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活性炭吸附浓缩催化燃烧
- 2018-09-16 -

再生净化方案


 一、用途

GY-XQY型活性炭吸附浓缩催化燃烧再生净化装置主要用于电子、涂装、印刷、家电、制鞋、塑料及各种化工车间里挥发或渗漏出有害废气的净化及臭味的消除,宜适用于低浓度(≤1200mg/m³)的不适宜采用直接燃烧或催化燃烧和回收处理的有机废气,尤其对大风量的处理场所,可获得满意的经济效益和社会效益。

二、工作原理

1、 活性炭吸附浓缩催化燃烧再生(在线)净化工艺

本净化装置是根据吸附(效率高)和催化燃烧(节能)两个基本原理设计的,即吸附浓缩-催化燃烧法。

预处理阶段:为了保证进入活性炭吸附塔的废气中颗粒物小于 5mg/m3,本项目在前端加装干式过滤器除尘器,干式过滤器中含初效、中效过滤器模块,目的就是保证活性炭不被过量颗粒物堵塞,造成吸附效果差,延长活性炭使用寿命。

当含有机物的废气经风机的作用,经活性炭吸附层,有机物质被活性炭的作用力吸附在其内部,洁净气被排出;经一段时间后,活性炭达到饱和状态时,停止吸附,此时有机物已经被浓缩在活性炭内。

通过催化燃烧脱附,恢复活性炭吸附能力。

催化净化装置内设加热室,启动加热装置,进入内部循环,当热气源达到有机物的沸点时,有机物从活性炭内挥发出来,进入催化室进行催化分解成水和二氧化碳,同时释放出能量。利用释放出的能量再进入吸附床脱附时,此时加热装置完全停止工作,有机废气在催化燃烧室内维持自燃,尾气再生,循环进行,直到有机物完全从活性炭内部分离,至催化室分解。活性炭得到了再生,有机物得到分解处理。

根据吸附(效率高)和催化燃烧(节能)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(浓度较原来提高几十倍)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燃,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,用于活性炭再生。这样可满足燃烧和吸附所需的热能,达到节能的目的。再生后的可进入下次吸附;在脱附时,净化操作可用另一个吸附床进行,既适合于连续操作,也适合于间断操作。

三、技术性能及特点

1、活性炭吸附浓缩催化燃烧再生净化工艺

该设备设计原理先进,用材独特,性能稳定,操作简单、安全可靠、无二次污染。设备占地面积小、重量轻。吸附床采用抽屉式结构,装填方便,更换容易。

吸附有机物废气的活性炭床,可用催化燃烧处理废气产生的热量进行脱附再生,脱附后的气体再送催化燃烧室净化,不需要外加能量,运行费用低,节能效果显著。

正常使用时能耗低,由于采用的是蜂窝状活性炭,其阻力极低,所以使用过程中的能耗仅为排风机功率,不会给用户增加费用。  

2、设备的特点

(1)本案工艺技术设施运行稳定可靠,故障率低,维护保养简便,运行费用低;

(2)注重安全使用性能,在设计中采取多重安全设施,杜绝发生安全事故;

(3)本项目设备自动化程度较高,降低操作强度;

(4)项目采用蜂窝活性炭,阻力小,吸附脱附效果好,使用寿命长;

(5)系统预热时间短(30min 内),可以实现随时开机停机操作,适应生产情况的变化;

(6)保温性能好,采用质轻的陶瓷纤维材料作为内保温材料;

(7)采用多级换热器能够实现热能回收,当有机物浓度达到一定程度时可以实现系统的热平衡。

四、VOC-XC处理工艺流程

1、 主要工艺段概述

预处理流程:因废气中含有一定量的尘杂,若未经去除直接进入吸附装置,极易造成吸附材料(蜂窝状活性炭)的微孔堵塞,严重影响吸附效果、增加系统阻力、影响通风效果甚至给系统造成安全隐患,因此本工艺在吸附床前设置复合过滤器作为预处理器,利用过滤器自身的精巧结构去除废气中的粉尘等尘杂、漆雾物质,从而确保抽风引入的废气中所含尘杂、漆雾在进入固定吸附床得到有效的拦截过滤。干式过滤采用初、中二级处理,确保废气无粉尘和颗粒等。过滤器设计时将考虑维护,便于拆卸和安装。压差开关实时显示压力损失,根据设定压力,超出一定压差时向 PLC发送报警信号,以便使用者能够及时更换滤料。

有机废气吸附流程:待处理的有机废气由风管引出后进入干式过滤器将粉尘去除后进入活性炭吸附床,根据风量的大小确定吸附床数量(可为一吸一脱或两吸一脱,或多吸一脱。),可通过阀门来切换,使气体进入不同的吸附床,该吸附床是交替工作的,气体进入吸附床后,气体中的有机物质被活性炭吸附而着附在活性炭的表面,从而使气体得以净化,净化后的气体再通过风机排向大气

 2、活性炭吸附床

内装活性炭层及各种气流分布器,以浓缩净化有机气体,是整个装置吸附浓缩环节的主要部件及核心工序,活性炭由抽屉式装填上下分6层。

吸附原理:在用多孔性固体物质处理流体混合物时,流体中的某以组分或某些组分可被吸引到固体表面并浓集保持其上,此现象称为吸附。在进行气态污染物治理中,被处理的流体为气体,因此属于气-固吸附。被吸附的气体组分称为吸附质,多孔固体物质称为吸附剂。

活性炭选用以无烟煤作为原料、外形蜂窝状,其主要特点为:具有强度高、吸附速度快、吸附容量高、比表面积较大、孔隙结构发达、孔隙大小在于椰壳活性炭和木质活性炭之间。

 活性炭脱附管路上安装有氮气注入电磁控制阀,在对活性炭吸附床脱附解析处理时,系统自动控制电磁控制阀的吸合次数及时间,将氮气注入到活性炭吸附箱体内,以降低活性炭吸附床内部的含氧量,防止活性炭在脱附时发生火灾隐患。

蜂窝活性炭规格参数

 3、催化燃烧床

催化燃烧是用催化剂使有害气体中的可燃组分在较低的温度下氧化分解的净化方法。对于HC和有机溶剂蒸汽氧化分解生成二氧化碳和水并释放出热量。

催化燃烧需将待净化处理的有害气体先混合均匀并预热到催化剂所需的起燃温度,使有害气体中的可燃组分开始氧化放热反应。

催化燃烧床的主要作用有以下几点:

1)内部加热元件产生热能后,通过风机和连接管道将热空气吹入活性炭床,使活性炭床升温;

2)经过吸附工艺的活性炭在温度变化后,有机物从活性炭中气化解析出来,在风机负压引导下有机物通过脱附管道进入催化燃烧床再次升温并与填装在催化燃烧床内部的贵金属催化剂发生化学反应,有机物得到二次分解净化。

3)当催化床温度达到250~300℃时,有机物即可开始反应,利用废气燃烧产生的热空气循环使用,反应后的热量达到一定值时加热元件可以停止工作(即为无功率运行状态)。

4)活性炭脱附后的小风量、高浓度有机废气先进入换热器进行换热,实现对余热的回收,换热器后通过加热器(采用多组电加热管进行加热)对废气进一步升温,升温后的有机废气达到废气在催化剂作用下的起燃温度。废气进入催化燃烧床,在催化剂的作用下,高温裂解成 CO2 和 H2O,有机成分得到净化,同时有机废气裂解释放出热量使气体温度进一步升高,净化后的尾气经过两级换热器实现余热的回收利用。

催化燃烧的预热废气加热采用运行稳定的电加热方式,电热管分成多组、由电控箱自动控制,采用 PLC 与系统温度联锁控制,当废气温度低于一定温度时(可设定)电热管会自动接通电源给废气加热,当废气温度高于一定温度时(可设定)电热管会自动断开一组、二组、多组或全部电源以节约电能及达到安全运行。当脱附气体中的废气浓度达到 4000mg/m3 左右,基本可以实现热量的自平衡,不需要开启电加热,达到节约能源的目的。催化燃烧反应是典型的气—固相催化反应,其实质是在一定温度下,共同吸附于催化剂表面的有机物(VOCs)与来自空气中的氧发生催化氧化反应,彻底氧化分解成无害的 CO 2 和 H 2 O,并释放反应热的过程。借助催化剂可大幅降低有机物的起燃温度,进行无焰燃烧,减少预热能耗及 NOx 的生成

5)活性炭脱附再生流程:当吸附床吸附饱和后,可启动脱附风机对该吸附床脱附,脱附气体首先经过催化床中的换热器,然后进入催化床中的预热器,在电加热器的作用下,使气体温度提高到280℃左右,再通过催化剂,有机物质在催化剂的作用下燃烧,被分解为CO2和H2O,同时放出大量的热,气体温度进一部提高,该高温气体再次通过换热器,与进来的冷风换热,回收一部分热量。从换热器出来的气体分两部分:一部分直接排空;另一部分进入吸附床对活性炭进行脱附。当脱附温度过高时可启动补冷风机进行补冷,使脱附气体温度稳定在一个合适的范围内。活性炭吸附床内温度超过报警值。

 4、电控及设备布线

1 )设计依据

(1)低压配电装置及线路设计规范GBJ54-83

(2)工业企业照明设计规范GBJ50034-92

(3)通用用电设备配电规范GBJ50055-93

(4)电气装置安装工程爆炸和火灾危险环境电气装置施工及验收规范GB50257。

2)电气总原则

活性炭吸附及催化氧化炉CO 电控系统采用士林 PLC 控制,PLC 采用士林 200 系列,触摸屏采用 10” 士林产品,PLC 控制系统实现对活性炭吸附床及催化氧化设备、电加热功率高低、烟气出口风门控制、风机、炉内温度、压力、风向切换阀信号联锁控制等,并对重要运行参数集中监测或控制。

废气治理控制系统采用现代先进控制技术 PLC 控制方式,通过 PLC 实现对废气治理设备的控制。PLC 技术与人机对话技术相结合,再加上系统的控制单元,共同构成废气净化的控制系统。废气治理控制系统集成了 PLC 技术、组态技术、控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术,构筑了废气净化控制系统的技术框架,使废气净化生产过程实现检测、控制、优化、管理和决策,达到污染物去除、优化控制、降低消耗、确保安全等目的的综合性需求。

控制系统具有高可靠性、高稳定性、抗干扰能力强、操作方便简单的特点,本着以人为本、面向客户的理念,控制系统的人机界面提供完整简洁的人性化中文控制菜单和操作提示,所有的操作均可通过触摸屏来完成,并实时显示运行参数、运行状态、故障原因等。操作方便、简单。能更好的贴近用户的操作,使现场设备的监视与控制更加直观、方便。监控层采用工业组态软件,通过其强大的组态编辑功能实现随现场设备的监视和控制,具体体现在设备实时运行监视图(包含机组运行信息、故障信息、各子设备状态、环境参数等实时数据信息)实时报警功能监控层硬件上使用知名品牌触摸屏,保证了系统的可靠性及稳定性。

3)控制层

控制层主要由 PLC 及其系统组成,由 PLC 及其系统接受现场发来的数据信息,经过自身的运算与处理后,发出相应的指令对现场设备进行控制;同时,对现场设备出现的所有故障及时的进行分析处理,实时将故障信息反映在触摸屏上,并进行相应报警提示。

4)设备层

设备层主要由风机变频器、压力控制仪表、现场设备检测元件(位置接近开关、温度传感器、压力传感器等)、现场执行机构(气动执行器、调节阀、电磁阀等)等组成;直接与控制层中的 PLC 进行数据交换,将现场信息发送给 PLC 系统,并按 PLC 输出指令执行设备动作,对整套系统的控制显示、炉膛压力显示监控,炉膛温度等进行自动监控。

5) 控制柜

主控柜设置主电源开关(带热过载、电磁过载、错相保护功能,带反馈触点,上传 PLC系统),可手动设定主开关,在控制柜面板设置电源指示灯。

控制柜进、出线采用电缆桥架,在控制柜的顶部或底部进、出线,给控制系统内所有设备提供动力电源及控制电源,所有控制柜配置门开关及照明灯。

布线方式:柜内采用线槽,柜外采用镀锌桥架,其他使用尼龙软管为辅。

喷涂颜色:各控制柜喷两遍防腐蚀底漆,甲方指定色标,屏、柜、台防护等级:IP54。

控制柜全部采用防威图产品(框架结构,包括底座、柜内空调、照明及风扇等主要附件),柜内安装侧装空调,确保变频器在正常环境温度范围内工作。

控制柜安装在受控机械设备附近(具体位置现场定)。

控制柜带门锁,门锁采用带手柄方形门锁,并且门锁为同一型号。

柜面上的所有器具均采用嵌入式结构安装,其布置清晰、美观大方和合理。

每个柜内配置一个 AC 220V 10A 插座。

五、安全设计

根据本项目废气特点,我司采用“干式过滤器—活性炭吸附—催化再生”净化工艺,选用热风脱附方式。PLC自控程序通过实时采集的温度信号,自动调整各无极限位阀门的开度,通过变温、变流量再生控制方式调控脱附系统的排热量和补充新鲜空气量,严格保证设施在安全的温度范围内稳定运行,有机废气净化装置具有以下安全防范措施:

(1) 采用变温、变流量再生控制方式,严格保证设施在安全的温度范围内稳定运行;

(2)燃烧方式为催化燃烧,属低温无焰燃烧,绝对无明火产生;

(3)严格控制系统中 “VOC” 气体的浓度低于其爆炸下限1/4;

(4)在催化燃烧床的进气管路设置滤尘阻火器;

(5)全系统设备和风管均良好接地,以去除静电;

(6)催化和吸附装置均有温度报警系统并配有旁通,新空气风管以便“飞温”时引入空气;

(7)系统保温性能好,采用质轻的硅酸铝耐火纤维材料保温;

(8)多重安全预警系统:非稳态控制、温度预警、停机警报及故障应急处置措施等。

1) 防爆设计

根据国家标准 GB50058-1992《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》之规定,本项目防爆等级按 ExDIIBT4,防护等级按 IP55。

2) 管路系统的安全设计

系统所有高空管道和设备均设有避雷装置,接入建筑物防雷系统。设备和管道有可靠接地,法兰连接的风管采取跨接,避免静电集聚引起可燃气体燃烧、爆炸。

3) 电气控制设计

本案采取PLC全自动化控制系统,配套触摸屏、电动调节阀、变送器、报警系统等,本系统包含试车模式、手动控制模式、待机模式、系统自动开/关机安全程序。

安全保护措施包括:停电、火灾、温度异常、风车异常、系统设备异常停机、系统静压低于低报时停机保护联锁等。生产线处于事故状态时,停机保护连锁,尾气旁通。

系统设备提供下列信息(HMI): 风机、 马达运转状态、 电机运转状态(Hz)、风机压差值(ON/OFF)、设备运转状态与进出口压差值、各点温度、RTO温度、报警信息等。

本控制系统特点:

(1)采用先进的 PLC 可编程控制器和具备良好人机界面的触摸屏,轻松实现操作参数调整、优化操作;

(2)可灵活切换试车、自动、待机等多种操作模式;

(3)可实现自动开停车操作。

(4)现场电气设备如风机电机和温度传感器及压力变送器等为隔爆型,防爆等级为ExDIIBT4。

4)性能保障

为了满足设备各项指标,本系统采取如下措施:

(1)活性炭吸附材料选用国内知名品牌,保障吸附效率。

(2)为了满足处理设备的连续稳定运行,系统中使用的风机均选用国内外知名厂家产品;系统中使用的控制元件均选用国内外知名厂家产品。

(4)吸附阀门采用漏气率为 5‰。

(5)在燃烧炉膛内设置了泄压口,当设备内部的压力 30K-80pa 时,自动泄压,使设备始终在安全状态下运行。

(6)设备外表面用绝缘保温材料进行保温,使表面的温度不超过室温 25℃以上,整个设备的绝缘电阻小于 2MΩ。

(7)炭床采用24小时不间断测温方式,任意时刻炭床温度超过设备的设定温度时,处理设备整机停机、报警并将氮气注入活性炭吸附床内,保障活性炭安全。

五、设备设计规划及技术参数 

1、 废气处理系统

活性炭吸附浓缩催化燃烧再生(在线)净化工艺

1、吸附系统设置活性炭吸附箱,其中1只备用吸附箱,处于脱附或备用状态;当1只箱体吸附饱和时,通过控制两端阀门开闭将此活性炭箱体与备用箱体置换,此箱体进入脱附状态,脱附完成留待下次置换使用,吸附箱立式单截面吸附结构。

2、系统均采用一套脱附系统(催化燃烧);在线单床脱附时间设定3-4小时。废气处理控制系统主动力采用PLC程序自动控制系统,控制风机、阀门、加热、氮气注入等。


六、设备安全措施 

在催化净化装置前后均有阻火除尘系统,设备顶部设有泄压系统。

设备内外均设有消静电装置,高空管道设有避雷装置。

设备内设置多点温控点,同时设有自动报警系统,设有超温自动降温系统。

设备设有风机过载保护、超温保护、防火连锁保护,在设备进口设有安全防火阀门,当出现高温时,防火阀关闭,直排阀门自动打开。

脱附时当控制和监控系统发生错误或失灵时,温度控制仪会发生报警自动停止加热,并且补冷系统会自动打开,当脱附风机运行时突然出现故障加热系统和风机连锁,加热会自动停止,并且补冷系统会自动打开,并启动直排系统。

脱附过程中间歇注入97%氮气,脱附程序完毕后注入97%氮气进入活性炭吸附床,排除因活性炭自身蓄热自燃带来的安全隐患。

七、质量保证及售后服务 

1、质量保证

所有的外购件的配套厂家均为长期合作单位,质量和工期均可得到保证,同时配套件厂家可以到现场进行指导和人员培训;公司的质量认证体系已延升到所有配套件厂家。

同型号的产品已经在同工况条件下使用,形成成熟工艺和成熟产品,配上自动化控制,确保设备的处理效果和安全可靠。

本产品生产、验收、运输、安装均按行业标准和企业标准执行。

专门的产品服务中心,保证对产品的售前、售中、售后服务的及时性。

2、售后服务

所有设备整机质保壹年,在质保期内,在正常使用条件下,本公司对设备出现的故障提供免费维修,零部件损坏及时免费更换。我公司承诺:接到设备故障通知后立即予以答复,48小时内售后服务人员赶至现场解决。