄热室51连接，清扫风机55引入新鲜空气。

废气从气水分离器3排出后，经过主风机4进入蓄热室51(该蓄热室已经把上一循环的热量“贮存”起来)，蓄热室511释放热量温度降低，使废气升温(约700℃)后进入氧化室512中进行燃烧氧化，在氧化室中，由PLC自动控制燃烧器521并补充燃料，使有机废气持续升温并维持废气氧化所需温度(700℃-800℃)，并停留足够的时间(不小于1.5S)，将废气中的VOCs分解成二氧化碳和水。氧化后的高温尾气离开氧化室52进入蓄热室512，释放热量使尾气温度降低后离开RTO，而蓄热室512吸热升温，“贮存”大量的热量用于下个循环加热使用；处理后的废气离开蓄热室512时，清扫风机55引入新鲜空气清扫蓄热室513，使蓄热室513残存的废气重新返回氧化室处理，该过程全部完成后切换进气和出气阀门，废气由蓄热室512进入，蓄热室513排出，蓄热室511进行吹扫；再接下来的循环则切换为由蓄热室513进入，蓄热室511排出，蓄热室512进行吹扫，如此交替切换持续运行。使VOCs的净化效率达到98％以上。一般情况下，RTO的排气温度高于进气温度不超过30℃～100℃，实现低温达标排放。由于废气在升温过程中利用了蓄热体回收的热量，所以燃料消耗较少。

氧化室52的出气口设置高温排放管57，高温排放管57和出气总管54分别与混合箱6连通。高温排放管57管道内壁设有隔热层，该隔热层紧贴于管道内壁。高温排放管57中设有阀门58，通过阀门58对氧化室52内排出的过热气体进行调控。该高温排放管57内壁设置了隔热层，可有效防止高温排放管在高温下热变形以及焊接部的破损，降低了维护的频率，确保RTO稳定运行。

经过蓄热式热氧化炉5氧化过的废气进入混合箱6与蓄热式热氧化炉氧化室52通过高温排放管57排出的高温气体进行混合，混合后进入急冷塔7进行冷却，然后进入后级洗涤塔8，后级洗涤塔8的进气口连通急冷塔7的出气口，后级洗涤塔8的出气口与湿式静电除雾器9连通。后级洗涤塔8与前级洗涤塔2内部结构相同，工作过程相同，不同的是后级洗涤塔8为后级碱洗涤塔，吸收液为酸性物质，与废气中残存的碱性物质进行化合反应，吸收掉废气中残存的碱性物质。

后级洗涤塔8外部两侧各设置有一个循环水泵，循环水泵抽取后级洗涤塔8底部水槽的水，经过左侧水泵连接急冷塔7内的喷淋装置，经过右侧水泵连接后级洗涤塔8内部的喷淋装置。

湿式静电除雾器9对废气深度净化处理，去除颗粒物、粉尘、重金属等，PM2.5颗粒物去除率达到85～95％；出口粉尘可实现10mg/Nm3和更高的排放标准；经烟囱11排放的气体腐蚀性大幅降低；可极大地提高气体排放洁净度，减小烟囱尾羽。

实施例1

以江苏常州某农药企业为例进行试用试验，该农药企业主要生产三环唑、丙环唑、戊唑醇、己唑醇、苯醚甲环唑、粉唑醇等产品，其挥发性有机废气主要成为包括甲苯、甲醇、二甲胺、二甲基甲酰胺、环己烷、二甲基硫醚、非甲烷总烃等，采用多级洗涤后再通过蓄热式热氧化炉焚烧处理。

蓄热式热氧化炉处理挥发性有机废气装置的运行参数如下：

(1)设计运行废气量10000m3/h，最大允许运行废气量12000m3/h，最大允许运行废气量5000m3/h。

(2)氧化室温度820℃，停留时间≥1.0s，废气进口温度30℃，净化后排放温度(平均)～100℃(随VOCs浓度波动而波动)，系统压降～5000Pa。

(3)燃烧器输出功率25万大卡/小时，装机功率(含控制用电)50kW，正常运行实际电耗～35kW。

(4)公用设施参数：3相、380V、50Hz，装机功率约50kW；燃料为轻柴油；碱液采用5％～30％氢氧化钠溶液。

RTO处理该农药企业挥发性有机废气已稳定运行两年，对该厂RTO装置进出口尾气进行了连续分析，结果见表1。由表1可知，甲苯和非甲烷总烃排放限值满足GB16297-1996中表2二级标准，臭气浓度满足GB14554-93标准。

表1监测结果(n＝3)

注：RTO装置进出口标干废气量10000m³/h，排气筒高度H＝25m；甲苯、甲醇、非甲烷总烃排放限值执行《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)表2二级标准；臭气浓度执行《恶臭污染物排放标准》(GB14554-93)。

综上所述，本实用新型的蓄热式热氧化炉处理挥发性有机废气的装置，挥发性有机废气经过前级洗涤塔初步处理后，经过蓄热式热氧化炉进行燃烧氧化分解成二氧化碳和水，再经过后级洗涤塔进行碱洗涤，经过湿式静电除雾器进行颗粒物、粉尘、重金属的处理，得到洁净的符合排放标准的空气，本实用新型结构设计合理，对挥发性有机废气的处理可以全程自动化控制，废气处理效率高，效果好，适合推广应用。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种蓄热式热氧化炉处理挥发性有机废气的装置，其特征在于：包括前送风机(1)、前级洗涤塔(2)、气水分离器(3)、主风机(4)、蓄热式热氧化炉(5)、混合箱(6)、急冷塔(7)、后级洗涤塔(8)、湿式静电除雾器(9)、引风机(10)和烟囱(11)，前送风机(1)与前级洗涤塔(2)连通，前级洗涤塔(2)与气水分离器(3)连通，气水分离器(3)通过主风机(4)与蓄热式热氧化炉(5)连通，蓄热式热氧化炉(5)与混合箱(6)连通，混合箱(6)与急冷塔(7)连通，急冷塔(7)与后级洗涤塔(8)连通，后级洗涤塔(8)与湿式静电除雾器(9)连通，湿式静电除雾器(9)通过引风机(10)与烟囱(11)连通。

2.根据权利要求1所述的蓄热式热氧化炉处理挥发性有机废气的装置，其特征在于：所述前级洗涤塔(2)包括前一级填料洗涤塔(21)和前二级调料洗涤塔(22)，所述前送风机(1)与前一级填料洗涤塔(21)的进气口连接，所述前一级填料洗涤塔(21)的出气口连接前二级调料洗涤塔(22)的进气口，前二级调料洗涤塔(22)出气口与气水分离器(3)的进气口连接。

3.根据权利要求1所述的蓄热式热氧化炉处理挥发性有机废气的装置，其特征在于：所述气水分离器(3)设置上出气口和右出气口两个出气口，上出气口汇入右出气口，废气经右出气口流出分为两路，一路通过主风机(4)进入蓄热式热氧化炉(5)，另一路通过旁通管道(31)直接送入引风机(10)经烟囱(11)排出。

4.根据权利要求1所述的蓄热式热氧化炉处理挥发性有机废气的装置，其特征在于：所述蓄热式热氧化炉(5)包括蓄热室(51)，氧化室(52)，进气总管(53)和出气总管(54)，所述蓄热室(51)设置有三个，所述进气总管(53)入口与主风机(4)连接，所述进气总管(53)上设有三个进气管分别与各个蓄热室(51)连接，所述出气总管(54)上设有三个出气管分别与各个蓄热室(51)连接。

5.根据权利要求4所述的蓄热式热氧化炉处理挥发性有机废气的装置，其特征在于：所述蓄热式热氧化炉(5)下部设有清扫风机(55)和清扫总管(56)，所述清扫总管(56)上设有三个清扫管分别与各个蓄热室(51)连接。

6.根据权利要求4所述的蓄热式热氧化炉处理挥发性有机废气的装置，其特征在于：所述氧化室(52)的出气口设置高温排放管(57)，所述高温排放管(57)和出气总管(54)分别与混合箱(6)连接。

7.根据权利要求6所述的蓄热式热氧化炉处理挥发性有机废气的装置，其特征在于：所述高温排放管(57)管道内壁设有隔热层，该隔热层紧贴于管道内壁。

8.根据权利要求7所述的蓄热式热氧化炉处理挥发性有机废气的装置，其特征在于：所述高温排放管(57)中设有阀门(58)，通过阀门(58)对氧化室(52)内排出的过热气体进行调控。

9.根据权利要求1所述的蓄热式热氧化炉处理挥发性有机废气的装置，其特征在于：所述后级洗涤塔(8)为后级碱洗涤塔，后级洗涤塔(8)的进气口连接急冷塔(7)的出气口，后级洗涤塔(8)的进气口连接湿式静电除雾器(9)。

10.根据权利要求1所述的蓄热式热氧化炉处理挥发性有机废气的装置，其特征在于：所述后级洗涤塔(8)外部两侧各设置有一个循环水泵(81)，所述循环水泵(81)抽取后级洗涤塔(8)底部水槽的水，经过左侧水泵连接急冷塔(7)内的喷淋装置，经过右侧水泵连接后级洗涤塔(8)内部的喷淋装置。