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活性炭吸附脱附+催化燃烧设备有哪些部分组成

文章出处:未知 人气:发表时间:2019-11-06
       活性炭吸附+催化燃烧设备是常见的挥发性有机废气处理设备,它节能环保、无二次污染,净化效率高,是一种用于VOCs废气治理非常好的设备。活性炭吸附脱附催化燃烧两个基本原理设计,采用双气路连续工作,一个催化燃烧室,两个或多个吸附床交替使用。先将有机废气用活性炭吸附,当快达到饱和时停止吸附,然后用热气流将有机物从活性炭上脱附下来使活性炭再生;脱附下来的有机物已被浓缩(浓度较原来提高十倍以上)并送往催化燃烧室催化燃烧成二氧化碳及水蒸气排出。当有机废气的浓度达到2000PPm以上时,有机废气在催化床可维持自然,不用外加热。燃烧后的尾气一部分排入大气,大部分被送往吸附床,用于活性碳再生。这样可满足燃烧和吸附所需的热能,达到节能的目的。活性炭吸附脱附+催化燃烧设备主要组成部有:设备系统由干式过滤器、活性炭吸附系统、催化燃烧再生系统、电气控制系统及通风管道(阀门)系统等五大系统组成。

①干式过滤器:包括本体、过滤器、过滤棉等。
②活性炭吸附系统:包括吸附箱本体、活性炭、仪表阀门、风机电机等。
③催化燃烧再生系统:包括电加热予热室、催化燃烧室、热交换室、连接管道、仪表阀门、电加热管、催化剂、风机电机等。
④电气控制系统:包括PLC电控柜、触摸屏、仪表、电气管线等。
⑤通风管道系统:包括所有连接管道、阀门等。组合方式一吸一备,多吸一备组成,配套要根据企业废气的排放量或废气浓度而定。
 
      干式过滤床:根据项目VOCs排放情况,选用干式过滤器作为预处理装置。该装置内设置漆雾过滤器,采用专用漆雾过滤棉+高效无纺布组合,对漆雾进行高效过滤。干式过滤器一二层采用过滤净化效率高、无二次污染的玻璃纤维阻燃过滤材料,具有高容尘量的特点。第三层采用高效无纺布材料,确保油墨过滤效率更高,经处理装置净化后,废气中的颗粒物与水溶胶含量浓度≤5~10mg/Nm3,油墨粉尘过滤材料采用抽屉式安装,更换方便快捷。

1、过滤箱体外壳采用Q235 t=2mm钢板制成,外部连续焊接,无气泡、夹渣等现象,整体美观;
2、过滤框架采用Q235 t=1.5mm制成,保证支架整体强度牢固,外形美观;
3、过滤层采用钢板网内夹过滤材料制成,安装在金属箱体内,定期更换,如图5.2所示。

 
图5.2玻璃纤维过滤装置
4、过滤器过滤材料采用过滤净化效率高、无二次污染的玻璃纤维·阻燃过滤材料,具有通风量大、阻力小、容尘量大等特点。玻璃纤维过滤棉性能参数见5.3。
 

表5.3玻璃纤维过滤棉性能参数
产品名称 厚度 容尘量 过滤效率 阻力
(mm) Kg/㎡ Pa
玻璃纤维过滤棉 65 9 >95% <350
 
 
5、过滤段上装有压差计(指针式),当设备内部压差超过300Pa时,提示清理或更换过滤棉;干式过滤器的作用:涂装过程少量油漆被废气带走,经空气冷凝形成漆雾粉尘。这些粉尘具有粒径小、废气中含量少等特点,大部分在10um以下,若这些废气直接进入活性炭进行吸附,将导致活性炭微孔堵塞,最终将导致活性炭失活。因此,废气必须经过过滤处理才能进入后续吸附阶段。

活性炭吸附系统

本体:采用Q235材质板满焊制作,保证整体密封性;箱体分内外部分,中间装填150mm的耐高温保温材料,从而使能耗更低,脱附效率更高。内部结构根据我们大量的成功工程案例经验设计及修正,保证整体功用良好。


 
本系统可以做到吸附、脱附、冷却三个状态同时工作。由此,也相应增加正常吸附阀门、脱附阀门,冷却阀门,消防阀门,冷却风机等。过滤风速按0.8m/s(一般按1.2 m/s)计算,比常规设备增加30%碳用量,吸附效率比常规更高。

活性炭介绍:
活性炭吸附处理废气机理主要包括物理吸附和化学吸附两方面:
       物理吸附主要发生在活性炭去除液相和气相中杂质的过程中。活性炭的多孔结构提供了大量的表面积,从而使其非常容易达到吸收收集杂质的目的。由于活性炭吸附剂表面存在着未平衡和未饱和的分子引力或化学键力,因此当此固体表面与气体接触时,就能吸引气体分子,使其浓聚并保持在固体表面,此现象称为吸附。利用固体表面的吸附能力,使废气与大表面的多孔性固体物质相接触,废气中的污染物被吸附在固体表面上,使其与气体混合物分离,达到净化目的。

       除了物理吸附外,化学反应也经常发生在活性炭的表面,活性炭不仅含碳,而且在其表面含有少量的化学结合,功能团形式的氧和氮,例如羟基、羟基、酚类、内脂类、醌类、醚类等。这些表面上含有地氧化物或络合物可以与被吸附的物质发生化学反应,从而与被吸附物质结合聚集到活性炭的表面。

 活性炭填充量:活性炭的质量和数量决定着废气处理设备净化效率的高低,所以要在保证合格排放的基础上,合理配置活性炭的填充量,本装置活性炭的填充量如下表:


设备风量(m3/h) 设备单元数(个) 单元填量(m³) 总填充量(m³)
20000 2 1.4 3.8
 

催化燃烧再生系统

催化燃烧室
 

 
存放催化剂,废气进行催化燃烧的位置。催化燃烧是借助催化剂在低温下(200~400℃)下,实现对有机物的完全氧化,因此,能耗少,操作简便,安全,净化效率高,在有机废气特别是回收价值不大的有机废气净化方面,比如化工,喷漆、绝缘材料、漆包线、原料生产等行业应用较广。

催化剂是采用的铂金催化剂。催化剂的作用是:提高反应速率;降低反应温度;减少反应器的体积。
 
 
板式热交换器 
 
       板式换热器是按一定的间隔,由多层波纹形的传热板片,通过焊接或由橡胶垫片压紧构成的高效换热设备。按其加工工艺分为可拆式换热器和全焊接不可拆式换热器,办焊接式换热器是介于两者之间的结构,即两种流体作为相对独立的结构体进行组装的。板片的焊接或组装遵循两两交替排列原则组装时,两组交替排列。为增加换热板片面积和刚性,换热板片被冲压成各种波纹形状,目前多为v型沟槽,当流体在低流速状态下形成湍流,从而强化传热的效果,防止在板片上形成结垢。板上的四个角孔,设计成流体的分配管和泄集管,两种换热介质分别流入各自流道,形成逆流或并流通过每个板片进行热量的交换。
 板式换热器的特点:
 (1)由于采用0.6mm—0.8mm不锈钢片,传热效率得以极大的提高。
 (2)体积小,是管壳式换热器体积的1/3——1/5,既节省了金属材料,又减少了占地面积。
 (3) 传热系数高:总传热系数约为管壳式换热器的3--5倍
 (4)不易结构,清洗方便,便于日常维护。
 (5)由于体积小、响应迅速,运行热损失小。

       工艺上,我们采用引入新鲜空气与催化燃烧后热气体热交换后进行脱附,易于控制,不会产生高温报警或低温脱附不充分的情况,即安全也节能。同行业多采用催化燃烧后无氧气体混合冷空气进行脱附,因催化燃烧后的温度与脱附出来的气体浓度有关,变化很快,不可控制,导致脱附温度时高时低,从而造成脱附效率不高,最后整体的治理效果不佳。


电气控制系统

电器控制设备的所有设计、制作和安装均须符合相关的国家标准,特别须符合国家安全标准和电磁兼容性(EMC)标准要求。

电器控制柜应布局合理,元器件布置按功能分区排列整齐,柜内有足够的空间,带换气装置,考虑一定的散热措施。接线线路走向整齐、清晰、规范。

各类元器件的固定位置须有明显标志。接地良好并作好标记。各类线路两端应设有线号,且标志、线号与原理图一致。整个电器控制系统应做到操作方便,便于维修。

对故障和紧急情况应有声光报警功能。送风、排风机连锁开启,辅助气控阀门控制工作作业室风量的平衡。

风管及阀门:

管道:因含高浓度的VOCs,管道采用不锈钢制作,并做外部保温,减少热量损耗。
进出阀门:采用高质量的气动蝶阀,切换顺畅,并带启闭到位检测系统,双信号控制保证启闭到位,整体铸造制作,变形量小,经久耐用。多角调控蝶阀,其角度调控误差为1度。
 

序号 备件名称 数量 生产厂家
1 风机皮带 1套 与风机原配相当品
 
 

排风系统保持室内处于负压状态,工作过程中的废气集中排至“干式过滤器+催化燃烧系统”装置处理后,15米排气烟囱达标排放。

喷淋塔装置

废气由风管引入喷淋塔塔,经过喷淋层、填料层,废气与吸收液进行气液两相充分接触吸收中和反应,废气经过净化后,再经除雾板脱水除雾后由风机引入吸附装置。吸收液在塔底经水泵增压后在塔顶喷淋而下,最后回流至塔底循环使用。

脱附装置:

工艺上,我们采用引入新鲜空气与催化燃烧后热气体热交换后进行脱附,易于控制,不会产生高温报警或低温脱附不充分的情况,即安全也节能。同行业多采用催化燃烧后无氧气体混合冷空气进行脱附,因催化燃烧后的温度与脱附出来的气体浓度有关,变化很快,不可控制,导致脱附温度时高时低,从而造成脱附效率不高,最后整体的治理效果不佳。
 

一级热回收装置:

催化燃烧后进行两级热交换,增加二套热回收系统,尽可能减少能耗,该工艺优点其一为热回收效率可达80%以上,可降低30%电能耗,其二增加安全性,避免脱附时温度不均衡带来的安全隐患,热交换装置的能耗与满足功用根据大量实际工程成功经验值来选型,使两者得到平衡。


催化燃烧

采用该工艺能够在较低温度的情况下能够让VOCs分解成H2O和CO2,安全度更高,预热脱附前后的气体,使热量充分得到利用最大限度的降低电能耗,一次投资成本和运营成本也更低。
 

废气“催化燃烧系统装置”处理原理

       工作作业产生的废气经活性炭处理后,达标排放。本装置的工作原理是利用微孔活性物质对溶剂分子或分子团的吸附力,当废气通过吸附介质时,其中的有机溶剂即被阻留下来,从而使有机废气得到净化处理,当吸附体吸附饱和后,又根据分子热运动理论,从外界加给吸附体系热能,提高被吸附分子或分子团的热运动能量,当分子热动力足以克服吸附力时,有机溶剂分子便从吸附体系中争脱出来,从而使吸附介质得到再生。

吸附浓缩:在引风机的作用下将捕集后的低温、低浓度废气进入净化装置内吸附体,废气通过活性炭吸附净化,净化后空气通过风机经过排气筒排空。

脱附再生:当活性炭在吸附室内吸附至浓缩到饱和定量值时,从吸附体中自动转换1个室为脱附室,自动循环转换吸附、脱附。

脱附时,由工作作业室外的气体作为脱附气体,在经过热交换器的作用下,使活性炭碳室进行脱附。脱附出的气体经热交换器后进入催化燃烧器,燃烧器内通过电加热将温度升至350℃左右,燃烧后的气体再进入热交换器,与脱附出的气体进行热交换,对脱附气体进行预加热,此技术充分利用催化燃烧反应放出的热量,加热进气,提高热能利用率,减少加热电能。

催化分解净化:脱附下来的有机废气经阻火器并经主进风阀/旁通阀切换调节进入热交换器,通过热交换器的换热和电加热器的加热,使温度较低的有机废气加热到催化起燃温度。然后升温后的有机废气进入催化反应床,在催化剂的催化作用下,有机物进行氧化反应生成H2O和CO2。由于催化反应放热,使反应后气体温度上升达到一定的温度值。反应后的高温气体经热交换器换热,预热脱附废气使温度升高,并且反应后的高温气体降低一定量的温度,最后经排风机高空排放。

系统启动时,首先由电加热器对催化剂进行加热,当电加热器达到设定预热温度时,自动开启引风机,主进阀开启一定量(最小设定值),当催化剂达到催化起燃温度时,通过温度控制器及可编程控制器使主进阀逐渐开启,旁路阀逐渐关闭。在对催化剂加热过程中,由于电加热功率相对较小,所以通过主进阀的风量是比较小的。大部分气体由旁通阀自然排出。随着废气反应热的不断产生和热交换器的换热,以及电加热器的加热,使预热空气温度逐渐达到设计的催化起燃温度。因此电加热功率逐渐减小直至完全停止(电加热功率根据废气浓度而定)。达到正常运行状态。

本装置自动控制吸附、脱附、热平衡、催化分解净化、余热利用各个环节的循环,确保吸附、脱附、净化达到最佳效果。装置处于全负压运行,运行安全可靠,催化分解净化放热空气经热交换器热转换,降低运行成本,达到安全脱附。流量调节阀可根据催化分解净化放热温度来控制循环风的流量大小,有助于催化分解净化温度热平衡,能达到节能效果。

 
图6.2-1    废气处理流程图

 

 
 

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