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      1. 沸石转轮+CO催化氧化燃烧工艺简介

1)沸石转轮基本原理构造

沸石转轮浓缩区可分为处理区、再生区、冷却区,浓缩转轮在各个区内连续运转。

VOC有机废气通过前置过滤器后,通过浓缩转轮装置的处理区。在处理区VOCs被吸附剂吸附去除,净化后的空气从浓缩转轮的处理区间排出。

吸附于浓缩转轮中的有机废气VOCs,在再生区经热风处理而被脱附、浓缩到5-20倍的程度。

浓缩转轮在冷却区被冷却,经过冷却区的空气,再经过加热后作为再生空气使用,达到节能的效果。

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沸石转轮应用于半导体制造、LCD液晶制造

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设备特点

1.吸附、脱附效率高。

2.沸石转轮吸附VOCs所产生的压降极低,可大大减少电力能耗。

3.使原本高风量、低浓度的VOCs废气,转换成低风量、高浓度的废气,浓缩倍数达到5-20倍,大大缩小后处理设备的规格,运行成本更低。

4.整体系统采用模组化设计,具备了小的空间需求,且提供了持续性及无人化的操控模式。

5.系统自动化控制,单键启动,操作简单,并可搭配人机界面监控重要操作数据。

沸石转轮装置应用领域

>凹版印刷行业的有机废气处理>半导体制造业的有机废气处理>锂电池制造业的有机废气处理>涂装行业的有机废气处理>化工行业的有机废气处理>制药行业的有机废气处理>食品行业的有机废气处理>薄膜行业的有机废气处理>家电行业的有机废气处理

2)沸石转轮+CO催化氧化燃烧系统

沸石转轮+CO催化氧化燃烧工艺流程简图

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本套废气净化系统采用“沸石转轮吸附浓缩+热风回收脱附+催化氧化(燃烧)”工艺,简称“吸附浓缩+催化氧化”工艺。此工艺主要应用于涂装生产线所产生的低浓度大风量VOCs有机废气的末端治理;目前已经成为主机及零部件涂装流水线VOCs治理的首选工艺路线。

结合工艺流程简图对工艺路线及主要设备单元进行介绍:

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3)废气处理系统设备选型

针对不同的项目,我公司提供的设备选型可分为

⑴“分子筛转轮吸附+CO蓄热式催化氧化一体机”设备。如下图:

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⑵分子筛转轮吸附+CO蓄热式催化氧化分体式系统设备。

⑶活性炭吸附装置+CO蓄热式催化氧化分体式系统设备。

以上各种不同形式的有机废气处理系统都适用于低浓度废气的净化处理,其效果都一样,只是看项目方选择前端处理方式各选择系统的方式不同而已,或视其投资情况而定。

各设备的特点是:

l 一体化属标准化设备,设备紧凑,性价比稍高,其即适合分子筛转轮做一体化设备,又适合于活性炭吸附做一体化设备;

l 活性炭作为吸附浓缩单元的运行周期为1年,但设备价格低;

l 分子筛转轮作为吸附浓缩单元的运行周期为3-5年,但设备价格高;

l 选用催化氧化CO炉作为氧化单元,启停灵活,适合非连续生产工艺;

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4)设备扣单元简介

以上设备包含的各模块功能介绍如下:

 ⑴进风模块

进风模块除了之前介绍的,作为废气接入入口的功能及预热新风入口的功能,还接有调湿管道,实现为接入废气调节湿度的功能。

目前客户喷涂工段采用湿式除漆雾方式,湿度较大(湿度>90%),高湿度废气会降低转轮的净化效率,因此在废气进入沸石分子筛转轮前必须进行温湿度调节。

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图 不同温度对沸石分子筛转轮净化效率的影响

根据上图可知,一定的湿度条件下,废气温度升高,沸石分子筛的净化效率明显下降。为了保证废气的净化效率,需要控制气体进入分子筛转轮的温度≤35℃。

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图 相对湿度对沸石分子筛转轮净化效率的影响

根据上图可知,一定的温度下,当废气相对湿度超过80%,则沸石分子筛转轮的净化效率急剧下降。因此为了提高净化效率,需要将废气的相对湿度降低至80%以下。

目前,喷涂废气温度在约25~30℃,相对湿度在90%。假如在极端不利条件时,即温度为25℃,湿度为90%时,吸附效率会急剧下降。因此,需要降低废气的相对湿度。降低废气湿度的方式有很多种,在不影响吸附效率的情况下升高气体温度,是降低湿度有效的方式。

当25℃时,相对湿度为90%,根据上图湿度随温度变化关系曲线图可以看出,当温度升高至27℃时,则相对湿度降低至80%,满足沸石分子筛高净化效率的湿度要求。

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通过以上分析,经过CO炉处理之后的气体温度约150℃,将其部分引入分子筛转轮前的管道内,通过湿度传感器和温度控制器自动调节CO出口气体管路上控制阀的开度,满足沸石分子筛转轮高净化效率的要求。

⑵三级过滤器模块

本套设备配置的过滤单元为三级干式漆雾过滤器,它能较完全地去除粉尘、漆雾,气体中0.5um 以上的尘净化效率≧99%。它的原理是通过材料纤维改变漆雾颗粒的惯性力方向从而将其从废气中分离出来,材料逐渐加密的多重纤维经增加撞击率,提高过滤效率。过滤时能有效通过不同过滤材料组合,利用材料空间容纳漆雾,达到更高的过滤效率是干式材料的特有性能,这一点是水洗式无法比拟的。

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当过滤系统压力达到设定报警值时,报警系统发出报警信号,报警信号接入中央控制室,提醒操作人员更换滤材。

图 多级干式过滤器结构图

干式过滤材料纤维表面经过阻燃处理,不会同漆雾聚集而有着火危险,所有设备无须水泵,无须防腐,设备构造简单,投资少。

在分子筛转轮前端设有三级过滤,过滤等级分别为G4、F7、F9,不同等级过滤器为模块化设计,组装方便。在过滤器前后设置在线压差变送器,保证废气处理系统正常、安全、稳定运行。

表 干式过滤器技术规格表

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G4级粗效过滤和F7、F9中高效过滤滤材为有机合成纤维和微纤构成的无纺布,呈逐渐递增纤维结构,平均捕捉效率高达99%以上,耐温90℃。

⑶分子筛转轮模块

大风量、低浓度的有机废气的燃烧或回收,不仅需要非常大规模的设备,而且会造成巨额运行成本。对于该问题,通过使用沸石分子筛吸附浓缩装置可以将低浓度大风量的有机废气浓缩成高浓度小风量,从而减低设备投资费用和运行成本,从而实现经济有效有机废气处理。

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图 沸石分子筛转轮

沸石分子筛工作原理

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图 沸石转轮原理图

沸石分子筛转轮吸附浓缩系统利用吸附-脱附浓缩-冷却这一连续性过程,对VOCs废气进行吸附浓缩。其基本原理如下:

沸石分子筛转轮分为吸附区、脱附区和冷却区三个功能区域,各区域由耐热、耐溶剂的密封材料分隔开来。沸石分子筛转轮在各个功能区域内连续运转。

废气通过前置的过滤器后,送至沸石分子筛转轮的吸附区。在吸附区(吸附区面积为S1)有机废气中VOCs被沸石分子筛吸附除去,有机废气被净化后从沸石分子筛转轮处理区排出。

吸附在分子筛转轮中的VOCs,在脱附区(脱附区面积为S2)经过约200℃小风量的热风处理而被脱附、浓缩,浓缩倍数一般为5~25倍。浓缩倍数n=( S1×V1)/ (S2×V2)),其中S1/S2=10:1,V1/V2=(0.5~2.5)

再生后的沸石分子筛转轮在冷却区被冷却。经过冷却区的空气,经过加热后作为再生空气使用,达到节能的效果。

表 沸石分子筛转轮的设计参数

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沸石分子筛转轮的特点

高性能、高效率:将吸附性能极好的疏水性分子筛作为吸附剂使用,对于范围广泛的VOC种类,不同的各种运转条件,都可以充分提供足够的性能。

高沸点溶剂的处理:使用疏水性沸石分子筛,利用不燃性、高耐热性的特点可以在高温条件下再生。因此,对于使用活性炭时因为有再生温度的限制而无法处理的高沸点VOC,也能够处理。

清洗和活化:沸石分子筛转轮因为是在高温下烧结处理而成的,完全是无机物的结合体。如果发生蜂窝通路堵塞时,可以进行水洗。

⑷风机模块

废气风机采用吸入口镶铜片或者采用铸铝叶轮等防火设计,并且电机采用防爆型,强化系统在易燃易爆环境中设备的安全性。所有的风机在规定的流量和操作温度下工作,并配有:软连接、减震垫、维修孔。

风机采用变频器控制,系统在运行过程中,可随着风量的变化,根据风机前管道压力变化自动调整风机频率,调整风机风量,节能降耗,并确保用户范围生产线的稳定。

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图  风机变频调节原理图

⑸催化氧化炉模块

催化燃烧技术可以在较低温度(300-500℃)下实现对VOCs 95%以上去除效率,反应完全,生成CO2和H2O,是一种节能和高效的废气处理技术之一。借助催化剂可使有机废气在较低的起燃温度条件下发生无焰燃烧,并氧化分解为 CO2 和 H2O,同时放出大量热。

工业上常见碳氢化合物的催化氧化净化的反应:

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表 CO设计参数

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催化燃烧技术具有如下优势:

起燃温度低,节省能源

有机废气催化燃烧与直接燃烧相比 ,具有起燃温度低、能耗低的显著特点。在某些情况下 ,催 化燃烧达到起燃温度后便无需外界供热。

适用范围广

催化燃烧几乎可以处理所有的烃类有机废气及恶臭气体。对于有机化工、涂料、绝缘材料等行业排放的低浓度、多成分、无回收价值的废气 ,采用吸附—催化燃烧法的处理效果更好。

处理效率高,无二次污染

用催化燃烧法处理有机废气的净化率一般都在95%以上,终产物为无害的 CO2 和 H2O (杂原子有机化合物还有其他燃烧产物 ),且由于燃烧温度低,能大量减少 NOx 的生成,因此不会造成二次污染。

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图 催化氧化炉结构示意图

催化剂

系统选用高性能催化剂,采用陶瓷基载体的Pt、Pd贵金属型催化剂,贵金属活性位分散度高,催化活性高,使用寿命长,压力损失小,降低了能耗。

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图 高性能催化剂(红圈内为金属载体)

本催化剂的主要特点为

(1) 催化去除效率高(>95%),显著降低反应活化能,使催化剂在中低温度下(~300℃)运行;耐温性好,耐热冲击性能强,大工作温度约650℃;

(2) 催化剂使用高温稳定化处理的陶瓷载体,确保催化剂不被烧结,保持催化剂高活性的比表面积、高机械强度、高热稳定性。

保温装置 

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图 保温后设备箱体

CO箱体内部采用高铝型硅酸铝纤维保温模块,大保温厚度250mm,保温效果优于普铝或高纯型纤维棉。保温按照GB4272《设备及管道保温设计通则》)的要求进行,在高温部分设警示标志。

电控系统

废气处理设置控制系统采用PLC系统,具备设备工况监视、流程画面显示、参数显示、报警显示、自动连锁保护、接收数据软件、数据显示、数据传输、数据储存等功能,并设有紧急停车功能。

1) 配电

电源由业主以电压等级为380/220V送至配电间的低压进线柜,容量需满足生产需要并适当考虑备用。

2) 主要电气设备选型

采用安全可靠、性价比较高的仿威图控制柜。柜内采用漏电断路器、接触器、继电器等相应的组合,作为短路、过负荷及断相保护。户内外环境使用的开关控制箱具备防雨、防腐功能。

3) 电缆、电线选型及敷设                                                                                                                                                                                                                                                                                                      

根据本工程环境特征,配电线路选用技术性能优越、载流量大、敷设方便的交联聚乙烯绝缘、聚乙烯护套电力电缆,电线选用铜芯塑料电线。外部主要采用电力电缆直埋方式,室内采用沿电缆沟或穿硬管等敷设方式。

4) 安全接地

本工程对电气设备外壳和插座进行可靠接地。总电源进入后,做重复接地,接地电阻不大于4欧姆。工作接地、保护接地共享接地网。

PLC自动控制

PLC自动控制系统,对关键设备的运行状态、关键点的温度和压力进行监测,并进行自动记录,便于评估设备的运行情况;共设有送风单元控制、沸石分子筛转轮单元控制、热氧化单元控制、安全应急控制、电路保护等控制单元。

1) 系统原理

基于PLC系统采集的各类数据,如浓度监测、设备运行状态、温度压力等各类数据可在任何区域查看监控,并可通过广域网超远程监控各类状态,实用性有以下几类代表

1、接入环保局监测实时浓度状态;

2、接入华世洁总部服务器各类历史数据自动生成报表分析数据,优化系统运行以保证使用方佳使用状态;

3、同时工程师可远程运维设备,为使用方提供直接快捷的售后支持。

4、使用方维护人员不仅可通过工控机、工程师PC监控设备运行状态,还可通过移动终端如PAD、phone等随时随地的监控设备运维状态。

2) 主要控制点

PLC自动控制系统,对关键设备单元的运行状态、关键点的温度和压力进行监测,并进行自动记录,便于评估设备的运行情况;

共设有以下控制单元: 

A. 进风单元的自动控制 

当车间进行工作时,发出信号,系统自动将风机及入口阀开启系统进入废气处理模式,风机采用变频控制。

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B.  氧化设备的运行控制 

自动升温模式启动

正常运行,温度、压力及高温阀连锁控制; 

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3) 应急控制 

当系统出现温度、压力、阀门等报警时,系统会进行相应的连锁保护,当出现超高、超时情况紧急故障时,系统自动切换到应急状态。 

4) 数据传输性

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通讯的物理层采用的是日常用的到电脑网线,便于日常的维护修理。以太网的网络协议可以顺利的加载卸载站点,不会造成死机,轻松的恢复通讯。控制网络采用6类网线,环形网络PROFINET、Ethernet协议。预留RJ45接头给中控制,支持TCP/IP、MODBUSS TCP、PROFINET。

5) 数据的记录

数据存储LOG日志记录:

方式一:设备现场HMI直接U盘生成报表记录

方式二:工控机PC端采集数据生成报表

方式三:远程HSJ服务器数据记录生成报表

采用更稳定、均匀的程序升温控制模式,延长保温材料及催化剂的使用寿命。

图  触摸屏控制界面(HMI)及设备升温曲线

图 温度曲线记录图

6) PLC自控系统特点

节能控制:设备启动、停止、故障等不同状态下,PLC能够自动执行不同控制模式,大化降低设备的待机能耗;

预警防护:设备温度、压力等控制点发生异常时,发出声光报警信号,并自动做应急处理; 

协调控制:与生产线之间设置联锁,确保生产线和CO的安全运行,与生产线的状态信号进行接驳;

急停控制:设备PLC控制系统预留车间急停信号,作为设备控制优先等级的控制点; 

记录功能:PLC系统自动记录设备运行的关键控制点,在设备维护和使用过程中能够提供可靠数据支持;数据存储LOG日志记录,保存时间可达6月以上。

远程监控:基于openVPN的远程维护及监测解决方案,支持灵活的设备接入方式,如HSJ总部服务器、环保局监控PC、HSJ远程维护支持工程师PC、远程维护人员PAD/PHONE等手持设备实时的监控维护设备,以快的响应速度来处理各种问题,解决了项目地点距离较远维护时差的问题;通过高用户权限管理的方式来限制人员是否接入、接入的权限等级等。

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7) 智能点检

维护端设置好点检时间后,智能提醒维护人员下一步工作任务,点检维护使用手持终端与现场设备一一对比,不必在HMI与设备部件间往返走动;并自动生成关键数据报表,以便各项分析,防止设备点检遗漏以保证设备佳运行状态延长使用寿命。

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1.1 安全设计

1.1.1 新风稀释保护措施(选配)

废气进入CO前设置LEL在线检测装置(检测精度±5% F.S),控制废气进入CO的浓度<25%LEL, 设置二级报警点,一级报警点为15%LEL,二级报警点为20%LEL,达到一级报警点提示系统检查,当达到二级报警点时,连锁控制开启新鲜空气阀,当报警持续20s时,系统紧急停车。

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图 安全控制原理图

      1.1.2 低压爆破片

在异常状态下,若CO或者风机出现异常导致压力剧增,泄爆片会自动泄爆,减少对系统设备的损坏。根据HG/T20570.3《爆破片的设置和选用》,在CO炉体上也设有爆破片装置,由爆破片和夹持器等装配组成的压力泄放安全装置,当爆破片两侧的压力差达到预定温度下的预定值时,爆破片即刻动作,泄放出压力介质。

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图  低压泄爆片

       1.1.3 阻火器

蓄热氧化炉前端设置阻火器(回火防止器)。阻火器可以阻挡蓄热氧化炉的回火,阻火器只允许废气通过,可抑制火焰的传播。

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图 阻火器

阻火器的主要元件是由金属波纹带制成,成螺旋形的绕卷的薄片。按照波纹的大小,使金属波纹带中存在一定的间隙,一般在0.2~0.7mm间。通常用两片或多片的金属波纹带,将其装在防暴的壳体内组成一个阻火器。当火焰通过这种金属波纹带时,热量很快被吸收和驱散,从而降低了燃烧产物的温度,使温度降到了气体的自燃点以下。

1.1.4 室内防火防爆措施

控制室与装置保持足够的防火距离,控制室的门朝向装置的反方向。控制室内配置干粉灭火器、应急灯等消防应急措施,接入控制室的电缆口做好防火封堵等。

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