CN217367865U

CN217367865U - 一种超低排放的VOCs处理装置

Info

Publication number: CN217367865U
Application number: CN202220516240.7U
Authority: CN
Inventors: 王涛; 王翼鹏; 刘欢; 杨旭; 蒋伟; 孙莉; 连长康; 江波; 刘浩波
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology; Shenzhen Huazhong University of Science and Technology Research Institute; Universtar Science and Technology Shenzhen Co Ltd
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology; Shenzhen Huazhong University of Science and Technology Research Institute; Universtar Science and Technology Shenzhen Co Ltd
Priority date: 2022-03-10
Filing date: 2022-03-10
Publication date: 2022-09-06
Anticipated expiration: 2032-03-10

Abstract

本实用新型公开了一种超低排放的VOCs处理装置，包括：预处理装置，用于对VOCs废气中大颗粒物和高沸点物质进行脱除处理；TO/RTO燃烧单元，用于对脱除处理后的VOCs废气进行高温销毁；换热器/余热锅炉，用于将TO/RTO燃烧单元高温销毁后的高温洁净烟气分为多组热流回收利用；SCR脱硝装置，用于对换热器/余热锅炉出口的高温洁净烟气进行脱销处理；排放装置，用于对脱销处理后的VOCs废气进行排放处理。本实用新型通过预处理装置、TO/RTO燃烧单元、换热器/余热锅炉、SCR脱硝装置和排放装置等对VOCs废气进行相应处理，以此实现对于VOCs废气的超低排放处理。

Description

一种超低排放的VOCs处理装置

技术领域

本实用新型涉及环保技术领域，特别涉及一种超低排放的VOCs处理装置。

背景技术

挥发性有机物，常用VOCs表示，即Volatile Organic Compounds，VOCs是指具有较高蒸汽压、常温常压下容易挥发的一类非甲烷有机化合物。VOCs是形成细颗粒物(PM2.5)、臭氧(O3)等二次污染物的重要前体物，进而引发灰霾、光化学烟雾等大气环境问题。随着工业化和城市化的快速发展以及能源消费的持续增长，以PM2.5和O3为特征的区域性复合型大气污染日益突出，区域内空气重污染现象日益增多，严重制约社会经济的可持续发展，威胁人民群众身体健康。因此，为了根本解决PM2.5、O3等污染问题，切实改善大气环境质量，必须加强对前体物VOCs污染的防治。

工业上根据处理方式的不同，VOCs治理技术分为回收和销毁两大类。对于高浓度(大于5000mg/m³)或比较昂贵的VOCs，普遍采用回收技术回收循环利用；而对于中等浓度或低浓度(小于1000mg/m³)的VOCs，普遍采用降解或销毁技术。销毁技术中，焚烧法以系统简单、占地面积小、控制方便、处理效率高、不产生二次污染以及投资成本低等优势，在VOCs销毁处理方面得到了较快的发展。

以工业涂装VOCs为例，工业涂装是工业VOCs排放大户，具有低浓度、大风量的排放特点，比较代表性的排放参数：喷漆房100～300mg/m3，烘干房 1000～2000mg/m3。由于工业涂装中原始废气的VOCs含量较低，不具备回收价值，直接燃烧销毁就是最佳的技术路线。实际工程中，焚烧前一般采用吸附浓缩工艺，对低浓度、大风量的工业废气中的VOCs进行分离浓缩，随后对浓缩后的高浓度、小风量的废气中的VOCs采用燃烧法进行销毁处理。

目前已经工业化的焚烧方法有两类：催化燃烧和非催化燃烧。催化燃烧是利用催化燃烧技术，降低燃烧温度，使燃烧设备的运行温度从760℃以上降低至300～400℃，可显著减少辅助能源消耗和散热损失。催化燃烧具有启动时间快、运行成本低，适用于间歇性VOCs废气处理。但针对VOCs成分波动较大、以及含有容易使催化剂中毒的卤素元素的情形，无法满足连续稳定运行。而且因为燃烧温度较低，余热回收相对成本较高。

非催化燃烧包括传统的直燃式焚烧方法(Thermal Oxidizer，简称TO)。因为工业废气中VOCs的含量非常不稳定，TO技术需要消耗大量的辅助燃料，确保燃烧室温度维持在760℃以上。在TO技术基础上增强燃烧产物的换热能力，即对含VOCs废气的焚烧产物热量进行回收，用于加热原始废气或助燃空气，该种技术称为蓄热式热氧化炉(RegenerativeThermal Oxidizer，简称RTO)。 RTO启动时间较长、适用于连续排放的工况，因为进行了能量回收，具有很高的工业二氧化碳减碳效益。TO/RTO的共同优点是适用于废气成分经常发生变化，或废气中含有使催化剂中毒或活性衰退的成分(如水银，锡，锌等的金属蒸汽和磷、磷化物，砷等，容易使催化剂失去活性；含卤素和大量的水蒸气的情形)。两者的共同缺点是燃烧温度在760℃以上，会带来更多的NOX排放。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种超低排放的VOCs处理装置，旨在实现对于 VOCs废气的超低排放处理。

本实用新型实施例提供了一种超低排放的VOCs处理装置，包括：

预处理装置，用于对VOCs废气中大颗粒物和高沸点物质进行脱除处理；

TO/RTO燃烧单元，用于对脱除处理后的VOCs废气进行高温销毁；

换热器/余热锅炉，用于将TO/RTO燃烧单元高温销毁后的高温洁净烟气分为多组热流回收利用；

SCR脱硝装置，用于对换热器/余热锅炉出口的高温洁净烟气进行脱销处理；

排放装置，用于对脱销处理后的VOCs废气进行排放处理。

进一步的，还包括一吸附浓缩脱附装置，所述吸附浓缩脱附装置包括吸附单元和脱附单元；

所述吸附单元用于将脱除处理后的85％～95％VOCs废气吸附于活性炭或沸石分子筛多孔介质上，并将经吸附后的洁净VOCs废气达标排放至排放装置；

所述脱附单元用于将脱除处理后的5％～15％VOCs废气进行脱附处理，所述脱附处理的温度为100～120℃或者180～220℃。

进一步的，还包括一酸性洗涤设备，所述酸性洗涤设备用于去除经过 TO/RTO燃烧单元焚烧后的VOCs废气中的酸性气体和卤素氢化物。

进一步的，所述预处理装置为调温调湿单元、物理过滤装置和洗涤装置中的任意一种或多种，所述脱除处理的湿度小于或者等于80％，温度小于或者等于40℃。

进一步的，还包括一轮转冷却区，所述轮转冷却区用于对进入脱附单元的 VOCs废气进行沸石冷却处理。

进一步的，还包括一装有尿素或氨水的溶解罐/加热罐，所述溶解罐/加热罐与所述SCR脱硝装置相连通。

进一步的，所述换热器/余热锅炉将高温洁净烟气分为第一热流、第二热流和第三热流；

其中，所述第一热流流入预处理装置或者TO/RTO燃烧单元，用于对VOCs 废气的温度和湿度进行调整；所述第二热流流入溶解罐/加热罐，用于加热尿素或氨水，以制备尿素溶液或温度合适的氨水溶液，作为脱销处理的还原剂；所述第三热流直接排放。

进一步的，所述换热器/余热锅炉还将高温洁净烟气分为第四热流，所述第四热流流入SCR脱硝装置。

进一步的，所述SCR脱硝装置中的脱销处理反应温度范围为320～400℃。

进一步的，所述换热器/余热锅炉为并联布置或者分段串联布置，所述SCR 脱硝装置末端设置有用于回收气热量的换热面积。

本实用新型实施例提供了一种超低排放的VOCs处理装置，包括：预处理装置，用于对VOCs废气中大颗粒物和高沸点物质进行脱除处理；TO/RTO燃烧单元，用于对脱除处理后的VOCs废气进行高温销毁；换热器/余热锅炉，用于将TO/RTO燃烧单元高温销毁后的高温洁净烟气分为多组热流回收利用；SCR 脱硝装置，用于对换热器/余热锅炉出口的高温洁净烟气进行脱销处理；排放装置，用于对脱销处理后的VOCs废气进行排放处理。本实用新型实施例通过预处理装置、TO/RTO燃烧单元、换热器/余热锅炉、SCR脱硝装置和排放装置等对VOCs废气进行相应处理，以此实现对于VOCs废气的超低排放处理。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。

图1为本实用新型实施例提供的一种超低排放的VOCs处理装置的流程示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种超低排放的VOCs处理装置的另一流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本实用新型说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型。如在本实用新型说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

下面请参见图1，图1为本实用新型实施例提供的一种超低排放的VOCs 处理装置的流程示意图，该系统包括：

TO/RTO燃烧单元，用于对脱除处理后的VOCs废气进行高温销毁；

排放装置，用于对脱销处理后的VOCs废气进行排放处理。

本实施例中，通过预处理装置对VOCs废气中大颗粒物和高沸点物质进行脱除处理，整体实现较完全地去除粉尘、漆雾。然后通过TO/RTO燃烧单元对 VOCs废气进行高温销毁，被高温销毁的VOCs废气进入换热器/余热锅炉，由换热器/余热锅炉进行分流回收利用。随后通过SCR脱硝装置对换热器/余热锅炉出口的高温洁净烟气进行脱销处理，再利用排放装置(例如烟囱等)对经过上述处理后的VOCs废气进行排放。

本实施例通过能量梯级利用回收利用了VOCs焚烧产生的热量，并将其中部分热量用于脱除废气焚烧产物伴生的NO_X脱硝反应所需还原剂的制备，构成有机整体，实现媲美电力污染物治理水平的超低排放。

在一实施例中，所述超低排放的VOCs处理装置还包括一吸附浓缩脱附装置，所述吸附浓缩脱附装置包括吸附单元和脱附单元；

本实施例中，吸附浓缩脱附装置包括吸附单元和脱附两单元两部分。在吸附单元中，一部分VOCs废气(约85％～95％)流入吸附区，VOCs废气在范德华力作用下被吸附于活性炭或沸石分子筛多孔介质，经吸附后的洁净废气达标排放进烟囱；小部分VOCs废气(约5％～15％)经换热器加热至合适的脱附温度后，进入脱附单元。在这里，如果吸附单元中的吸附剂为活性炭，则脱附温度选100～120℃；如果吸附剂为沸石分子筛，则脱附温度为180～220℃。活性炭或沸石分子筛多孔介质中的VOCs废气在热气流的加热下脱离，与脱附单元中的VOCs废气混合形成高浓度VOCs废气。

在一具体实施例中，吸附浓缩脱附装置中的吸附材料包括但不限于活性炭、硅胶、沸石分子筛、吸附树脂等。

进一步的，在一实施例中，还包括一轮转冷却区，所述轮转冷却区用于对进入脱附单元的VOCs废气进行沸石冷却处理。在应用分子筛转轮系统时，VOCs 废气在进入换热器之前，会先经过转轮冷却区，冷却沸石的同时得到部分热量，再进入脱附区。

在一实施例中，所述预处理装置为调温调湿单元、物理过滤装置和洗涤装置中的任意一种或多种，所述脱除处理的湿度小于或者等于80％，温度小于或者等于40℃。

本实施例中，所述预处理装置包括调温调湿单元、物理过滤装置、洗涤装置等。所述预处理装置主要作用为对VOCs废气中较大颗粒物和高沸点物质进行脱除，并确保VOCs废气的湿度≤80％、温度≤40℃，从而整体实现较完全地去除粉尘、漆雾，达到气体中0.5μm以上的尘净化效率≥98％的效果，确保VOCs 废气满足后续装置单元对VOCs废气的参数要求。针对特定工艺，预处理装置可以选择调温调湿单元、物理过滤、洗涤等装置的一种单独或多种组合使用。

在一实施例中，还包括一装有尿素或氨水的溶解罐/加热罐，所述溶解罐/加热罐与所述SCR脱硝装置相连通。

此外，所述换热器/余热锅炉将高温洁净烟气分为第一热流、第二热流和第三热流；

本实施例中，吸附浓缩脱附装置的高浓度VOCs废气进入TO/RTO单元焚烧，反应后的VOCs废气被高温销毁，高温洁净烟气进入换热器/余热锅炉分流。换热器/余热锅炉具体将高温烟气分为三组热流，即第一热流、第二热流和第三热流。其中，第一热流进入预处理装置，通过热交换方式对VOCs废气的温度和湿度进行调整；第二热流进入溶解罐/加热罐，用于加热尿素或氨水，从而制备尿素溶液或温度合适的氨水溶液，以作为脱销反应中的还原剂，用于参加脱硝反应，参与VOCs废气焚烧后的末端净化治理。在这里，所述第一热流可以从换热器/ 余热锅炉入口前、设备中以及出口处抽取高温烟气，即在换热器/余热锅炉不同位置抽取高温延期，也可以以热水或蒸汽的模式回收利用，所述第二热流同样可以以热水或蒸汽的模式回收利用

还需说明的是，在不含吸附浓缩脱附装置的情形下，所述第一热流还可以直接回流至TO/RTO燃烧单元，抬升进入TO/RTO燃烧单元的VOCs废气温度，进一步降低对废气的VOCs含量要求，扩大VOCs处理范围。此外，在TO/RTO燃烧单元中，可以包括但不限于选择直接燃烧和蓄热燃烧等燃烧方式，以及包括任何燃烧室温度大于760℃，需要配置余热回收装置的情形。

在一实施例中，如图2所示，所述超低排放的VOCs处理装置还包括一酸性洗涤设备，所述酸性洗涤设备用于去除经过TO/RTO燃烧单元焚烧后的VOCs 废气中的酸性气体和卤素氢化物。

本实施例中，增加了酸性洗涤设备，以去除焚烧后的废气中的酸性气体和卤素氢化物。

进一步的，在一实施例中，所述换热器/余热锅炉还将高温洁净烟气分为第四热流，所述第四热流流入SCR脱硝装置。

如图2所示，当在SCR脱硝装置和所述换热器/余热锅炉之间增设酸性洗涤设备后，还可以同时增设热流四，确保SCR脱硝装置处于合适的反应温度范围 320～400℃，在这种情形下，对于VOCs废气的脱硝效率可以达到70％～90％。在具体实施例中，所述SCR脱硝装置中的脱销处理中的最佳反应温度350℃。另外，SCR脱硝装置可以选择液氨、尿素等作为脱销反应的还原剂。

在一实施例中，所述换热器/余热锅炉为并联布置或者分段串联布置，所述 SCR脱硝装置末端设置有用于回收气热量的换热面积。

本实施例中，将换热器/余热锅炉并联布置或者分段串联布置，以及在SCR 脱硝装置的末端布置部分换热面积，可以将SCR脱硝装置净化后的洁净气流的热量进一步回收，并进入排放装置排放。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的状况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims

1.一种超低排放的VOCs处理装置，其特征在于，包括：

TO/RTO燃烧单元，用于对脱除处理后的VOCs废气进行高温销毁；

排放装置，用于对脱销处理后的VOCs废气进行排放处理。

2.根据权利要求1所述的超低排放的VOCs处理装置，其特征在于，还包括一吸附浓缩脱附装置，所述吸附浓缩脱附装置包括吸附单元和脱附单元；

3.根据权利要求1所述的超低排放的VOCs处理装置，其特征在于，还包括一酸性洗涤设备，所述酸性洗涤设备用于去除经过TO/RTO燃烧单元焚烧后的VOCs废气中的酸性气体和卤素氢化物。

4.根据权利要求1所述的超低排放的VOCs处理装置，其特征在于，所述预处理装置为调温调湿单元、物理过滤装置和洗涤装置中的任意一种或多种，所述脱除处理的湿度小于或者等于80％，温度小于或者等于40℃。

5.根据权利要求2所述的超低排放的VOCs处理装置，其特征在于，还包括一轮转冷却区，所述轮转冷却区用于对进入脱附单元的VOCs废气进行沸石冷却处理。

6.根据权利要求1所述的超低排放的VOCs处理装置，其特征在于，还包括一装有尿素或氨水的溶解罐/加热罐，所述溶解罐/加热罐与所述SCR脱硝装置相连通。

7.根据权利要求6所述的超低排放的VOCs处理装置，其特征在于，所述换热器/余热锅炉将高温洁净烟气分为第一热流、第二热流和第三热流；

8.根据权利要求6所述的超低排放的VOCs处理装置，其特征在于，所述换热器/余热锅炉还将高温洁净烟气分为第四热流，所述第四热流流入SCR脱硝装置。

9.根据权利要求1所述的超低排放的VOCs处理装置，其特征在于，所述SCR脱硝装置中的脱销处理反应温度范围为320～400℃。

10.根据权利要求1所述的超低排放的VOCs处理装置，其特征在于，所述换热器/余热锅炉为并联布置或者分段串联布置，所述SCR脱硝装置末端设置有用于回收气热量的换热面积。