催化燃烧

催化燃烧

6万风量VOCs废气治理工程

             设

             计

             方

             案

             书

山东东风双隆机械有限公司

我公司接受委托后，根据建设单位提供的相关数据及资料和，并在实地调查的基础上，进行总结借鉴国内外先进的工艺技术，并结合我公司类似工程的实际设计和运行经验，改善车间工作环境、投资省、处理效果好、运行成本低的原则，经过工艺技术的比选论证，编制出了该设计方案，确保废气达标，共建设单位和有关部门决策参考。

设计单位简介

山东东风双隆环保科技有限公司，座落于一代名相诸葛亮的故里——山东省沂南县，地址位于东红公路大庄开发区。东靠胶新铁路，南邻日东高速，西临京沪高速，交通便利畅通，环境优美宜然。

　　企业占地面积96000平方米，拥有五个厂区。现有各类技术人员300余人，高级工程师28人，企业注册资金1200万。现产品远销外蒙、朝鲜、俄罗斯、坦桑尼亚等近十个国家。公司下设双隆环保设备、建筑机械、新能源三大研发生产领域。公司专业从事污水处理技术研发，装备制造，工程建设，设施运营等全产业链一站式综合服务，以及新农村环境综合治理、合种污水处理、工业费气治理方案设计、工程施工、环保设备的研发制造等。公司凭借核心的专利技术，强大的研发水平，完备的行业资质，完善的服务网络和技术团队立足于环保技术服务和设备制造领域，为客户提供全产业链一站式服务。拥有先进的制造装备及质量检验设备及先进的水质检测设备仪器，为研发污水废气处理的新技术，新产品，新工艺奠定了科学坚实的基础。

公司于2009年率先通过ISO19001质量体系，ISO28001职业健康安全体系，ISO24001环境质量体系三体系认证，公司拥有核心专利技术 19项及多项科技成果鉴定，于2014年入选为省级工程技术研究中心，公司的多项产品通过了“中国环境保护产品认证”称号，2014年12月公司被认定为“高新技术企业称号”。

东风双隆环保科技有限公司将继续秉承持续创新、追求完美、勇担责任的核心价值观，为社会创造卓越价值，使公司稳定、快速成长为国际化、现代化、专业化的大型综合性环保企业。

公司产品经营范围：

公司专业从事生活污水、医院污水、屠宰污水、养殖污水、工业污水工程的承包及运营服务、人工湿地建设及城镇污水处理厂建设运营服务。公司主要产品有二氧化氯发生器、地埋式污水处理设备、生活污水处理设备、中水回用设备、医院污水处理设备、电泳废水处理设备、口腔医院污水处理设备、牙科 医院污水处理设备、宠物医院污水处理设备、屠宰污水处理设备、养殖污水处理设备、加药设备、脱氯设备、厌氧生物滤池、IC/UASB厌氧反应器及各类污水处理非标设备。

目前，公司废气处理的产品已形成五大系列、六十种规格，包括脱硫脱硝设备、高压静电除尘设备、旋风除尘设备、袋式除尘设备、湿式除尘设备，并生产各种除尘配件，还可根据用户的需求进行非标设计改造。

　　现代化的生产管理和技术管理系统，完善的售后服务习题，保证了产品质量，解除了用户的后顾之忧。产品实行“三包”，免费安装调试，培训技术人员。“以质量求生存、以信誉求发展”是我们一贯的宗旨。

编制依据

◇《中华人民共和国环境保护法》（2015年1月1日起施行）

◇《中华人民共和国大气污染防治法》（2000年9月1日起施行）

◇《建设项目环境保护管理条例》，国务院令【1998】253号

◇《产业机构调整指导目录（2011年本）》，国家发展和改革委员会令【2011】21号

◇《环境空气质量标准》（GB3095-2012）

◇《山东省工业企业挥发性有机物排放控制标准》（DB12-524-2014）

◇《恶臭污染物排放标准》（DB14554-93）

◇《大气污染物综合排放标准》（DB16297-1996）

◇《工业企业设计卫生标准》（GBZ1-2002）

◇《国家职业卫生标准》（GBZ38-2006）

◇《钢结构设计规范》（GBJ50017-2003）

◇《通风管道技术规程》（JGJ141-2004）

◇《烟囱设计规范》（GBJ51-83）

◇《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》（GB50257-96）

◇《电气装置安装工程施工及验收规范》（GBJ232-82）

◇《通用用电设备配电设计规范》（GB50055-93）

◇《固定源废气监测技术规范》（HJ/T397-2007）

◇公司提供的其他基础资料及要求。

设计原则

本方案遵循的基本指导思想如下：

.采用被国家环保总局评选为“”国家重点环境保护实用技术“”吸附-脱附-（蓄热）催化燃烧。

设计采用简单、成熟、可靠的净化装置，确保废气治理效果

.根据业主要求，采用合理的废气处理工艺对其处理；

主要机电设备选用优质、低能耗的国产设备；

废气主要成分苯、甲苯、二甲苯、非甲烷总烃等VOCs等。

第二章设计计算

工艺说明

处理风量：60000m3/陆套设备

废气处理方式：

废气收集+干式过滤+活性碳吸附--催化燃烧脱附再生+风机高空达标排空。

催化燃烧工作原理：

 1.催化燃烧室典型的气—固相催化反应，其实质是活性氧参与的深度氧化作用。在催化燃烧过成中，催化剂的作用是降低活化能，同时催化剂表面具有吸附作用，使反应物分子富集于表面提高了反应速率，加快了反应的进行。借助催化剂可使有机废气在较低的起然温度下，发生无焰燃烧，并氧化分解为co2和H2o,同时放出大量热量，从而达到去除废气中的有害物的方法。在将废弃进行催化燃烧的过程中，废气经管道有风机送入热交换器，将废气加热到催化燃烧所需要的气然温度，再通过催化剂床层使之燃烧，由于催化剂的存在，催化燃烧的起燃温度大约为250—300度，大大低于直接燃烧法的燃烧温度650---800度。因此能耗远比直接燃烧法为低。

   2结构特点

  设备设计原理先进，用材料独特，性能稳定，操作简便，节能省力，安全可靠，无二次污染，运营成本低，一般一个炭箱脱附时间件5---10小时，周期为10---15天脱附一次。吸附有机废气的活性炭床，可用催化燃烧后的废气进行脱附再生，脱附后的气体再送入催化燃烧室进行净化，无需外加能量，运转费用低，节能效果显著。催化燃烧室采用陶瓷蜂窝体的贵金属催化剂，阻力小。活性高。当有机蒸气浓度达到2000ppM以上时，可维持自然，全自动控制，操作简易，维护方便。

   3工艺流程及使用范围

   该吸附浓缩-----蓄热式催化燃烧设备（RCO）是有三个单元吸附器组成，可同时进行吸附操作，把大风量.低浓度的有机废气浓缩成小流量.高浓度的有机废气。浓缩后的高浓度气体连接到蓄热式催化燃烧设备进行氧化处理（高温吹脱燃烧）即吸附材料活性炭的再生，恢复其吸附性，再生操作不可同时进行，同一时间只能单个吸附器进行脱附进行操作。该处理工艺可广泛用于石油、化工、橡胶、油漆、涂装、家具、家电、印刷等行业中产生的低浓度有机废气的净化处理，可处理的有机物质种类包括苯类、酮类、醇类、醚类和非甲烷总烃等。

  4工艺说明

  车间排放的喷漆废气由风机抽动经风管引出后经过预处理（喷淋塔、干事过滤器）后，初步净化后的气体进入活性炭吸附器，气体有机物被活性炭吸附，气体得到净化，净化后的气体有烟囱排出。

本工艺中吸附器3---7个，其中一个吸附器进行脱附，其余吸附器进行吸附。根据需要开启，可实现吸附过程的持续工作。饱和后的吸附器，通过启动阀门切换到脱附状态，启动催化床内的电加热和脱附风机，脱附出的高浓度有机废气送入催化燃烧设备，在电加热和催化剂的作用下，气体中的有机物质分解成CO2和H2O气体得到净化。净化后的气体经蓄热体回收部分热量后排出，一部分回到RCO的换热器提升温度后与新鲜空气混合至需要的再生温度，用于脱附活性炭使用，另一部分直接入烟囱排出。本系统采用PLC自动控制、检测、控制设备运行。

本公司废气处理工作原理：

本装置工作过程可分为二个阶段，活性碳吸附阶段和活性碳脱附阶段，二个阶段的工作原理如下：

①性碳吸附过程：

废气车间排出的废气由漆雾过滤器（环保箱、喷淋塔）除去漆雾粉尘和水雾后进入专用滤芯过滤及分离箱进入活性碳吸附装置，有机废气通过活性碳层时，废气中的有机组分被吸引到活性碳的微孔中并浓集保持其中，有机物分从而与其它组分分开，其它组分气体（洁净气体）经风机排空。

②活性碳再生过程：

活性碳使用一段时间，吸附了一定量的溶剂后，会降低或失去吸附能力，此时活性碳需脱附再生，再生后活性碳重新恢复吸附功能，活性碳可继续使用。

再生时，启动催化燃烧装置预热室电源，将空气预热，预热后的气体进入吸附箱，箱中活性碳受热后，活性碳吸附的溶剂挥发出来，溶剂经风机送入催化燃烧室燃烧，分解成CO2和H2O蒸汽等热空气，热空气一部分回到活性碳吸附箱继续给活性碳加热，另一部分排空，热空气内部循环多次活性炭即可得到再生。

废气处理系统配置说明及部件介绍

废气处理系统由干式过滤系统、活性碳吸附系统、催化燃烧再生系统、电气控制系统及通风管道系统等五大子系统组成。

干式过滤系统：包括过滤箱、抽屉、过滤材料等。

◎过滤器采用镀锌板喷塑材料制作，选用抽拉式结构，这种方式使过滤材料更容易清理和更换。

◎过滤材料选用目前净化效率最高的玻璃纤维网，这种干式过滤材料是根据净化的特点专业开发出来的，它由玻璃纤维多层复合而成，密度随着厚度逐渐增大，后面用一层不同材质起支撑作用，具有高效、容量大、运行费用低、阻燃等特点。

◎保证净化的高效率，保证排放气体符合国家排放标准，过滤器采用二级过滤的方法，在第一级过滤的基础上再进行第二级过滤，而且第二级过滤材料更均匀，密度更高。孔径更细，二级过滤后的净化率可达到99%以上。

附：干式过滤器参数

活性碳吸附系统：包括吸附箱本体、活性碳、泄压装置、温度传感器、仪表阀门等。

由于风量较大和有利于脱附再生等因素，活性碳吸附系统采用2个单元并联而成，

附：吸附器参数

◎由于脱附再生时活性碳床内有高温气体，所以吸附床采用双层隔热措施，吸附床内胆2mm工业镀锌板材料制作，锥斗及上盖由2mm工业镀锌板材料制作。

◎由于吸附炭和吸附的溶剂都是易燃物品，所以在活性碳吸附器上设置泄压装置。活性碳吸附器内的压力正常状况下小于0.01MPa，为了保护设备，我们设置的泄压装置的泄压压力为0.01MPa。

◎吸附床的吸附（出）风阀和再生进（出）阀门均采用电动阀门，此阀门密闭性好、开启灵活、维修方便、坚固耐用。

◎吸附箱上设置温度传感器，传感器监测吸附箱内温度，输出信号。

◎活性炭：

·吸附活性炭选用蜂窝状活性炭，活性炭的规格：100*100*100

·蜂窝状活性碳比面积大，吸附能力强。蜂窝状活性炭流体阻力小，运行耗电省。

·活性炭填充量：活性炭的质量和数量决定废气处理设备净化效率高低，所以要在保证活性碳质量的基础上，合理配置活性炭的填量，本方案活性炭的填量如下表：

说明：由于目前废气浓度不详，本方案活性碳填充厚度暂按500mm考虑，如果实际浓度较高，设备设计预留增加300mm厚度活性碳的空间，

催化燃烧再生装置：包括装置本体、防火阀、电加热预热室、催化燃烧室、泄压装置、温度传感器、连接管道阀门、仪表、催化剂等。

◎为了节约投资，6个活性碳吸附单元装置一套催化燃烧再生装置，每个单元交替、轮流进行脱附再生。

◎废气加热采用无污染、运行稳定的电加热方式，电加热室内的电热管分成三组、由电控箱自动控制，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，当温度高于一定温度（可设定）电热管会自动断开一组或者多组。以节约电能和安全运行主。电热管选用耐热耐用的不锈钢电热管。

附：催化燃烧点加热功率

◎催化燃烧装置由内胆和外壳组成，内外壳间填满隔热材料保证炉体外壁温度在60℃一下，以防烫伤操作人员和节约能源。内胆由镀锌钢板填充保温材料制作，外壳镀锌板材料喷塑制作。保温材料选用岩棉，岩棉厚度为100mm。

◎催化燃烧电加热室和催化室内分别设置温度传感器，传感器由电柜控制，监测电加热室和催化室内温度，输出信号，当电加热室和催化室内温度高于设定值时，会自动关闭部分或者全部电加热。当电加热室和催化室内温度该与极限设定值时，会声光报警并自动关闭所有电加热。

◎催化燃烧装置设置稀释阀，当废气浓度超过设定值时，稀释阀会自动打开阀门，补充自然空气降低废气浓度，保证安全运行。

◎催化室内的催化剂选用蜂窝状贵金属催化剂。

◎催化燃烧装置设置防火阀，如果出现火焰气体时，防火阀中保险片会融化，随即防火阀会自动关闭，不让火焰气体流到车间和其他设备内，确保安全运行。

◎催化燃烧装置上设置泄压装置，催化燃烧装置内的压力正常状况下小于0.01MPa，为了保护设备，我们设置的泄压装置的泄压压力为0.01MPa。

◎主要电控系统简单易操作。

·电器元件选用国产名品。

⑤管道及风机：

◎所有连接管道均选用镀锌螺旋风管制作。

◎多由管道的管内流速控制在10-15米/秒。

附：风机型号规格

工艺选择与确定

基础数据资料

废气来源

活性炭脱附室有机废气。

风量

脱附风量约为60000m3/h。

脱附废气状态

高温(100)，相对湿度≤10%，

 燃烧室废气状态

高温（200～350℃）

换热器出口进脱附室废气状态

高温（200～220℃）

废气主要组分

苯、甲苯、二甲苯等VOCs。

 废气源浓度

VOCs脱附浓度约为≤8000mg/m3。

排放标准

净化后废气VOCs排放浓度及排放速率达到国家标准《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996中二级排放标准：

表5.2 GB16297-1996二级排放标准

工艺简介

工艺流程

流程说明

启动脱附风机，气体经过催化床而被催化床内的电加热器加热，加热后的空气经过气动阀门 2 进入活性炭床层，吸附饱和后的活性炭在热空气的作用下，有机物质从活性炭表面分离，并随气体一起进入催化床，在催化床内催化剂的作用下分解成 CO₂ 和 H₂O，同时放出大量的热，使气体温度进一步提高，高温气体在催化床内的换热器进行部分热量回收后分两部分，一部分通过气动阀门 3 直接排空；另一部分通过气动阀门 2 进入活性炭层，对活性炭循环再生。通过调节气动阀 1、2、3 之间的开度，可让活性炭的脱附温度稳定地维持在一温度范围内。此外，通过控制脱附温度和风机的流量可使再生气体中有机物的浓度控制在一合适的范围内，该浓度燃烧放热的热量可维持系统运行需要的热量，此时，催化床内的电加热可停止，系统利用再生出来的有机物燃烧放热来维持运行，节约运行费用。

催化净化装置（脱附）原理及吸附器工作过程

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，有机物从活性炭内跑出来，进入催化室进行催化分解成 CO₂和 H₂O，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，直至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，有机物得到催化分解处理。

结构原理说明

催化燃烧：利用催化剂做中间体，使有机气体在较低的温度下，变成无害的水和二氧化碳气体，即：

将饱和的活性炭解析出来的有机气体通过脱附引风机作用送入净化装置，首先通过除尘阻火器系统，然后进入换热器，再送入到加热室，通过加热装置，使气体达到燃烧反应温度，再通过催化床的作用，使有机气体分解成二氧化碳和水，再进入换热器与低温气体进行热交换，使进入的气体温度升高达到反应温度，如达不到反应温度，这样加热系统就可以通过自控系统实现补偿加热，使它完全燃烧，这样节省了能源，废气有效去除率达标排放，符合国家排放标准。

本装置由主机、引风机及电控柜组成，净化装置主机由换热器、催化床、电加热元件、阻火阻尘器和防爆装置等组成，阻火除尘器位于进气管道上，防爆装置设在主机的顶部，其工艺流程示意图如下：

设备特点

用贵金属钯、铂镀在蜂窝陶瓷载体上作催化剂，净化效率高，催化剂使用寿命长，气流通畅，阻力小。

安全设施完备：设有阻火除尘器、泄压口、超温报警等保护设施。耗能（二种方案备选）：⑴开始工作时，预热3h全功率加热，正常工作时只消耗风机功率即可。当废气浓度较低时，自动间歇补偿加热；⑵启动天燃气燃烧机进行加热。

运行成本分析

.设备功率表

二.设备运行费用分析

本表为每天运转费用(8小时/天）

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第三章  安全措施

由于该系统中的废气是易燃易爆气体且催化燃烧装置脱附再生时有高温气体产生，

为了确保设备安全运行，除了加强安全教育，制定安全操作规程和安全管理制度外，特采取以下措施：

各设备要人员操作的凌空处均设置保护栏杆。

电器均严格执行有关规范中有关防雷、接地安全措施和防范各种事故的保护措施。

烟囱设置避雷装置。

活性炭吸附床和催化燃烧装置分别设置泄压装置。

活性炭吸附床和催化燃烧装置连接管道中设置防火阀：如果气体温度高于280℃时，防火阀中保险片会融化，随即防火阀会自动关闭，阻止高温气体进入活性炭吸附床，确保安全运行。

设置稀释阀控制浓度：活性炭脱附出来的高浓度气体在进入催化燃烧前先补充自然空气降低废气浓度，再进行催化燃烧，确保安全运行。

设置补冷风机控制温度：当活性炭吸附床内的温度高于设定值时，补冷风机会自动启动，补充冷风，降低吸附床内温度，确保安全运行。

活性炭吸附箱和催化燃烧装置分别设置超温自动声光报警、断电和补风降温装置。

活性炭吸附箱和催化燃烧装置填充氮气和消防喷淋装置：当活性炭吸附床内的温度高于设定值时（暂定90℃）氮气快速填充，若温度还在升高，（暂定110℃）喷淋会自动打开，确保安全。

高温设备及管道采取隔热保温措施。

第四章 电气系统

设计范围

本设备包括废气处理站内各装置的配线、电气控制、接地等。

设计依据

《民用建设电气设计规范》（JGJ/T16-1992）

《低压配电设计规范》（GB50054-95）

 供电电源

废气处理系统采用交流380/220V低压供电。