CN106855236A - 一种处理VOCs废气的蓄热式催化直燃系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种处理VOCs废气的蓄热式催化直燃系统，其包括废气进口管道、催化直燃室、烟气出口管道、空气进口管道、空气出口管道、引风机、排气筒，所述催化直燃室顶部安装防爆门，催化直燃室一端安装主燃烧器，另一端安装助燃燃烧器，所述空气进口管道与废气进口管道逆向安装，所述催化直燃室内的两侧各安装一个热电偶和一催化剂层，催化剂层之间安装有至少两层的蓄热体层。本发明组成、结构合理，节能效果好，投资和运行费用低，VOCs处理效率高。可广泛用于VOCs废气处理领域。

Description

一种处理VOCs废气的蓄热式催化直燃系统

技术领域

本发明属于VOCs废气处理领域，特别涉及一种处理VOCs废气的蓄热式催化直燃系统。

背景技术

挥发性有机物（VOCs，Volatile Organic Compounds）与硫氧化物、氮氧化物和粉尘都是造成大气污染的主要污染物。VOCs成分复杂，含有VOCs的废气来源众多（如石油炼制、有机化工、医药、食品、日用品、轮胎制造等VOCS生产行业，以及包装印刷、机械制造、电子产品制造、交通设备制造、人造板与家具制造等以VOCS产品为原料的制造行业），因此VOCs的处理方法较多。对于含有VOCs的废气，处理效果能稳定达到95%以上的是燃烧法。燃烧法按照蓄热与否分为直燃式氧化炉（TO）和蓄热式氧化炉（RTO）；这两种氧化炉内若加入催化剂，就成为现在常用的没有蓄热功能的催化直燃炉和蓄热式催化氧化炉。催化直燃炉结构简单，分解VOCs需要的温度低，其燃料消耗低于直燃式氧化炉，因此这种催化直燃炉在含有VOCs的废气处理领域应用较多。催化直燃炉的催化直燃室内只有催化剂层，在处理VOCs废气时的优点是处理效率高且投资低，但这种装置流出炉子的气流温度很高，即使炉子外加换热器，热回收效率也只有60%左右，因此这种催化直燃炉的燃料消耗较大，节能效果差，运行成本高。蓄热式催化氧化炉通过蓄热室的切换，有90%以上的热回收效率，但这种装置拥有众多阀门。为了达到好的热回收效率，众多阀门在3分钟以内就要切换一次，这就对阀门质量和控制系统提出了很高的要求。蓄热式催化氧化炉至少有两个蓄热室以完成蓄热体周期性的蓄热和放热，需要大量的蓄热体，因此这种装置结构复杂，并且体积远大于催化直燃炉，这也使其投资费用也远高于催化直燃炉。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提出一种组成、结构合理，节能效果好，投资和运行费用低，VOCs处理效率高的蓄热式催化直燃系统。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种处理VOCs废气的蓄热式催化直燃系统，其包括废气进口管道、催化直燃室、烟气出口管道、空气进口管道、空气出口管道、引风机、排气筒，其特征是：所述催化直燃室顶部安装防爆门，催化直燃室一端安装主燃烧器，另一端安装辅助燃烧器；所述废气进口管道从安装主燃烧器的一端进入催化直燃室，处理后的废气通过烟气出口管道和烟气出口阀经引风机排出，所述空气进口管道与废气进口管道逆向安装，从安装助燃燃烧器的一端进入催化直燃室，通过空气出口管道经引风机排出；所述催化直燃室内的两侧各安装一个热电偶和一催化剂层，催化剂层之间安装有至少两层的蓄热体层。

进一步，本发明还设有一旁路管道和旁路阀，所述旁路管道并列安装在废气进口管道和催化直燃室外侧，废气可直接通过旁路管道和旁路阀进入引风机。

进一步，本发明还设有一烟气再循环管道，所述引风机排出的气体通过烟气再循环管道接入废气进口管道，与废气一同引入催化直燃室，通过烟气再循环阀控制烟气再循环管道的流量。

进一步，所述废气进口管道上安装有过滤器、废气进口阀、阻火器、缓冲罐。

进一步，所述蓄热体层的通孔沿着催化直燃室长度方向，每层蓄热体层填满与催化直燃室长度方向垂直的截面，相邻蓄热体层之间的间隔为单个蓄热体厚度的1-3倍，蓄热体层的总厚度为催化直燃室长度的10%-40%。

本发明采用上述组成结构，将蓄热体层装到催化直燃炉内，形成蓄热式VOCs催化直燃系统。通过旁路烟道增加进入催化燃烧室内的风量，从而改进催化直燃室对废气量减小的适应程度。通过蓄热体蓄热提高热回收率，通过蓄热体放热降低燃烧器的燃料消耗，在有很高的VOCs处理效率时节能且运行成本低于催化直燃炉；阀门不需要频繁开闭，对阀门质量和控制系统的要求低于蓄热式催化氧化炉；本发明的催化直燃室体积稍大于没有蓄热体的催化直燃炉，但小于蓄热式催化氧化炉，因此投资费用远低于蓄热式催化氧化炉。由此可见，对照现有技术，本发明组成结构合理，节能效果好，VOCs废气处理效率高，控制容易，造价低，运行费用也低。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明。

图1是本发明的组成结构示意图。

图中的标号是：1.废气进口管道，2.旁路管道，3.烟气再循环管道，4.空气进口管道，5.空气出口管道，6.催化直燃室，7.烟气出口管道，8.引风机，9.排气筒。11.过滤器，12.废气进口阀，13.阻火器，14.缓冲罐，21.旁路阀，31.烟气再循环阀，41.空气进口阀，51.空气出口阀，61.主燃烧器，62.防爆门，63.辅助热电偶，64.主热电偶，65.辅助燃烧器，66. 主催化剂层，67.蓄热体层，68. 辅助催化剂层，71.烟气出口阀。

具体实施方式

从图1中可以看出，一种处理VOCs废气的蓄热式催化直燃系统，其包括废气进口管道1、旁路管道2、烟气再循环管道3、催化直燃室6、空气进口管道4、空气出口管道5、烟气出口管道7、引风机8、排气筒9等。所述废气进口管道1上安装有过滤器11、废气进口阀12、阻火器13和缓冲罐14；旁路管道2上安装有旁路阀21；烟气再循环管道3安装有烟气再循环阀31；空气进口管道4上安装有空气进口阀41；空气出口管道5上安装有空气出口阀51；烟气出口管道7上安装有烟气出口阀71。

所述催化直燃室6顶部安装防爆门62，防爆门62的作用是催化直燃室6内爆炸时及时泄压。催化直燃室一端安装主燃烧器61，另一端安装辅助燃烧器65；所述废气进口管道1从安装主燃烧器61的一端进入催化直燃室6，处理后的废气通过烟气出口管道7和烟气出口阀71经引风机8排出，所述空气进口管道4与废气进口管道1逆向安装，从安装辅助燃烧器65的一端进入催化直燃室，通过空气出口管道5经引风机8排出。

所述催化直燃室6内的主燃烧器61一侧安装辅助热电偶63和辅助催化剂层68，辅助燃烧器65一侧安装主热电偶64和主催化剂层66。辅助催化剂层68和主催化剂层64之间安装有至少两层的蓄热体层67。

进一步，本发明所述旁路管道2并列安装在废气进口管道1和催化直燃室6外侧。具体是，所述旁路管道2的入口在过滤器11和废气进口阀12之间的废气进口管道1上，出口在烟气出口阀71和引风机8之间的烟气出口管道7上。

进一步，本发明所述烟气再循环管道3连接在引风机8出口的烟气出口管道7和缓冲罐14后的废气进口管道1之间。所述引风机8排出的气体分为两路，一路通过排气筒排向大气，一路通过烟气再循环管道接入废气进口管道1，与废气一同引入催化直燃室6，通过烟气再循环阀31控制烟气再循环管道3的流量。

进一步，所述蓄热体层67的通孔水平，即沿着催化直燃室6的长度方向，每层蓄热体层67均填满催化直燃室6的纵向截面，气流只能在通孔中流动。相邻蓄热体层67之间的间隔为单个蓄热体厚度的一倍以上，最好是1-3倍。目的是使气流能更均匀的分布在催化直燃室6的纵向截面。蓄热体层67的总厚度为催化直燃室6长度的10%-40%。

本发明的工作过程包括吹扫，升温，运行和停机等四个阶段。首先进行吹扫阶段：空气进口阀41和空气出口阀51打开，引风机8开启，废气进口阀12、烟气出口阀71和烟气再循环阀31关闭，旁路阀21根据有无VOCs废气排放开闭。引风机8引入的空气将主催化剂层66、蓄热体层67和辅助催化剂层68内残留的VOCs吹出催化直燃室6。

吹扫阶段完毕后，进入升温阶段：辅助燃烧器65点火，将催化直燃室6内的空气加热，随着空气在催化直燃室6内的流动，主催化剂层66、蓄热体层67和辅助催化剂层68依次升温；当辅助热电偶63探测的温度达到设定值后，升温阶段结束，运行阶段开始。

运行阶段中废气进口阀12和烟气出口阀71开启，空气进口阀41、空气出口阀51和旁路阀21关闭，VOCs废气进入催化直燃室6，主燃烧器61点火，辅助燃烧器65熄火。VOCs废气被主燃烧器61加热，通过辅助催化剂层68时发生催化反应，VOCs分解为二氧化碳和水并放热，废气变为无污染的热烟气；热烟气流过蓄热体层67和主催化剂层66，并将它们加热；烟气流出催化直燃室6，经过引风机8和排气筒9排入大气；当主热电偶64探测到温度升高到设定值时，主燃烧器61熄火，此时辅助催化剂层68和蓄热体层67仍有较高温度，能继续加热废气，加热后的VOCs通过主催化剂层66时被分解；随着辅助催化剂层68和蓄热体层67被废气冷却，当主热电偶64探测到废气温度接近主催化剂层66分解温度的下限时，主燃烧器61再次点火，开始下一个循环。当废气量低于催化直燃室6工作的最佳风量范围时，烟气再循环阀31打开，部分流出引风机8的烟气进入催化直燃室6，以使其风量和温度保持在最佳范围内。再循环的烟气量由烟气再循环阀31调节。当催化直燃室6出现故障时，旁路阀21打开，废气进口阀12、烟气再循环阀31、空气进口阀41、空气出口阀51和烟气出口阀71关闭，废气直接通过引风机8和排气筒9排入大气。

最后的停机阶段：主燃烧器61和辅助燃烧器65熄火，空气进口阀41、空气出口阀51和旁路阀21打开，废气进口阀12、烟气出口阀71和烟气再循环阀31关闭。空气进入催化直燃室6，将主催化剂层66、蓄热体层67和辅助催化剂层68残留的VOCs吹出催化直燃室6，并降温。当辅助热电偶63探测到温度降到设定值时，关闭引风机8；除了烟气再循环阀31，其它阀门都关闭，系统停运。

通过催化直燃室内蓄热体层的蓄热，大大提高了催化直燃法的热回收率；通过蓄热体层放热，只要在催化剂层的催化温度范围内，燃烧器就不用开启，从而节能并降低运行成本；阀门成本和催化直燃室体积均小于蓄热式催化氧化炉。另外，处理VOCs废气的蓄热式催化直燃系统结构简单，可以在现有催化直燃炉的基础上改造，从而使本发明有广阔的实用价值。

Claims (5)

1.一种处理VOCs废气的蓄热式催化直燃系统，其包括废气进口管道、催化直燃室、烟气出口管道、空气进口管道、空气出口管道、引风机、排气筒，其特征是：所述催化直燃室顶部安装防爆门，催化直燃室一端安装主燃烧器，另一端安装助燃燃烧器；所述废气进口管道从安装主燃烧器的一端进入催化直燃室，处理后的废气通过烟气出口管道和烟气出口阀经引风机排出，所述空气进口管道与废气进口管道逆向安装，从安装助燃燃烧器的一端进入催化直燃室，通过空气出口管道经引风机排出；所述催化直燃室内的两侧各安装一个热电偶和一催化剂层，催化剂层之间安装有至少两层的蓄热体层。

2.根据权利要求1所述的处理VOCs废气的蓄热式催化直燃系统，其特征是：其还设有一旁路管道和旁路阀，所述旁路管道并列安装在废气进口管道和催化直燃室外侧，废气可直接通过旁路管道和旁路阀进入引风机。

3.根据权利要求1所述的处理VOCs废气的蓄热式催化直燃系统，其特征是：其还设有一烟气再循环管道，所述引风机排出的气体通过烟气再循环管道接入废气进口管道，与废气一同引入催化直燃室，通过烟气再循环阀控制烟气再循环管道的流量。

4.根据权利要求1所述的处理VOCs废气的蓄热式催化直燃系统，其特征是：所述废气进口管道上安装有过滤器、废气进口阀、阻火器、缓冲罐。

5.根据权利要求1所述的处理VOCs废气的蓄热式催化直燃系统，其特征是：所述蓄热体层的通孔沿着催化直燃室长度方向，每层蓄热体层填满与催化直燃室长度方向垂直的截面，相邻蓄热体层之间的间隔为单个蓄热体厚度的1-3倍，蓄热体层的总厚度为催化直燃室长度的10%-40%。