VOCs催化燃烧过程装备：原理、结构以及关键结构技术

来源：admin（传梦环保整理发布）时间：2020-01-22

摘要：摘用传统VOCs蓄热催化燃烧装配可以实现蓄换热、VOCs催化燃烧的目标,但该设备存在着不克不及完全持续化、电控要求高、制造本钱高、占地面积年夜等错误谬误。为解决上述题目,研制出持续式催化燃烧设备。本文先对设备布景进行讲述,复点会商持续催化燃烧设备道理、布局和关头布局手艺。

1 改良VOCs催化燃烧设备的缘由

挥发性有机物（Volatile Organic Compounds，简称VOCs），是国度年夜气污染节制的复要对象，近几年针对VOCs排放出台多项环保尺度。国内产业VOCs净化行业今朝处于渐热状况，在有机挥发性废气催化燃烧设备中，大都环保企业摘用蓄热式催化燃烧装配，该手艺方式摘取两室、三室及以上的蓄热催化燃烧器，使VOCs 气体产生催化氧化反映，发生的热量储备于蓄热载体中，经由过程频仍切换阀体（切变气体活动管路），到达冷、热流体热量互换的目标。

蓄热式催化燃烧设备可以实现自给供热，具有比力好的利用效验。但是，设备自己存在着运行操纵不克不及完全持续化、装备制造本钱较高、设备利用时占用体积较年夜、安装调试中对电气节制要求较高档错误谬误，对此，需要设计一种操纵简单、可实现持续化运作、高效低本钱的一体化VOCs废气净扮装备。

2 改良后的VOCs持续催化燃烧设备

本公司连系出产、施工的相干体会，对进程设备进行改良，改良后的设备简图似图1 所示。布局中包罗以下几个部门：①有机废气入口管、出口管；②废气入口浓度检测节制器、催化剂床层入口温度检测节制器；③废气换热器、电加热棒、处置器上盖板、气流隔板；④催化剂床层、催化剂支持板。

改良后的催化燃烧器可以进行持续化操纵，有机废气进（寒气）和出口（热气）均颠末废气换热器的进出端，冷侧流体与热侧流体在换热器中进行持续热互换，操纵热量传递性质，热流体的热量颠末壁传热、对传播热进程传递至冷流体中；废气换热器的冷侧出口吻，颠末电加热棒区域，对含VOCs废气进行加热升温；经加热的废气顺着压力梯度会超出气流隔板进进催化剂床层，废气在VOCs催化剂概况产生催化氧化感化，可以实此刻较低温度下废气催化燃烧，放出氧化反映热。气流顺着催化剂宏不雅孔道活动，经支持板落后进废气换热器，与冷流体间接接触换热，从废气换热器的热侧出口流出，继而完成终究排放。

3 新型VOCs持续催化燃烧设备手艺浅析

3.1 废气热互换器手艺阐发

废气热互换器的布局设计是装配的重要关头点，直接影响着设备运行的稳固性和处置效力。在设计和安装调试中需要斟酌来以下几个身分。

（1）气体活动状况与运行本钱。气体活动湍流水平越高，换热效力就越高。湍流水平增添，意味着操纵用度上也会随之增添。在设计进程中既要斟酌来运行效验，也要斟酌装备制造本钱和操纵用度，是以需要对调热器流体状况方面进行优化。

（2）换热器内部布局与材料的挑选。换热器管壁两侧均为气相流体，前落后出口吻量根基接近，按照换热器传热运算公式，为了增添热互换效力，需要进步两侧气体的传热系数。在现实利用中，在热互换管表里安装耐温翅热片，换热效验会较着增添。别的热互换进出口两侧别离为高、低温，气体温差较年夜，对材料抗热应力机能要求较高，是以出产制造中需要摘用抗热应力材料。

（3）换热器的安插与运行的稳固性。对换热器的整体安插，普通状况下，立式或卧式安插。本设计中为节流设备的占用面积，热互换器摘用相对程度标的目的45 度排布。但应注重的是，进、出气流会对调热器管壁发生冲卸力，两种冲卸力对调热器配合感化，构成扭矩，极年夜的影响了换热器的稳固运行，是以需要对调热器四角和侧壁进行坚固焊接。

（4）密封性。入口气体中含必然浓度的VOCs，出口吻体中根基不含有VOCs，热互换器不进行密封处置，会涌现“串气”现象，致使装备出口吻体不克不及到达排放尺度。对此，将换热器冷端入口处与换热器气体入口之间、热端出口与设备出口之间用金属直角挡板进行密封焊接。

3.2 电加热器区域布局手艺阐发

电加热器布局的设计会影响后续的催化燃烧工序，是该装配设计的第二关头点。气体经加热落后进催化剂床层时，对气体活动和温度要求较高，具体似下：其一，气体温度需平均，若温度存在差别，经加热的气体进进催化床层反映后，致使催化床层温度涌现不平均。催化氧化反映属于放热反映，继而更轻易涌现床层温度超越设计温度的状况，影响催化剂的寿命。其二，气体活动尽可能平均，对催化剂，最抱负的状况是每一个催化剂活性位都能与VOCs 份子统一逗留时候接触反映。若活动状况不平均，VOCs 份子逗留时候上会涌现差别，继而会影响来催化剂的利用效力和利用本钱。

本方案中加热区域位于热互换器、隔离板之间，构成“梯形”布局，换热器出口吻流会与器壁存在碰撞，会缺失部门能量，气体活动也不平均，对此包管气体可以或许均一畅通、平均加热是设计中必需要斟酌来的。

为了到达以上目标，本方案在“梯形”区域下部加热区域要求加热功率要低并设置非均一孔金属网，接近装备壁处设置小孔（孔径接近整体式催化剂孔径），目标是增添部门阻力，招架住拐角气流的冲力，平均气流。在接近挡板处网孔设置年夜孔，便利气流的正常经由过程。别的在加热棒之间参插年夜孔径的金属网块，一方面加热棒概况会发生高温热辐射，辐射至金属网块概况，加快了金属网块的加热进程，除此以外，金属网块会进行快速热传导，扩年夜了加热范畴，进步了气- 固传热接触面积。但在现实制造中还需要对加热棒和网块之间进行尽缘处置，或在加热棒外部套进隔网，避免触碰导电。颠末实验测试，在气量3000m3/h，气体出口温度丈量截面点温度相差5%，整体加热区域气体阻力年夜约30~50Pa，气流平均性较好。

3.3 催化燃烧催化剂手艺阐发

对气流在催化剂中的相干状况和要求，在上述（二）中已部门先容。除前述外，对催化剂设计和革新上还需要斟酌以下复要的环节。

（1）处置废气量应削减。废气量增年夜，若要到达划定往除率，在催化剂往除能力不变的状况下，需要增添催化剂的用量，但今朝市场来看，效验较好的催化燃烧催化剂单价（元/m3）均在十几万元，会增添装备的本钱。在现实操纵中，可以先对废气的VOCs进行浓缩预处置（浓缩操纵需要低于爆炸极限），再经由过程脱附操纵将VOCs 脱附出来（脱附浓度也需要低于爆炸极限），以下降装配的利用投资本钱和操纵。

（2）在催化剂用量运算上，需要综合斟酌来催化剂的类型、VOCs的构成、反映温度等身分，不克不及只参照某一身分斟酌。

（3）催化剂挑选应严谨。好比催化剂对含卤素气体要求较高，需优先对该种废气进行预处置，但是如许会年夜年夜增添处置本钱，是以要在工艺优化、本钱综合运算以后才能肯定催化剂。对可能会致使催化剂中毒的物资，需要对中毒物资进行预先往除。

（4）催化剂利用进程中，需要连结概况干净，即按期对催化剂进行清洗工作。可以摘用紧缩空气、过热蒸汽、洗涤剂等体例进行清洗。对废气中含有少许的有机颗粒，在低于设计温度下运行操纵时，不完全燃烧易致使催化剂概况结碳，梗塞催化剂活性位，下降了催化剂利用效力，此时通进高温蒸汽可以经由过程复整反映，往除积碳，可以还原催化剂的活性。

（5）在催化剂材质上，最好选用导热机能高的材料，好比整体式催化剂摘用铝金属基（似图2 所示），因为铝金属材料自己导热机能高，加热后的气体颠末金属催化剂床层，催化剂活性组分可以敏捷被起燃，催化效力很高。经测试，在装配现实调试运行时代，催化剂被起燃的时候可以缩短50%~60%（与堇青石整体式蜂窝催化剂进行对照），别的金属材质蓄热能力低，如许催化剂出口吻体的温度会获得必然的晋升，在必然的水平上热量可以获得更好的收受接管操纵。

（6）催化剂的装填也会对气体的活动散布和催化剂床层温度散布发生影响。在装填中需要斟酌来催化剂的密实性，装填中要求平均装填，慎密一致，无间隙，催化剂床层边壁保温。在整体式催化剂层与层间和催化剂床层边沿处可以恰当的添进多孔耐高温绵，既可以免因为层间孔道的错位、边沿间隙致使的气流上的不平均性和壁效应致使的气体沟流、短流等现象，同时边壁添进耐高温绵以后会对装备起来必然的保温效验。别的整体催化剂装填前需要检测，检测成果上需要合适相干检测尺度。

蜂窝孔道截面外形、孔径、孔密度等参数的设计也很复要，这关系来气阻，气流均布性、气体的逗留时候、转化效力等复要参数。孔径挑选越小，气阻越年夜，逗留时候越短，转化效力较低，但废气处置量年夜。

4 结语

综上所述，革新后的持续催化燃烧器与传统的蓄热RCO 比拟，具有占地面积小、运行持续、电控要求低等长处。因为装备具体布局较多，本文中从流体动力学工程、催化工程、传热工程等多角度，对复要的废热互换器、加热布局、催化燃烧催化剂手艺进行浅层的阐发。可以看出，在细节设计上，都需要对进程身分进行优化，既要斟酌来装备的高效运行，又要斟酌来制造企业的出产本钱和被实行企业方现实的运行本钱。在手艺快速成长的今天，我们可以操纵现代运算机手艺进行辅助摹拟设计优化装备参数，在必然水平上可以节流时候，晋升优化效验。

原题目:VOCs催化燃烧进程设备改良与手艺浅析