CN212215036U - 一种活性炭吸脱附催化燃烧系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种活性炭吸脱附催化燃烧系统，包括吸附单元、催化燃烧脱附单元和PLC电控柜；吸附单元中，废气进入管、活性炭吸附箱和排气筒通过吸附管道依次连接，活性炭吸附箱和排气筒之间设有吸附风机，活性炭吸附箱的第一进气口和第一出气口都设有吸附电动阀门和PID检测仪；催化燃烧脱附单元中，活性炭吸附箱和催化燃烧炉由脱附管道构成回路，回路上设置脱附风机，活性炭吸附箱的第二进气口和第二出气口都设有脱附气动阀门和PID检测仪；PID检测仪通过电信号线与PLC电控柜连接。本实用新型具有的优点是通过PID检测仪与阀门切换的联动保证活性炭吸附的效率满足设计要求。

Description

一种活性炭吸脱附催化燃烧系统

技术领域

本实用新型属于废气处理设备领域，具体涉及一种活性炭吸脱附催化燃烧系统。

背景技术

随着科技迅猛发展，工业化进程逐步加快，环保问题日益凸显，大气中排放的挥发性有机物(Volatile Organic Compounds,VOCs)日益增多。VOCs是石油化工、制药、印刷、喷漆、制鞋等行业排放废气中的主要污染物，该类有机物大多具有毒性并伴有恶臭,部分还可以致癌,且多数VOCs对臭氧层有破坏作用。目前VOCs污染问题受到国家高度重视，为此在2018年浙江省出台了《工业涂装工序大气污染物排放标准》(DB33/2146-2018)等行标，专门用于控制提升VOCs排放标准。目前，VOCs治理工艺中燃烧工艺由于治理彻底、适用面广、对高浓度废气治理成本低等优点广泛被市场以及环保企业所应用。催化燃烧工艺由于燃烧问题低、运行成本低、安全性能高、相对投资低等特点在燃烧工艺中运用最多。但同时由于燃烧工艺对中的浓度运用的高运行成本，大风量废气的高一次性投入等问题迫使许多中小企业无法运用该系统，针对该些问题诞生了吸脱附+RTO、吸脱附+催化燃烧等组合工艺，目前以活性炭为吸附剂的组合系统运用最多。

活性炭是一种主要由含碳材料制成的外观呈黑色，内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强的一类微晶质碳素材料。活性炭材料强大的吸附能力来自于其巨大的比表面积，活性炭材料中有大量肉眼看不见的微孔，1克活性炭材料中微孔，将其展开后表面积可高达800～1500平方米。活性炭是纯物理性吸附污染分子，吸附后不能将污染物分解，活性炭的吸附浓度到达一定的值时，就不会再进行吸附，这时候活性炭就会失去过滤有机废气的功能，这时候就需要启动催化燃烧装置来实现活性炭的脱附和再生功能。

“脱附”是“吸附”的逆过程，是将被吸附的污染从活性炭中析出的过程，从而使活性炭得以再生，重新达到理想的吸收效果。物质的吸附量是随温度的升高而减小的，将吸附剂的温度升高，可以使已被吸附的组分脱附下来，这种方法也称为变温脱附。利用活性炭催化燃烧设备进行脱附、再生时，启动催化燃烧装置预热室电源，将空气预热，预热后的气体经混流箱中和进入吸附箱，箱中活性炭受热后，活性炭吸附的溶剂挥发出来，溶剂经风机送入催化燃烧室燃烧，分解成CO₂和H₂O蒸汽等热空气，热空气一部分回到活性炭吸附箱继续给活性炭加热，另一部分热空气排空，热空气内部循环多次活性炭即可得到再生。再生后的活性炭又具备吸附有机废气的功能，达到重复使用、节约成本的目的。

市面上不带再生功能的活性炭废气环保治理设备使用寿命短，活性炭经过几个月甚至及天的吸附就会饱和，从而使吸附能力大大降低，废气治理的效果也无法保障。若为保证废气治理效率经常更换活性炭，就会增加大量的活性炭固废，购买和处置固废都有很大的资金投入，所以活性炭吸附脱附是环保设备发展的趋势，活性炭可以有效的再生，不仅可以保证废气吸附的效果，达到地方政府环保部门的要求，同时也减少固废产生，减少废气治理设备的运行成本。

尽管如此，目前的活性炭吸脱附+催化燃烧设备仍存在自动化程度较低、脱附再生时间固定、活性炭脱附后效率下降、活性炭性能不同吸脱附性能不同引起的设计变化等问题，导致该系统在实际运行过程中往往整体效率偏低。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决上述问题，提供一种活性炭吸脱附催化燃烧系统。

为了达到上述实用新型目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种活性炭吸脱附催化燃烧系统，包括吸附单元、催化燃烧脱附单元和PLC电控柜；其中，吸附单元包括：废气进入管、吸附管道、活性炭吸附箱、吸附风机、排气筒、吸附电动阀门和PID检测仪；废气进入管、活性炭吸附箱和排气筒通过吸附管道依次连接，活性炭吸附箱和排气筒之间设有吸附风机，活性炭吸附箱的第一进气口和第一出气口都设有吸附电动阀门和PID检测仪；催化燃烧脱附单元包括：脱附管道、催化燃烧炉、脱附风机、脱附气动阀门和排风电动调节阀门；活性炭吸附箱和催化燃烧炉由脱附管道构成回路，回路上设置脱附风机，活性炭吸附箱的第二进气口和第二出气口都设有脱附气动阀门和PID检测仪；从催化燃烧脱附单元的回路引一支路与吸附单元的排气筒连通，支路上设置排风电动调节阀门；PID检测仪通过电信号线与PLC电控柜连接。

优选地，还包括吹扫单元，吹扫单元包括吹扫管道、吹扫风机和吹扫电动阀门；吹扫风机与活性炭吸附箱的第三进气口通过吹扫管道连接，活性炭吸附箱的第三出气口通过吹扫管道接入排气筒。

优选地，催化燃烧脱附单元还包括补风电动阀门，设置于脱附管道的管路上。

优选地，催化燃烧脱附单元还包括应急排空电动阀门，设置于催化燃烧炉进气口的脱附管道。

优选地，催化燃烧脱附单元还包括阻火器，设置于催化燃烧炉的两侧的脱附管道。

优选地，还包括VFD柜，通过电信号线与吸附风机、脱附风机和吹扫风机连接。

优选地，还包括备用活性炭箱，其第一进气口和第一出气口分别设有吸附电动阀门和PID检测仪，且通过吸附管道与活性炭吸附箱并联，其第二进气口和第二出气口分别设有脱附气动阀门和PID检测仪，且通过脱附管道与活性炭吸附箱并联。

优选地，备用活性炭箱的第三进气口和第三出气口分别设有吹扫电动阀门，且通过吹扫管道与活性炭吸附箱并联。

优选地，催化燃烧炉包括炉体，炉体内设置有U型电加热管组、催化床和翅片管式换热器；废气在U型电加热管组加热下进入催化床催化分解，翅片管式换热器对反应热进行回收。

优选地，活性炭吸附箱为多级活性炭吸附箱，每级活性炭层之间设置热电偶温度检测器，热电偶温度检测器通过电信号线与PLC电控柜连接。

本实用新型与现有技术相比，有益效果是：

1.系统自动化程度高；2.进气布气均匀，大大提升活性炭吸附接触面积；3.通过PID检测仪与阀门切换的联动保证活性炭吸附的效率满足设计要求；4.解决活性炭脱附时间随脱附效率变动对系统产生效果降低的问题；5.通过系统的自运行，有效解决废气环境不同对活性炭寿命时间不确定的问题。

附图说明

图1是本实用新型实施例的一种活性炭吸脱附催化燃烧系统示意图；

图2是本实用新型实施例的催化燃烧炉的结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

本实用新型中，PLC(Programmable Logic Controller)控制柜，即可编程控制柜，可实现电机、开关的控制的电气柜。PLC控制柜可完成设备自动化和过程自动化控制，实现完美的网络功能，可以根据实际控制规摸大小，进行组合，既可以实现单柜自动控制，也可以实现多柜通过工业以太网或工业现场总线网络组成集散(DCS)控制系统，具有性能稳定、可扩展、抗干扰强等特点。

VFD(Variable-frequency Drive)，即变频器，是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。

PID(Photo Ionization Detectors)检测仪，即光离子化检测仪，是一种能够检测极低浓度挥发性有机化合物(VOCs)和其它有毒气体的仪器。PID检测仪使用了一个紫外灯光源将有机物打成可被检测器检测到的正负离子，检测仪测量离子化了的气体的电荷并将其转化为电流信号，电流被放大并显示出浓度值。

催化燃烧炉为一种催化分解VOCs的加热设备，在贵金属催化剂作用下，可使废气内的VOCs在较低的起燃温度条件下，发生无焰燃烧，并氧化分解为CO₂和H₂O，同时放出大量热能，从而去除废气中的有害物。

本实施例的一种活性炭吸脱附催化燃烧系统，如图1所示，包括吸附单元100、催化燃烧脱附单元200和PLC电控柜400。

吸附单元100包括废气进入管110、吸附管道120、活性炭吸附箱130、吸附风机140、排气筒150、吸附电动阀门160和PID检测仪170。废气进入管110、活性炭吸附箱130和排气筒150通过吸附管道120依次连接，活性炭吸附箱130和排气筒150之间设有吸附风机140，活性炭吸附箱130的第一进气口131a和第一出气口131b都设有吸附电动阀门和PID检测仪170。PID检测仪170通过电信号线与PLC电控柜400连接。废气经吸附单元除去VOCs后达标排放，吸附流程具体为：开启吸附电动阀门160和PID检测仪170，开启吸附风机140，废气从废气进入管110引入吸附管道120，再进入活性炭吸附箱130。第一出气口131b处的PID检测仪170对流经活性炭吸附箱130的气体进行检测，若达标则进入排气筒150进行排放。

若第一出气口131b处的PID检测仪170对VOCs吸附的检测结果不合格，且第一进气口131a处PID检测仪170检测结果与第一出气口131b处PID检测仪检测结果的差值小于设定值，则说明废气处理不合格，即活性炭吸附箱130内的活性炭吸附余量不足，需要对活性炭进行脱附。脱附是吸附的逆过程，是将被吸附的污染从活性炭中析出的过程，从而使活性炭得以再生，重新达到理想的吸收效果。物质的吸附量是随温度的升高而减小的，将吸附剂的温度升高，可以使已被吸附的组分(如VOCs)脱附下来。

催化燃烧脱附单元200包括脱附管道210、催化燃烧炉220、脱附风机230、脱附气动阀门240、排风电动调节阀门250和补风电动阀门260。活性炭吸附箱130和催化燃烧炉220由脱附管道210连成回路，回路上设置脱附风机230和补风电动阀门260，活性炭吸附箱130的第二进气口132a和第二出气口132b都设有脱附气动阀门240和PID检测仪170。从催化燃烧脱附单元200的回路引一支路与吸附单元100的排气筒150连通，支路上设置排风电动调节阀门250。PID检测仪170通过电信号线与PLC电控柜400连接。脱附流程具体为：关闭吸附单元100的吸附电动阀门160，开启催化燃烧脱附单元200的脱附气动阀门240，关闭排风电动调节阀门250。开启脱附气动阀门240和补风电动阀门260，开启脱附风机230，新鲜空气从补风电动阀门260进入脱附管道210回路，在催化燃烧炉220和活性炭吸附箱130之间不断循环。新鲜空气首先在催化燃烧炉220内加热，然后热空气到达活性炭吸附箱130，使箱内的活性炭温度升高，活性炭温度升高后脱附出VOCs，并与空气混合后被输送至催化燃烧炉220，VOCs在催化燃烧炉内催化分解为CO₂和H₂O蒸汽等无毒无害气体。

若第二进气口132a处的PID检测仪170检测结果合格，且第二出气口132b处PID检测仪检测结果与第二进气口132a处PID检测仪检测结果的差值在设定范围内，则说明脱附合格。脱附合格后，打开排风电动调节阀门250，将气体导入排气筒150排出。

为了安全起见，催化燃烧脱附单元200还在其脱附管道210上设置了应急排空电动阀门270，当管内压力大于预设值时，应急排空电动阀门270开启进行泄压。同时，催化燃烧炉220两侧的脱附管道210还设置了阻火器280，防止催化燃烧炉可能产生的明火扩散开来。

催化燃烧炉220包括炉体221，如图2所示，炉体内设置有U型电加热管组222、催化床223和翅片管式换热器224。废气在U型电加热管组222加热下进入催化床223催化分解，翅片管式换热器224对反应热进行回收，提高能源利用率。

上述脱附过程是通过对活性炭升温以降低其吸附能力来实现的。由于高温降低了活性炭的吸附能力，脱附完成后，开始吸附处理之前，需要对活性炭进行降温。为此，设置吹扫单元300，吹扫单元300包括吹扫管道310、吹扫风机320和吹扫电动阀门330。吹扫风机320与活性炭吸附箱130的第三进气口133a通过吹扫管道310连接，活性炭吸附箱的第三出气口133b通过吹扫管道310接入排气筒150。开始吹扫前，先关闭吸附电动阀门160、脱附气动阀门240，开启吹扫电动阀门330。然后，开启吹扫风机320，将新鲜空气引入吹扫管道310，并经活性炭吸附箱130，随后至排气筒150排出。活性炭吸附箱130为多级活性炭吸附箱，每级活性炭层之间设置热电偶温度检测器，热电偶温度检测器通过电信号线与PLC电控柜400连接。当热电偶温度检测器检测到温度低于预设值时，吹扫过程完成。

本实施例的一种活性炭吸脱附催化燃烧系统还包括VFD柜500，VFD柜通过电信号线与吸附风机140、脱附风机230和吹扫风机320连接。VFD柜接收PLC电控柜的信号，对吸附风机140、脱附风机230和吹扫风机320进行开关控制和功率调节。

为了保持活性炭吸附能力的稳定，系统常常需要在吸附、脱附和吹扫工况之间进行切换。工况切换一般情况下是通过PLC电控柜400控制各阀门的开度来实现的。若系统的废气处理量太大来不及切换工况，则需要设置一备用活性炭炭箱体180，将管线切换至备用活性炭炭箱体180，以维持系统的稳定性。

备用活性炭箱180的型号与活性炭吸附箱130相同。备用活性炭箱的第一进气口181a和第一出气口181b分别设有吸附电动阀门160和PID检测仪170，且通过吸附管道120与活性炭吸附箱130并联。其第二进气口182a和第二出气口182b分别设有脱附气动阀门240和PID检测仪170，且通过脱附管道210与活性炭吸附箱130并联。第三进气口183a和第三出气口183b分别设有吹扫电动阀门330，且通过吹扫管道310与活性炭吸附箱130并联。

综上所述，本实施例的一种活性炭吸脱附催化燃烧系统通过设置PID检测仪在各系统节点进行监控，PLC电控柜主要接受活性炭吸附箱内热电偶和PID检测仪反馈信号，通过自动控制程序控制阀门开度，实现吸附、脱附和吹扫工况的切换。这样，系统通过浓度变化以及各检测数据的换算判断活性炭脱附时间和活性炭的使用寿命，并保证催化燃烧系统进气浓度的相对稳定性。

吸附单元的PID检测仪控制吸附状态，通过电信号线与PLC电控柜和VFD柜连接，PID检测仪主要控制各阀门配件，通过检测到的浓度是否符合设定值来判断活性炭吸附箱的吸附电动阀门的开关状态。

脱附单元的PID检测仪控制脱附状态，在脱附过程中活性炭的再生效果随着脱附次数的增加而下降，通过PID检测仪一方面可检测脱附浓度的高低，保证后续处理的可行性；另一方面可检测活性炭的脱附效率，脱附效率的降低严重影响系统的高效性以及稳定性。

PID检测仪的其他作用则是判定活性炭使用寿命，一旦脱附后初次吸附的出口浓度依旧处于超标状态，且经过再次脱附无法满足要求的，即可判断该类活性炭无法再次再生，此时将提醒使用方进行更换活性炭的操作。

催化燃烧炉的参数根据吸脱附的工况要求进行设定。U型电加热管组使用功率通过废气风量、废气进气浓度以及设定燃烧温度进行设计计算确定，催化剂使用量通过控制空速12000h^-1进行计算使用，翅片管式换热器根据脱附风量、进风温度、湿度以及出口要求温度确定换热面积。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种活性炭吸脱附催化燃烧系统，其特征在于，包括吸附单元、催化燃烧脱附单元和PLC电控柜；其中，吸附单元包括：废气进入管、吸附管道、活性炭吸附箱、吸附风机、排气筒、吸附电动阀门和PID检测仪；废气进入管、活性炭吸附箱和排气筒通过吸附管道依次连接，活性炭吸附箱和排气筒之间设有吸附风机，活性炭吸附箱的第一进气口和第一出气口都设有吸附电动阀门和PID检测仪；催化燃烧脱附单元包括：脱附管道、催化燃烧炉、脱附风机、脱附气动阀门和排风电动调节阀门；活性炭吸附箱和催化燃烧炉由脱附管道构成回路，回路上设置脱附风机，活性炭吸附箱的第二进气口和第二出气口都设有脱附气动阀门和PID检测仪；从催化燃烧脱附单元的回路引一支路与吸附单元的排气筒连通，支路上设置排风电动调节阀门；PID检测仪通过电信号线与PLC电控柜连接。

2.根据权利要求1所述的一种活性炭吸脱附催化燃烧系统，其特征在于，还包括吹扫单元，吹扫单元包括吹扫管道、吹扫风机和吹扫电动阀门；吹扫风机与活性炭吸附箱的第三进气口通过吹扫管道连接，活性炭吸附箱的第三出气口通过吹扫管道接入排气筒。

3.根据权利要求1所述的一种活性炭吸脱附催化燃烧系统，其特征在于，催化燃烧脱附单元还包括补风电动阀门，设置于脱附管道的管路上。

4.根据权利要求1所述的一种活性炭吸脱附催化燃烧系统，其特征在于，催化燃烧脱附单元还包括应急排空电动阀门，设置于催化燃烧炉进气口的脱附管道。

5.根据权利要求1所述的一种活性炭吸脱附催化燃烧系统，其特征在于，催化燃烧脱附单元还包括阻火器，设置于催化燃烧炉的两侧的脱附管道。

6.根据权利要求2所述的一种活性炭吸脱附催化燃烧系统，其特征在于，还包括VFD柜，通过电信号线与吸附风机、脱附风机和吹扫风机连接。

7.根据权利要求1所述的一种活性炭吸脱附催化燃烧系统，其特征在于，还包括备用活性炭箱，其第一进气口和第一出气口分别设有吸附电动阀门和PID检测仪，且通过吸附管道与活性炭吸附箱并联，其第二进气口和第二出气口分别设有脱附气动阀门和PID检测仪，且通过脱附管道与活性炭吸附箱并联。

8.根据权利要求2所述的一种活性炭吸脱附催化燃烧系统，其特征在于，备用活性炭箱的第三进气口和第三出气口分别设有吹扫电动阀门，且通过吹扫管道与活性炭吸附箱并联。

9.根据权利要求1所述的一种活性炭吸脱附催化燃烧系统，其特征在于，催化燃烧炉包括炉体，炉体内设置有U型电加热管组、催化床和翅片管式换热器；废气在U型电加热管组加热下进入催化床催化分解，翅片管式换热器对反应热进行回收。

10.根据权利要求1所述的一种活性炭吸脱附催化燃烧系统，其特征在于，活性炭吸附箱为多级活性炭吸附箱，每级活性炭层之间设置热电偶温度检测器，热电偶温度检测器通过电信号线与PLC电控柜连接。

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