本发明涉及废气处理设备领域，具体地涉及一种用于中小风量的催化燃烧废气处理系统。
背景技术
目前，工业vocs废气治理行业针对废气污染组分的处理方式主要分为：破坏和回收。而针对废气中无回收价值，废气浓度较高的工况，大多采用燃烧法进行处理，燃烧法主要分为：焚烧和催化燃烧。催化燃烧是典型的气—固相催化反应，它借助催化剂降低了反应的活化能，使其在较低的起燃温度250℃～430℃下进行无焰燃烧，有机物质氧化发生在固体催化剂表面，同时产生co2和h2o，并放出大量的热量，因其氧化反应温度低，所以大大地抑制了空气中的n2形成高温nox。而且由于催化剂有选择性催化作用，有可能限制燃料中含氮化合物（rnh）的氧化过程，使其多数形成分子氮（n2）。与传统的火焰燃烧相比,催化燃烧有以下特点:（1）起燃温度低，能耗少，燃烧稳定，甚至到起燃温度后无需外界传热就能完成氧化反应；（2）净化效率高，污染物（nox及不完全燃烧产物等）的排放水平较低；（3）适应氧浓度范围大，无二次污染，且燃烧缓和，运转费用低，操作管理也很方便。
目前，石油化工、油漆、电镀、印刷、涂料、轮胎制造等工业生产过程中都涉及到有机挥发化合物的使用和排放。各行业中有害的有机挥发物通常是烃类化合物、含氧有机化合物等，这些挥发性有机物如不经处理直接排入大气会造成严重的环境污染。传统的有机废气净化处理方法主要包括吸附法、冷凝法和直接燃烧法。吸附法主要是利用吸附材料对废气中的污染物进行吸附浓缩达到净化废气的目的，但是吸附材料（如活性炭、分子筛等）一旦吸附饱和需要进行更换或再生，具有一定的使用寿命，吸附材料产生的危废问题一直是限制吸附工艺广泛应用的主要原因。冷凝工艺主要是针对小风量高浓度单一组分物质进行回收利用，但实际废气中污染组分最多可达几十上百种，且废气中一般伴随着大量颗粒物（如漆雾、油墨等），回收的溶液需要进一步处理，往往回收后的溶剂无法满足实际工业要求。直接燃烧法主要是通过添加助燃剂包括天然气、柴油等组分在760~1000℃进行直接燃烧，但燃烧成本较高，排放尾气容易产生nox、硫化物、二噁英等二次污染物，需要进行进一步处理。这些方法都存在二次污染的问题。
在现有技术中还采用低温等离子体、光催化等处理工艺来治理小风量工业vocs废气，但随着废气排放标准的不断提高，该类工艺已无法满足相应环保要求，如《大气污染物综合排放标准》要求非甲烷总烃排放浓度≤120mg/m3，但行业标准或地区标准要求非甲烷总烃排放浓度≤80mg/m3。
催化燃烧法因具有燃烧成本低、安全系数高、占地面积小、安装检修方便的特点受到废气治理行业的广泛关注。市场上多采用一体式催化燃烧装置，以中国专利201621360706.x为例，该专利公开了一种换热式催化氧化装置，包括装置本体，装置本体底端一侧连接进口管，底端另一侧连接引风机和排出管；装置本体内部包括上、下两层架体，下层架体上设有预热电加热管、金属板式换热器，进口管与预热电加热管连接，预热电热管侧边安装金属板式换热器，金属板式换热器设有进气通道、矩形通道及出气通道；上层架体上设有贵金属蜂窝陶瓷及电热管，贵金属蜂窝陶瓷设于金属板式换热器矩形通道的正上方，电热管设于贵金属蜂窝陶瓷正上方。该装置存在结构复杂、加热管分布不均匀，废气空床流速过快以及催化效果不明显等缺陷。且该装置未设置补冷系统，当废气浓度较高时，设备一旦承受不住瞬时热力冲击会造成安全隐患甚至爆炸。
因此，有必要对现有的催化燃烧系统的结构做出改进和优化，在保证催化燃烧效率的同时增强系统的抗热力冲击能力，并能对燃烧过程进行实时监控，提高系统整体的安全性和稳定性。
技术实现要素：
针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种用于小风量的有机废气治理系统，该系统采用催化燃烧的方式进行废气的处理，系统中采用板式换热器对燃烧后的尾气进行换热，极大地节约了燃烧的成本；该系统功率低、能耗小、满足各类复杂工况条件，通过在系统中增加安全控制系统，补冷稀释系统，对燃烧过程温度和气压进行全程监控和数据存储以及根据燃烧状态自行调整加热功率，极大地提升了系统运行的安全性和稳定性。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种用于中小风量的催化燃烧废气处理系统，该系统从左至右依次设有干式过滤器、进气管道、换热式催化氧化一体机、出气管道、引风机和烟筒，在所述换热式催化氧化一体机的进气口端设有进气阀门，在所述进气阀门与所述干式过滤器间设有安全控制系统，所述安全控制系统包括设在靠近所述干式过滤器一端的阻火器一、设在所述阻火器一右侧的泄爆片和设在所述进气阀门前端的爆炸性气体探测仪，在所述阻火器一和所述泄爆片间设有补冷系统，在所述泄爆片和所述爆炸性气体探测仪间设有旁路系统，在所述换热式催化氧化一体机上设有紧急排放系统，整个废气处理系统的外部电性连接plc控制箱。
进一步地，所述旁路系统包括旁通管路和连接在所述旁通管路上的活性炭吸附箱，所述旁通管路的一端与所述泄爆片和所述爆炸性气体探测仪间的所述进气管道连通、另一端与所述出气管道连通，在所述旁通管路上靠近所述进气管道的一端设有旁通阀门、靠近所述出气管道的一端设有阻火器二。
进一步地，所述补冷系统包括补冷稀释风机和设在与所述进气管道接口处的补冷稀释阀门。
进一步地，所述换热式催化氧化一体机分为上下两层区域，下层区域内设有板式换热器，上层区域和下层区域之间用隔板隔开，在所述隔板上开有进气通道，上层区域又分为左右两个区域，右侧区域为燃烧室，左侧区域为催化室，在下层区域的左侧底部设有进气口、右侧底部设有出气口，在上层区域的右侧顶部设有紧急排放口。
进一步地，在所述燃烧室内设有u型的电加热管，所述电加热管由不锈钢制成，电阻丝为镍铬丝，通过电控箱与外界电路连接。
进一步地，在所述催化室内设有一级催化燃烧床和二级催化燃烧床，在所述一级催化燃烧床和所述二级催化燃烧床间设有补偿加热区，在所述补偿加热区内设有补偿加热管，所述一级催化燃烧床和所述二级催化燃烧床均由多个床层组成，床层采用堆砌式方式放置，在床层内设有陶瓷基以及金属基整体式蜂窝催化剂，每层床层间用不锈钢丝网隔开，在所述一级催化燃烧床和所述二级催化燃烧床的底部分别设有格栅，在所述催化室的左侧设有检修门。
进一步地，在所述燃烧室的进口、所述催化室的进口、所述一级催化燃烧床所在区域、所述补偿加热区、所述二级催化燃烧床所在区域、所述换热式催化氧化一体机的进口和出口端分别设有温度传感器，在所述催化室顶部设有压力传感器一。
进一步地，所述紧急排放系统包括与所述紧急排放口连通的紧急排放管路，所述紧急排放管路上靠近所述紧急排放口的一端设有紧急排放阀门、另一端与所述旁通管路的出口处相连通，在所述紧急排放管路上设有压力传感器二。
进一步地，所述换热式催化氧化一体机的外壳由碳钢板制成，内胆由不锈钢板制成，在所述外壳和所述内胆间设有150mm的硅酸盐保温棉层。
进一步地，在所述引风机的进口端设有手动调节阀。
本发明的有益效果是：
（1）增加了旁路系统，提高了排气的处理效率，增加了系统运行的稳定性和安全性；
（2）增加了安全控制系统，极大地提高了系统的安全性，系统对燃烧全程进行监控，一旦系统出现故障，系统自动进行报警和状态调整；
（3）将催化燃烧区分为一级催化燃烧床、二级燃烧床和补偿加热区三个部分，优化了催化燃烧过程，提高了废气的燃烧效率；
（4）在换热式催化氧化一体机内采用板式换热器和电加热管，通过板式换热器将高温燃烧尾气和进气进行热交换，极大的节约了能耗，采用功率可调节的方式进行电加热燃烧，根据燃烧室温度进行智能控制，以最低的加热功率保持燃烧室的恒温状态；
（5）增加了紧急排放系统，一旦燃烧温度达到系统极限，系统自动打开紧急排放管路，释放燃烧室多余热量，来维持系统的热力平衡；
（6）换热式催化氧化一体机采用多层结构，分为外壳、保温层、内胆，减少热量的散失，适用于各种恶劣环境；
（7）该适用新型结构集中、占地面积小、运行稳定，通过plc电控箱控制系统运行过程，全程监控数据存储。
附图说明
图1是本发明一种用于中小风量的催化燃烧废气处理系统的整体结构示意图；
图2是本发明一种用于中小风量的催化燃烧废气处理系统的换热式催化氧化一体机的内部结构示意图。
1-干式过滤器，2-进气管道，3-换热式催化氧化一体机，4-出气管道，5-引风机，6-烟筒，7-进气阀门，8-安全控制系统，9-阻火器一，10-泄爆片，11-爆炸性气体探测仪，12-补冷系统，13-旁路系统，14-紧急排放系统，15-plc电控箱，16-旁通管路，17-活性炭吸附箱，18-旁路阀门，19-阻火器二，20-补冷稀释风机，21-补冷稀释阀门，22-板式换热器，23-隔板，24-进气通道，25-燃烧室，26-催化室，27-进气口，28-出气口，29-紧急排放口，30-电加热管，31-电控箱，32-一级催化燃烧床，33-二级催化燃烧床，34-补偿加热区，35-补偿加热管，36-格栅，37-检修门，38-温度传感器，39-压力传感器一，40-紧急排放阀门，41-紧急排放管路，42-压力传感器二，43-外壳，44-内胆，45-硅酸盐保温棉层，46-手动调节阀。
具体实施方式
为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图1-2和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。
需要说明的是本发明所提供的实施例仅是为了本对发明的技术特征进行有效的说明，所述的左侧、右侧、上端、下端等定位词仅是为了对本发明实施例进行更好的描述，不能看作是对本发明技术方案的限制。
本发明针对工业风量在500m3/h~20000m3/h的有机废气治理行业，特别是废气中不能含有氯、磷、砷、硫以及汞、锡、锌等能使催化剂中毒的物质的废弃处理体系，提出一种用于中小风量的催化燃烧废气处理系统，该系统主要是为了解决现有技术中采用uv光催化及低温等离子体工艺无法满足越来越严格的排放标准以及焚烧法存在的运行费用高、安全系数低等问题。该系统能够将大部分有机化合物在低温状态下进行催化燃烧，最终氧化燃烧成co2和h2o，实现废气的超净排放。
该系统从左至右依次设有干式过滤器1、进气管道2、换热式催化氧化一体机3、出气管道4、引风机5和烟筒6，在所述换热式催化氧化一体机3的进气口端设有进气阀门7，在所述进气阀门7与所述干式过滤器1间设有安全控制系统8，所述安全控制系统8包括设在靠近所述干式过滤器1一端的阻火器一9、设在所述阻火器一9右侧的泄爆片10和设在所述进气阀门7前端的爆炸性气体探测仪11，在所述阻火器一9和所述泄爆片10间设有补冷系统12，在所述泄爆片10和所述爆炸性气体探测仪11间设有旁路系统13，在所述换热式催化氧化一体机3上设有紧急排放系统14，整个废气处理系统的外部电性连接plc控制箱15，在所述引风机5的进口端设有手动调节阀46。
所述阻火器一9可以防止回火的发生，所述爆炸性气体探测仪11用于检测废气中含有的c4以下易燃易爆气体，当进气浓度超过25%lel时，该装置自动提示，所述补冷系统12自动启动进行稀释补冷，确保催化燃烧的安全进行，所述泄爆片10的设置主要是为了防止系统压力突然暴增，当系统存在爆炸的可能时，该装置能够自动泄爆。
所述旁路系统13包括旁通管路16和连接在所述旁通管路16上的活性炭吸附箱17，所述旁通管路16的一端与所述泄爆片10和所述爆炸性气体探测仪11间的所述进气管道2连通、另一端与所述出气管道4连通，在所述旁通管路16上靠近所述进气管道2的一端设有旁通阀门18、靠近所述出气管道4的一端设有阻火器二19。
所述补冷系统12包括补冷稀释风机20和设在与所述进气管道2接口处的补冷稀释阀门21。
所述换热式催化氧化一体机3的外壳43由碳钢板制成，内胆44由不锈钢板制成，在所述外壳43和所述内胆44间设有150mm的硅酸盐保温棉层45；所述换热式催化氧化一体机3分为上下两层区域，下层区域内设有板式换热器22，所述板式换热器22采用不锈钢材料制成，主要是由一定波纹形状的金属片叠装而成的一种高效换热器，换热效率在65%以上，上层区域和下层区域之间用隔板隔开23，在所述隔板23上开有进气通道24，上层区域又分为左右两个区域，右侧区域为燃烧室25，左侧区域为催化室26，在下层区域的左侧底部设有进气口27、右侧底部设有出气口28，在上层区域的右侧顶部设有紧急排放口29。
在所述燃烧室25内设有u型的电加热管30，所述电加热管30由不锈钢制成，电阻丝为镍铬丝，通过电控箱31与外界电路连接，通过电加热可迅速升温至550-600℃。
在所述催化室26内设有一级催化燃烧床32和二级催化燃烧床33，在所述一级催化燃烧床32和二级催化燃烧床33间设有补偿加热区34，在所述补偿加热区34内设有补偿加热管35，当温度下降至250℃以下时，自动进行热量补偿，所述一级催化燃烧床32和二级催化燃烧床33均由多个床层组成，床层采用堆砌式方式放置，在床层内设有陶瓷基以及金属基整体式蜂窝催化剂，每层床层间用不锈钢丝网隔开，在所述一级催化燃烧床32和二级催化燃烧床33的底部分别设有格栅36，在所述催化室26的左侧设有检修门37可进行催化剂的更换。
在所述燃烧室25的进口、所述催化室26的进口、所述一级催化燃烧床32区域、所述补偿加热区34、所述二级催化燃烧床33区域、所述换热式催化氧化一体机3的进口和出口端分别设有温度传感器28，在所述催化室26顶部设有压力传感器一39。
所述紧急排放系统14包括与所述紧急排放口29连通的紧急排放管路41，所述紧急排放管路41上靠近所述紧急排放口29的一端设有紧急排放阀门40、另一端与所述旁通管路16的出口处相连通，在所述紧急排放管路41上设有压力传感器二42，所述紧急排放阀门40的设置主要是防止燃烧过程中所述燃烧室25内温度出现反常，压力和温度达到系统的临界点，通过补冷稀释无法有效降低时，所述紧急排放阀门40自动打开将所述燃烧室25内高温气体及时排出。
具体的实施步骤为：系统开启时，首先进行燃烧室25预热，电加热系统自动启动，所述燃烧室25温度上升，当温度升至500℃时，系统进气阀门7打开，所述引风机5启动。
废气首先经过所述干式过滤器1进行预处理，去除废气中的颗粒物及液滴。通过所述进气管道2进入所述阻火器一9，通过所述进气阀门7和所述旁通阀门18的开启与关闭来调整废气的走向。当所述进气阀门7打开时，所述旁通阀门18关闭，所述旁通阀门18开启时，所述进气阀门7关闭。进气通过所述换热式催化燃烧一体机3时，首先进行废气的换热预热过程，换热后废气进入所述燃烧室25加热，保持加热温度恒定在350℃~500℃，当温度长时间保持恒定时，所述电加热管30功率自动调整甚至关闭，废气经过所述燃烧室25后进入到所述催化室26，首先经过所述一级催化燃烧床32进行催化燃烧，随后进入到所述二级催化燃烧床33进行二级催化燃烧，当催化床温度下降至250℃以下时，所述补偿加热管35自动启动加热升温，保持所述催化室26温度在250℃以上。当废气浓度较高，所述催化室26温度持续上升至450℃，所述补冷稀释阀门21、补冷稀释风机20自动开启，进行补冷稀释，降低所述催化室26温度。
当所述催化室26温度持续上升至500℃以上时，所述紧急排气阀门40打开进行高温排气。待温度下降至350℃，所述紧急排气阀门40自动关闭。催化床空速为12000h-1，催化燃烧室停留时间0.2s~0.5s。催化剂床层高度为150mm~300mm，催化剂模块尺寸为：100mm*100mm*50mm，采用陶瓷基以及金属基整体式蜂窝催化剂，含重金属pd、pt。
设备安装的所述温度传感器28、压力传感器一39及压力传感器二42能够对废气进气到排气整个过程温度进行监控，温度范围为0~800℃。催化燃烧后废气经过换热器与进气进行换热，换热后废气直接排出到所述烟筒6。
该系统的所述换热式催化氧化一体机3中的催化燃烧温度在250~430℃，能够净化废气中的大部分有机污染物，如苯系物、醇类、醛类、酯类、烷烃、烯烃等。该系统氧化反应温度低，所以大大地抑制了空气中的n2形成高温nox。而且由于催化剂有选择性催化作用，有可能限制燃料中含氮化合物(rnh)的氧化过程，使其多数形成分子氮(n2)，处理过程更加符合环保标准。
直排管路在催化燃烧系统进行检修或进气异常时打开，所述进气阀门7关闭，所述旁路阀门18开启，废气经过所述旁通管路16进入所述活性炭吸附箱17中，然后在所述引风机5的作用下通过所述烟筒6排放。
保持所述手动调节阀46开启，所述引风机5通过所述plc控制箱15进行频率的调整。所述plc控制箱15对整个流程进行控制和数据储存，一旦设备发生故障，系统自动报警并显示故障发生区。当催化燃烧设备发生温度异常、进气参数异常、运行状态异常，设备自动停止加热，所述进气阀门7自动关闭，所述旁通阀门18开启。当系统进行停机时，加热停止，所述引风机5频率下降，所述补冷稀释风机20通过补充冷空气进行燃烧室冷却。
本新型公开的系统在目前常规使用的催化燃烧系统上进行改进，增加了旁路系统，提高了系统的稳定性和安全性。并对换热式催化氧化一体机进行结构的调整，将燃烧催化分为两个区，增加了补偿加热区，极大的优化了催化燃烧过程并提升燃烧效率。该发明能够有效对小风量中低浓度有机废气以及复杂工况条件下的废气进行有效治理，且不产生二次污染等问题。净化效率最高可达98%以上。该技术具有运行安全可靠、设备自动化程度高、燃烧彻底、能耗相对焚烧工艺低等优点，广泛应用于小型喷漆行业、印刷行业、涂布行业、半导体行业、化工行业、颜料行业、食品行业、生物发酵行业、焦化行业等，处理后的废气完全能够满足国家以及行业或地区废气排放标准。能够取代当前使用的处理效率不高的治理工艺，对目前vocs治理市场起到规范作用，在针对小风量有机废气治理行业具有较强的现实意义。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。但是以上所述仅为本发明的具体实施例，本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式均应涵盖在本发明的专利范围之中。