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VOCs废气治理设备之单床蓄热式热力氧化器

文章出处:张欣阳TAG标签:设备(142)废气(303)VOCs(46)治理(50)热力(2)之单(1)床蓄(1)热式(1) 人气:发表时间:2020-03-22 07:18:41

    如果要了解VOCs废气治理设备之单床蓄热式热力氧化器,其实讲的主要内容是VOCs,废气,治理,设备,之单,床蓄,热式,热力,,环保必须要达标,(1)箱式VOC净化器(VocsiBox) 这种单床蓄热式热力氧化器,也称无火焰、蓄热式氧化器。较为著名的装置有:德国Hasse Energietechnik GmbH开发 的箱式V()C净化器VocsiBox,还有美国Megtec公司
(1)箱式VOC净化器(VocsiBox) 这种单床蓄热式热力氧化器,也称无火焰、蓄热式氧化器。较为著名的装置有:德国Hasse Energietechnik GmbH开发 的箱式V()C净化器"VocsiBox”,还有美国Megtec公司的MVocsidizer"(标准型 处理量为 1000~9OQ00Nm3/h),以及 Lufttechnik Bayreuth Rueskamp GmbH 开发 的“Minitherm”(处理量仅为50〜250m3/h)。通常在装置中用规整的陶瓷填料作 蓄热体(也有用颗粒状陶瓷),并将电加热元件嵌入其中,用于开工时将蓄热体升 温。整个装置是完全组装好的,可直接连接到要处理有机废气的场所。这种装置主 要针对含有机化合物浓度极低的废气,特别是用于脱臭,例如:净化处理垃圾堆放 站、焚烧炉的垃圾储库所释放的气味和恶臭。通常这种气体称为贫气,其热值小于 9MJ/kg,甲烷含量大多低于20% (体积分数”不能用于直接燃烧,而所含其他 组分对人的健康极为有害。此外,甲烷组分又会促使大气造成温室效应。当然这种 气体也可用生化过滤器或高温燃烧来处理,但在差不多的投资费用和操作费情况 下,与生化过滤器和高温燃烧相比,从生态观点讲采用VocsiBox还能降低温室 效应。
这种箱式VOC净化器系统及其操作原理如图4. 7和图4.8所示。蓄热换热器 是由陶瓷填充床组成的固定床蓄热器,蓄热体中央埋入电加热元件,用于开工时加 热床层。由图可知,实际上陶瓷床也相当于分成上下两部分,中间温度最高,并通 过切换废气的流动方向,床层上下两部分分别周期性地处于热周期和冷周期,一般 切换时间为90〜120s。为保证气流在床层横截面上的均匀分布,在气流进入陶瓷 床的顶部和底部都设置气流分布器。最初这种装置的设计主要针对处理小到中等的 废气流量;此外,它基本上也类似两室,因而不可能进行冲洗(当然也可设置缓冲 器,收集阀门切换时未反应的废气,然后送回原料废气中)。在开工时,通常将陶 瓷床层一次性加热到大约900~1000°C后,接着将气体输送到反应器中,由于蓄热 床层大的热容,以及甲烷等有机物燃烧产生的热量足以使床层内维持一定的反应温 度,并将废气完全氧化为CO2和H2O,而不必再外加能量。只要废气中甲烷含量 大于0.3% (体积)时,装置即可实现自供热操作。因此与高温燃烧相比,可显著 地节省操作费。与所有的蓄热式热力氧化器一样,其操作过程主要包括三个部分:
①将废气预热到操作温度;
②有机物的燃烧氧化;
③热量的回收。
 
在这种VocsiBox装置中,唯一的陶瓷床既要将废气加热到足够的反应温度, 又要将反应后热的净化气冷却来回收热量。在开工操作时,例如废气通过下部床 层,并被预热到反应温度;因为只有中央部分床层保持高的反应温度,所以废气在 床层中间的反应区完全氧化成无害物质;接着,当净化气通过上部床层时,将其热 量传给蓄热体后排出。由于气体的出口温度与入口温度相比高不了多少,所以为维 持过程的进行所需能量极少,热效率可达95%〜98%。这里要指出的是:如前所 述,这种反应器仅在开工时一次性加热到900〜1000°C,以后全靠燃烧废气中可燃 物所产生的热量来维持必需的反应温度。因此,首先,废气中VOC的浓度必须大于自供

热操作所需的浓度;其次,在开工时应经过一定的切换次数后,使最高温度 
的反应区保持稳定,并具有一定宽度,这样才能保证操作的正常进行.
通过有规律地改变气体的流动方向,在床层中央可保持高温氧化区,从而使装 置有可能长时间稳定地操作。图4.8中画出的切换阀位置表示气流由上向下通过 床层。
为调节和控制床层温度,在装置的关键部位设温度监测点TIC 1 (温度T1), TIC 2 (温度T2), TIC 3 (温度 T3)和 TIC 4 (温度T4)。
当T3和T4的温差等于零时,则呈对称的温度分布;如果T3>T4,则最高温 度上移;如果r4>T3,则最高温度下移。当T3-T4>o (最高温度上移),则气 流向下流动的持续时间应延长一些;当T3~T4<0(最高温度下移),则气流向上 流动的持续时间要延长一些,否则向上向下流动的时间间隔是相等的。
在陶瓷床层的边缘区(T1)和中间(T2)装有温度传感器,以便对氧化温度 进行连续监控。
若要自供热操作,必须要用进入装置气流所

含的能量来平衡装置的热辐射损失 和废气在温度升高时所需的能量。一般要求废气的燃烧热值^0. HMJ/kgo对于像 垃圾储库产生的废气(贫气)来讲,甲烷含量至少为0.3% (体积)。
基于上述方法,可将不能自己燃烧的有机废气达到直接氧化。如果废气中有机 物含量较高,则可适当混入空气;如果含量较低,则在废气中应添加天然气来调节 温度。
这种装置技术的废气浓度工作范围是低于爆炸下限。一般废气中碳氢化合物含 量从2g/Nm3起(相当于甲烷含量〉0.3%)即可达到自供热操作。
当废气中碳氢化合物含量增加的情况下,排出气体的温度升高。图4. 9表示了 废气中有机物含量不同时,床层温度分布和出口温度沿距离(床层高度)的变化关 系。由图可知,在低负荷时(可燃物的浓度很低),床层中央最高温度区域极狭窄, 极限情况下温度分布的顶点呈尖角状,此时有可能造成熄火而不能操作;如要达到 
稳定的连续操作,床层中央最高温度区域应保持一定的宽度,即温度分布如中等负 荷所

示。在一般负荷的情况下,通常箱壳温度在废气入口侧接近废气温度,约 25°C;而在净化气出口侧,箱壳温度约60°C。
由于这种装置采用最优良的电子仪器来最优地调节切换频率,并使切换阀在最 低切换频率时,也能达到最长的寿命° Hasse Energietechnik GmbH设计的Vocsi- Box的标准型处理量为300〜30000m3/h;最大处理量可达50000m3/h;反应器的 压降在42〜63mbar范围内;脱除有机物的效率至少可达99%;排出气体中残留有 机物含量<20mg/m3o如果处理的废气浓度较高、气体流量又较大,则也可考虑 利用排出净化气的余热,用于水、导热油的加热。排出净化气的温度高低是与废气 的浓度和入口温度有关,在特殊情况下,这种装置排出气体的最高温度可 达 22O°C。
VocsiBox不但经济,而且也符合生态要求,其优点如下。
①操作费极低。这是因为在处理含甲烷废气的情况下,大多可以实现自供热 操作,不需辅助燃料;而电加热仅在装置开工时使用。
②操作使用方便,很少需要维护。基于装置坚固耐用的构造和只有极少的运 动部件,因而几乎无磨损问题。
③与其他类型的有机废气处理装置相比,可减少温室气体(CH4和CO2)的 排放90%。
④对所有碳氢化合物的转化率接近100%。
(2) Vocsidizer装置 美国 Megtec公司开发的 Vocsidizer,实际上与上述 VocsiBox完全一样,因为根据编者所掌握的资料看,两家公司所公布的氧化器图 形都如图4. 7所示。也许是合作关系、共同开发、各有所长;并对同一设备各自采 用类似的但不同的名称。下面介绍的是Megtec发表有关Vocsidizer的一些信息, 其结构原理与德国的VocsiBox完全一样,仅仅根据不同的应用场合,在反应器内 部有不同的布置而已。这种Vocsidizer有时也称为变换流向的热力反应器(Ther¬mal Flow-Reversal Reactor, TFRR),其构造和操作原理如图4. 10所示。 
图4. 10表示Vocsidizer用于处理煤矿矿井的通风甲烷气,并产生高品位的蒸汽 用于发电。如图4. 10(a)所示,通风甲烷气经提升阀1从床层顶部向下进入反应器, 并被蓄热体加热后达到中央反应区;反应后气体继续向下流动,同时将热量传给下部 蓄热体后,作为净化气排出,完成第一个循环;此时提升阀2处于关闭状态。图 4.10(b)表示进入第二个循环,此时提升阀1关闭、提升阀2开启;废气从床层底部 向上进入反应器,并被上一周期加热过的蓄热体预热,然后达到中央反应区,反应后 的气体经提升阀2排出,完成第二个循环;这样周而复始连续运转。通常利用净化气 携带的热量产生热水、蒸汽或加热导热油。图4. 10(c)表示在陶瓷床层中埋入过热蒸 汽管,并采用加压水作为循环载热介质,借以获得高品位的蒸汽用来发电。这种 RTO连同蒸汽包和锅炉给水处理系统就是一台蒸汽锅炉,因此应按锅炉规范设计。 这里涉及的问题主要是:一方面是高温处理问题,因为RTO床层温度已超过目前所 有耐高温的高合金钢的工作极限温度(因为降低热耗所得利益往往不能补偿为高级钢材所增加的费用,所以目前最高蒸汽参数为620〜560°C),所以要考虑换热管子埋于 床层中的合适位置;另一方面,如何在移走热量的同时确保RTO的稳定操作。设计 者在放置换热管子时应考虑:在床中央反应区具有最高的温度,但限于材料不可取; 上下两侧床层温度较中央低,并有一定的温度梯度。在每个切换周期内,两侧床层温 度处于热周期或冷周期,因而反应的热波周期性地接近或离开换热管子,从而使工作 流体的温度产生明显的波动。因此,设计时应考虑在回收能量时避免这种温度波动, 例如如何调整过热蒸汽和水这两种流体能达到平均、稳定的工作温度。高温换热器比 RTO 任何部分要求更高的检测和维护手段,因此反应器的设计要便于受损部件的去 除和更换。此外,必须处理好Vocsidizer装置与矿井间的界面,确保矿井的安全。
为便于加热元件、管子、盘管在床层内的安置,一般采用陶瓷小球(Pellets) 或微晶(Microliths)作为蓄热体。
据报道,这种装置的主要数据是:废气处理量1000~90000Nm3/h,热效率 95%〜98%,流量调节范围1 : 4,自供热浓度1.5〜2g/Nm3,切换时间90〜120s,净化气温度比废气温度仅高出20〜50C。排放净化气的指标:总有机碳CV 20mg/Nm3, CQ<50mg/Nm3, NO^lOmg/Nm3D通常风机安装在压力侧,切换 阀采用气动快速的盘式提升阀。由于采用了中间缓冲罐,将阀门切换时引起瞬间发 射的峰值气流收集其中,从而提高了净化率。装置系统用近代的PLC、SPS控制 器,调节床层反应温度和气体通过床层的流动,特别是当废气浓度小于1. 5g/Nm3 时,可自动添加天然气;整个装置系统可实现自诊断和远程监控及相应的报警系 统。装置采用集装箱式的模块设计,整体组装好,以适应不同规模的需要。
    以上由催化燃烧设备厂家小编为您介绍了VOCs废气治理设备之单床蓄热式热力氧化器,主要说的还是VOCs,废气,治理,设备,之单,床蓄,热式,热力,的问题,如果需要了解更详细的方案或者报价,欢迎拨打电话:0531-83270456

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