新型VOCs 連續(xù)催化燃燒裝備技術(shù)淺析

3.1 廢氣熱交換器技術(shù)分析

廢氣熱交換器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是裝置的首要關(guān)鍵點(diǎn)，直接影響著裝備運(yùn)行的穩(wěn)定性和處理效率。在設(shè)計(jì)和安裝調(diào)試中需要考慮到以下幾個(gè)因素。

（1）氣體流動(dòng)情況與運(yùn)行成本。氣體流動(dòng)湍流程度越高，換熱效率就越高。湍流程度增加，意味著操作費(fèi)用上也會(huì)隨之增加。在設(shè)計(jì)過程中既要考慮到運(yùn)行效果，也要考慮設(shè)備制造成本和操作費(fèi)用，因此需要對(duì)換熱器流體狀態(tài)方面進(jìn)行優(yōu)化。

（2）換熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)與材料的選擇。換熱器管壁兩側(cè)均為氣相流體，前后進(jìn)出口氣量基本接近，根據(jù)換熱器傳熱計(jì)算公式，為了增加熱交換效率，需要提高兩側(cè)氣體的傳熱系數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，在熱交換管內(nèi)外安裝耐溫翅熱片，換熱效果會(huì)明顯增加。另外熱交換進(jìn)出口兩側(cè)分別為高、低溫，氣體溫差較大，對(duì)材料抗熱應(yīng)力性能要求較高，因此生產(chǎn)制造中需要采用抗熱應(yīng)力材料。

（3）換熱器的布置與運(yùn)行的穩(wěn)定性。對(duì)于換熱器的整體布置，一般情況下，立式或者臥式布置。本設(shè)計(jì)中為節(jié)省裝備的占用面積，熱交換器采用相對(duì)水平方向45 度排布。但應(yīng)注意的是，進(jìn)、出氣流會(huì)對(duì)換熱器管壁產(chǎn)生沖卸力，兩種沖卸力對(duì)換熱器共同作用，形成扭矩，*的影響了換熱器的穩(wěn)定運(yùn)行，因此需要對(duì)換熱器四角和側(cè)壁進(jìn)行牢固焊接。

（4）密封性。進(jìn)口氣體中含一定濃度的VOCs，出口氣體中基本不含有VOCs，熱交換器不進(jìn)行密封處理，會(huì)出現(xiàn)“串氣”現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)備出口氣體不能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)此，將換熱器冷端進(jìn)口處與換熱器氣體進(jìn)口之間、熱端出口與裝備出口之間用金屬直角擋板進(jìn)行密封焊接。

3.2 電加熱器區(qū)域結(jié)構(gòu)技術(shù)分析

電加熱器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)會(huì)影響后續(xù)的催化燃燒工序，是該裝置設(shè)計(jì)的第二關(guān)鍵點(diǎn)。氣體經(jīng)加熱后進(jìn)入催化劑床層時(shí)，對(duì)氣體流動(dòng)和溫度要求較高，具體如下：其一，氣體溫度需均勻，若溫度存在差異，經(jīng)加熱的氣體進(jìn)入催化床層反應(yīng)后，導(dǎo)致催化床層溫度出現(xiàn)不均勻。催化氧化反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，繼而更容易出現(xiàn)床層溫度超出設(shè)計(jì)溫度的情況，影響催化劑的壽命。其二，氣體流動(dòng)盡量均勻，對(duì)于催化劑，較理想的情況是每個(gè)催化劑活性位都能與VOCs 分子同一停留時(shí)間接觸反應(yīng)。若流動(dòng)狀態(tài)不均勻，VOCs 分子停留時(shí)間上會(huì)出現(xiàn)差異，繼而會(huì)影響到催化劑的使用效率和使用成本。

本方案中加熱區(qū)域位于熱交換器、隔離板之間，形成“梯形”結(jié)構(gòu)，換熱器出口氣流會(huì)與器壁存在碰撞，會(huì)損失部分能量，氣體流動(dòng)也不均勻，對(duì)此保證氣體能夠均通、均勻加熱是設(shè)計(jì)中必須要考慮到的。

為了達(dá)到以上目的，本方案在“梯形”區(qū)域下部加熱區(qū)域要求加熱功率要低并設(shè)置非均一孔金屬網(wǎng)，靠近設(shè)備壁處設(shè)置小孔（孔徑接近整體式催化劑孔徑），目的是增加部分阻力，抵擋住拐角氣流的沖力，均勻氣流。在靠近擋板處網(wǎng)孔設(shè)置大孔，方便氣流的正常通過。另外在加熱棒之間參插大孔徑的金屬網(wǎng)塊，一方面加熱棒表面會(huì)產(chǎn)生高溫?zé)彷椛洌椛渲两饘倬W(wǎng)塊表面，加速了金屬網(wǎng)塊的加熱過程，除此之外，金屬網(wǎng)塊會(huì)進(jìn)行快速熱傳導(dǎo)，擴(kuò)大了加熱范圍，提高了氣- 固傳熱接觸面積。但在實(shí)際制造中還需要對(duì)加熱棒和網(wǎng)塊之間進(jìn)行絕緣處理，或者在加熱棒外部套入隔網(wǎng)，防止觸碰導(dǎo)電。經(jīng)過試驗(yàn)測(cè)試，在氣量3000m3/h，氣體出口溫度測(cè)量截面點(diǎn)溫度相差5%，整體加熱區(qū)域氣體阻力大約30~50Pa，氣流均勻性較好。

3.3 催化燃燒催化劑技術(shù)分析

對(duì)于氣流在催化劑中的相關(guān)狀態(tài)和要求，在上述（二）中已部分介紹。除前述外，對(duì)催化劑設(shè)計(jì)和改造上還需要考慮以下重要的環(huán)節(jié)。

石家莊催化燃燒設(shè)備 VOCs 廢氣處理設(shè)備（1）處理廢氣量應(yīng)減少。廢氣量增大，若要達(dá)到規(guī)定去除率，在催化劑去除能力不變的情況下，需要增加催化劑的用量，但目前市場(chǎng)來看，效果較好的催化燃燒催化劑單價(jià)（元/m3）均在十幾萬元，會(huì)增加設(shè)備的成本。在實(shí)際操作中，可以先對(duì)廢氣的VOCs 進(jìn)行濃縮預(yù)處理（濃縮操作需要低于爆炸極限），再通過脫附操作將VOCs 脫附出來（脫附濃度也需要低于爆炸極限），以降低裝置的使用投資成本和操作。

（2）在催化劑用量計(jì)算上，需要綜合考慮到催化劑的類型、VOCs 的組成、反應(yīng)溫度等因素，不能只參照某一因素考慮。

（3）催化劑選擇應(yīng)嚴(yán)謹(jǐn)。比如催化劑對(duì)含鹵素氣體要求較高，需優(yōu)先對(duì)該種廢氣進(jìn)行預(yù)處理，然而這樣會(huì)大大增加處理成本，因此要在工藝優(yōu)化、成本綜合計(jì)算之后才能確定催化劑。對(duì)于可能會(huì)導(dǎo)致催化劑中毒的物質(zhì)，需要對(duì)中毒物質(zhì)進(jìn)行預(yù)先去除。

（4）催化劑使用過程中，需要保持表面潔凈，即定期對(duì)催化劑進(jìn)行清洗工作。可以采用壓縮空氣、過熱蒸汽、洗滌劑等方式進(jìn)行清洗。對(duì)于廢氣中含有少量的有機(jī)顆粒，在低于設(shè)計(jì)溫度下運(yùn)行操作時(shí)，不*燃燒易導(dǎo)致催化劑表面結(jié)碳，堵塞催化劑活性位，降低了催化劑使用效率，此時(shí)通入高溫蒸汽可以通過重整反應(yīng)，去除積碳，可以還原催化劑的活性。

（5）在催化劑材質(zhì)上，好選用導(dǎo)熱性能高的材料，比如整體式催化劑采用鋁金屬基（如圖2 所示），由于鋁金屬材料本身導(dǎo)熱性能高，加熱后的氣體經(jīng)過金屬催化劑床層，催化劑活性組分可以迅速被起燃，催化效率很高。經(jīng)測(cè)試，在裝置實(shí)際調(diào)試運(yùn)行期間，催化劑被起燃的時(shí)間可以縮短50%~60%（與堇青石整體式蜂窩催化劑進(jìn)行對(duì)比），另外金屬材質(zhì)蓄熱能力低，這樣催化劑出口氣體的溫度會(huì)得到一定的提升，在一定的程度上熱量可以得到更好的回收利用。

（6）催化劑的裝填也會(huì)對(duì)氣體的流動(dòng)分布和催化劑床層溫度分布產(chǎn)生影響。在裝填中需要考慮到催化劑的密實(shí)性，裝填中要求均勻裝填，緊密*，無空隙，催化劑床層邊壁保溫。在整體式催化劑層與層間以及催化劑床層邊緣處可以適當(dāng)?shù)奶砣攵嗫啄透邷鼐d，既可以避免由于層間孔道的錯(cuò)位、邊緣空隙導(dǎo)致的氣流上的不均勻性和壁效應(yīng)導(dǎo)致的氣體溝流、短流等現(xiàn)象，同時(shí)邊壁添入耐高溫綿之后會(huì)對(duì)設(shè)備起到一定的保溫效果。另外整體催化劑裝填前需要檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果上需要符合相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

石家莊催化燃燒設(shè)備 VOCs 廢氣處理設(shè)備蜂窩孔道截面形狀、孔徑、孔密度等參數(shù)的設(shè)計(jì)也很重要，這關(guān)系到氣阻，氣流均布性、氣體的停留時(shí)間、轉(zhuǎn)化效率等重要參數(shù)?？讖竭x擇越小，氣阻越大，停留時(shí)間越短，轉(zhuǎn)化效率較低，但廢氣處理量大。

一、RCO催化燃燒處理技術(shù)原理

RCO催化燃燒處理技術(shù)原理：催化燃燒的起燃溫度低，是一種 較為理想的觸媒催化反應(yīng)（無明火）處理有機(jī)污染物的方法。在焚燒爐中加入貴金屬催化劑，將有機(jī)廢氣進(jìn)行催化燃燒，發(fā)生氧化反應(yīng)生產(chǎn)無毒害的水和二氧化碳，從而達(dá)到廢氣處理的效果。

RCO催化燃燒設(shè)備具有適用范圍廣，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、凈化效率高、節(jié)能、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)應(yīng)用到很多行業(yè)如：噴漆、印刷、涂裝、造粒、塑料、橡膠、漆包線、機(jī)械、電機(jī)、化工、儀表、汽車、發(fā)動(dòng)機(jī)、塑料、電器等諸多行業(yè)的有機(jī)廢氣。

積極引用國內(nèi)外*技術(shù)，加上技術(shù)團(tuán)隊(duì)不斷地技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新，我們的產(chǎn)品受到市場(chǎng)的青睞及廣大業(yè)主好評(píng)。

二、RCO催化燃燒設(shè)備工作原理

RCO催化燃燒設(shè)備主要由阻火器，熱交換器，催化反應(yīng)床，風(fēng)機(jī)四個(gè)部件組成。與直接燃燒相比，催化燃燒溫度更低，燃燒更*。

催化燃燒設(shè)備使用的是表面具有貴金屬或貴金屬氧化物的催化劑（通常是鉑、鈀等貴金屬化合物），有機(jī)污染廢氣物在催化劑的作用下，可以在較低的溫度下將廢氣中的有機(jī)污染物氧化成二氧化碳和水。

廢氣經(jīng)阻火器過濾后，通過主進(jìn)閥，旁通閥的同步反向切換調(diào)節(jié)進(jìn)入熱交換器，熱交換器的換熱升高一定溫度后進(jìn)入預(yù)熱室，經(jīng)過預(yù)熱室加熱，使廢氣升溫到催化起燃的溫度（230℃以上），然后進(jìn)入催化反應(yīng)床。在催化劑的活性作用下，有機(jī)廢氣進(jìn)行氧化反應(yīng)生成無害的CO2和H2O。

工作原理圖.png

不同的排放場(chǎng)合和不同的工廠廢氣，有不同的工藝流程，但是無論采取哪種工藝流程，都由如下工藝單元組成：

（一）廢氣預(yù)處理 （二）預(yù)熱裝置（三）催化燃燒系統(tǒng)。

二、RCO 催化燃燒性能特點(diǎn)

（一）用優(yōu)質(zhì)金屬鉑、鈀鍍?cè)诜涓C陶瓷載體上作為催化劑，廢氣凈化效率高達(dá)98%，設(shè)備壽命長(zhǎng)，且可再生，氣體流暢、阻力小。

（二）安全設(shè)施完備：阻火除塵、泄壓孔、超溫報(bào)警等保護(hù)設(shè)施。

（三）預(yù)熱15-30分鐘全功率加熱。工作時(shí)只消耗風(fēng)機(jī)功率即可。當(dāng)廢氣濃度較低時(shí)，自動(dòng)間歇補(bǔ)償加熱。

（四）余熱可以返回烘道用來烘干工作，降低原烘道中消耗功率；也可供工廠的其它方面熱能回用。

三、石家莊催化燃燒設(shè)備 VOCs 廢氣處理設(shè)備選型及注意事項(xiàng)。

（一）廢氣成分中不能含有高粘性的油脂類，如磷、鉍、砷、汞、鉛；高濃度的粉塵。

（二）設(shè)備選型時(shí)，注明廢氣的成分、濃度及出口溫度。

（三）設(shè)備安裝場(chǎng)所無腐蝕性氣體，并有良好的防雨措施。

綜上所述，改造后的連續(xù)催化燃燒器與傳統(tǒng)的蓄熱RCO 相比，具有占地面積小、運(yùn)行連續(xù)、電控要求低等優(yōu)點(diǎn)。由于設(shè)備詳細(xì)結(jié)構(gòu)較多，本文中從流體動(dòng)力學(xué)工程、催化工程、傳熱工程等多角度，對(duì)重要的廢熱交換器、加熱結(jié)構(gòu)、催化燃燒催化劑技術(shù)進(jìn)行淺層的分析?？梢钥闯觯诩?xì)節(jié)設(shè)計(jì)上，都需要對(duì)過程因素進(jìn)行優(yōu)化，既要考慮到設(shè)備的高效運(yùn)行，又要考慮到制造企業(yè)的生產(chǎn)成本和被實(shí)施企業(yè)方實(shí)際的運(yùn)行成本。在技術(shù)快速發(fā)展的今天，我們可以利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行輔助模擬設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)備參數(shù)，在一定程度上可以節(jié)省時(shí)間，提升優(yōu)化效果。