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催化燃烧:带您了解VOCs废气治理中的热量回收系统

文章出处:王泽宸、TAG标签:废气(303)带您(24)热量(1) 人气:发表时间:2020-04-23 11:12:36

    关于催化燃烧的介绍有很多,本文说的是催化燃烧:带您了解VOCs废气治理中的热量回收系统,特别说的是,如果要了解更详细的内容,还请看如果您要了解催化燃烧:带您了解VOCs废气治理中的热量回收系统,主要讲的是的知识,要了解更详细的话,请继续阅读下边的文章内容。在有机废气热力燃烧净化过程中会产生大量热量,即排出净化气所 携带的热量,这些热量来自消耗的辅助燃料和废气中所含的可燃物质的燃烧。因 此,如何充分利用这部分热量为 在有机废气热力燃烧净化过程中会产生大量热量,即排出净化气所 携带的热量,这些热量来自消耗的辅助燃料和废气中所含的可燃物质的燃烧。


因 此,如何充分利用这部分热量为生产过程所用(如果生产过程需要供热),借以减 少总能耗;
以及如何把这部分热量用于热力燃烧过程本身,例如通过冷却净化气而 使入口废气或燃烧用空气得到预热,来减少辅助燃料的消耗,甚至免去辅助燃料, 借以节省操作费用和额外的co2排放等,这些已成为评价热力燃烧装置经济性的 重要指标。


当然,在大多数情况下,回收热量是要增添设备(如换热器),这方面 增加的投资也应一起考虑。


在考虑热量回收系统之前,除了应采用合适的燃烧系统外,这里特别要提出的 是要从源头抓起,即如何确定最合理的排风量,并在确保生产安全、操作人员的身 体健康的前提下,应采用各种措施使排风量达到最小(例如机器和设备加罩)。
因 为处理的风量愈小,热力燃烧装置的投资费也愈少;
而且废气中有机物的浓度也因 此提高,这样可大大降低辅助燃料的消耗。
当废气中VOC浓度低时,回收热量主要用于预热废气,这时可用蓄热式换热 器或间壁式换热器;
在蓄热式换热器的情况下,有机废气可达到比一般间壁式换热 器更高的预热温度和热效率。
如果废气中VOC浓度较高,则除预热废气外多余的 热量可用于加热导热油、生产热水或蒸汽。
今天主要介绍的是的热量回收系统,主要是指 带间壁式换热器的热力燃烧系统,而蓄热式换热器将在以后进行讲解。
1.一般的热力燃烧装置 图3. 6表示了无热量回收、经典的热力燃烧净化装置原理图。
燃烧用空气和辅助燃料按照略为超过化学计量系数方程的比例输入燃烧器进行燃烧,然后再通入废气。
高温的燃烧烟气与废气的混合,使废气 中有机物达到必需的反应温度而实现转化。
如果废气中主要是碳氢化合物,则在大多数 情况下燃烧温度可达800°C左右,因而净化气 完全能达到排放标准后离开热力燃烧装置。
因为这里的热力燃烧,其目的是为了净 化有机废气,而不是一般概念上以产生热能为宗旨的燃烧装置,所以基于经济考虑,在确保有机物完全转化为无害的物质的前 提下,应将燃烧温度尽可能控制得较低。
在热力燃烧净化装置情况下,通常是控制 净化气的出口温度保持恒定;
较好的办法是,当废气中有机物浓度波动时,应该相 应地调节辅助燃料的供给量。
图中的符号(TC)即表示通过测定净化气出口温度 来控制辅助燃料的输入量。
要回收、利用的热量就是净化气离开燃烧室所携带的热量,其温度一般在750°C左右。

2.设置燃烧空气和废气预热器 为了尽可能降低辅助燃料的消耗,通常的办法是利用高温净化气来预热废气。
为进一步回收热量,还可设置空气预热器;
这是目前大多数用于有机废气净化的热 力燃烧装置的情况。
图3.7表示了在燃烧室后设置两个换热器,用来预热废气和燃 烧用空气,这是方案1。
要使有机废气达到较高的预热温度,高温净化气应先通过废气预热器,然后再 进入空气预热器。
  另一种方法是燃烧器不用新鲜空气来燃烧,而直接用有机废气代之,即只设废 气预热器。
这样,不但省略一台空气预热器,而且当排出净化气还有足够热量可利 用时,例如还可再用另一台换热器来产生热水、加热导热油等,并用于其他需要供 热的生产过程。
当然,这里的先决条件 是:有机废气中的含氧量与周围环境空 气差不多。
对大多数有机废气来讲,都 有足够的氧量供给燃料和有机物的氧化 反应。
这是方案2,如图3. 8所示。

这种完全用有机废气代替新鲜空气来燃烧的方案,是借助于"Combustor-燃烧系统”来实现的。
在 该燃烧系统中,燃烧器和反应空间是一个不可分割的功能单元。
对上述两种方案作比较:在相同条件下(反应温度800°C ;
废 气预热温度500°C;
废气中可燃物(溶剂)浓度6g/m3、热值30000kJ/kg),如果 方案1的燃料消耗以方案2为基准,则当空气温度为20°C和400°C时,方案1比方 案2多消耗燃料分别为90%和50%;
而且废气中可燃物的浓度越高,对方案2更 为有利。
3.热量回收系统的经济性如何 在考察有机废气热力净化装置的经济性时,需要对装置的投资进行估算。
由于 经济核算随时间、地点而变,而且各个国家、各个企业都有其相应的计算方法和规 范,所以没有统一的计算标准。
例如:对废气处理量在7800〜78000Nm3/h范围内给出了一套热力焚烧炉(间壁换热式)投资费用的计算公式, 并按不同的热量回收率(回收热量:0%、50%和70%)给出了相应的系数和指 数,但未计及热量回收系统带来的收益。
在美国环境保护署的“费用控制手册” (EPA UOAQPS Control Cost Manual")中,对热力焚烧炉费用估算都有一定规 范,例如按压降大小估算电耗:假定燃烧室压降为IkPa;
换热器和其他压降总共 为1〜3. 7kPa (相应于热量回收率35%〜70%)等口。


为求取投资回收期限,对热力燃烧装置的热量回收系统总投资费和总节省费用的各个单项作了详 细的分析计算。
基于对燃料的消耗、风机电耗的计算,以及分析热效率 与燃烧室温度、废气入口温度的关系,提出了选择热力氧化器最好的热量回收方案,这些都可参考和借鉴。
为此下面介绍其中有关热量回收系统经济分析的主要 思路。
  (1)投资回收期限(分期偿还时间) 热量回收系统的总投资费主要是换热器等费用;
通过热量回收每年节省的费用 包括废气预热所节省的燃料费和通过加热导热油、热水或蒸汽节约的能量费用等。
在有机废气热力燃烧条件下,一般投资回收期限为1〜2年 (2)换热器的投资费PA换热器的投资费可按不同换热器的单位传热面的造 价P来计算。
众所周知,计算换热器的基本公式为Q=A以△品);
先求出传递的热流量,然 而根据给定或求得的两种流体进/出口温度,求出对数平均温差△如;
废气预热的 传热系数为一般按经验取25〜3OW/(m2・K);
如加热导热油、产生蒸汽或热水, 则取50〜60W/(m2.K)。
这样即可求出所需的换热面积若已知单位传热面的 造价则用于换热器的投资费FA可如下求出: (3)通过热量回收每年节省的费用K通过热量回收每年可节省的费用包括 如下几项。

(4)应用举例 ① 废气预热器投资回收期限 废气流量 10000Nm3/h 废气温度 100°C 废气中VOC浓度 10g/m3(主要是丁酮MEK) MEK在空气中的温度升高 24K • m3/g 全年操作小时数 2000h/a 燃烧室温度 800°C 最高可能的预热温度 800-10X24 = 560°C 根据上述思路计算投资回收期限为L 2年。
②处理涂层产品干燥过程产生的VOC废气 图3.10为处理某产品喷漆过程 产生的VOC废气的流程。
排风机将新鲜空气吸入箱式喷涂隧道,由箱式隧道出来 的有机废气先后经过预热器H、 I后进入燃烧室燃烧氧化;
反应后净化气先经废气 预热器I ,接着进入导热油加热器,最后经废气预热器后排出;
加热后的导热油进 入箱式隧道作为产品干燥的热源,并循环流动。
根据工艺过程特点,正确选择导热 油进出口温差,并把导热油换热器放在两个废气预热器之间,使余热系统达到最优 设计。
整个废气余热系统的热效率可达80%〜90%。

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