一种RCO废气处理多点分布式燃烧系统及其使用方法与流程

本发明属于废气处理设备技术领域，具体涉及一种rco废气处理多点分布式燃烧系统及其使用方法。

背景技术：

有机废气是最为常见的大气污染物，其主要来源于化工、制药、石油、皮革、喷涂等行业排放的废气，包含脂肪烃、卤代烃、硫烃、芳香烃、有机酸等。这些有机废气不但对环境质量、人体健康、动植物生产等造成极大的直接危害，且在光氧化反应下，易形成二次有机物气溶胶，导致光化学烟雾、酸雨、霾和气候变化等一系列环境问题的产生，这些挥发性有机废气在空气中悬浮汇聚亦是导致pm2.5和pm10数值不断上升的原因之一，因而如何削减这些挥发性污染物至关重要。

目前，常见的有机废气处理工艺有：活性炭/棉吸附、生物洗涤吸收、等离子、光催化氧化、冷凝回收、催化燃烧、热力焚烧等。但选择哪种合适有效的处理工艺，就需要根据实际情况进行工艺比选。正常情况下，首先需要考虑废气中的污染因子、产生浓度、废气排放量，其次就是要考虑需要的去除效率，在了解上述两方面的基础上，再考虑采用何种工艺。但具体采用哪种工艺合适，还需要进一步对废气的温度、湿度、污染因子特性(熔点、沸点、易燃易爆性、水溶性、是否含有卤素、粘性)以及非有机性污染因子(如颗粒物)等，做进一步的分析。同时也要兼顾处理工艺的安全性、经济性以及稳定性等。吸收技术由于存在二次污染和安全性差等缺点，目前在废气治理中已经较少使用。生物技术较早被应用于废气的净化，目前技术上比较成熟，为废气治理的主流技术之一。等离子体技术近年来已经相对发展成熟，并在低浓度废气治理中得到了大量的应用；光催化技术和膜分离技术在大气量的废气治理中尚没有实际应用。由于废气的种类繁多，性质各异，排放条件多样，目前在不同的行业、不同的工艺条件下可以采用不同的废气治理技术。其中：

热力焚烧法在一些特殊的情况下被采用，如在汽车、家电等的喷漆废气处理，虽然此类废气中的有机物浓度并不高，但燃烧炉所产生的热量可以进行回收并用于烤漆房的加热，热量利用较好。此外，当废气中含有能够引起催化剂中毒的化合物时，如含硫、卤素有机物，不宜采用催化燃烧法的，通常也采用热力焚烧法。当废气中有机物浓度较低时，采用燃烧法能耗较大。为了提高热利用效率，降低设备的运行费用，近年来发展了蓄热式热力焚烧技术(rto)，并得到了广泛应用。蓄热系统是使用具有高热容量的陶瓷蓄热体，采用直接换热的方法将燃烧尾气中的热量蓄积在蓄热体中，高温蓄热体直接加热待处理废气，换热效率可达到90％以上，而传统的间接换热器的换热效率一般在50％-70％。

催化燃烧是利用贵金属催化剂降低废气中有机物的活化能，使有机物在较低的温度(一般在250～300℃左右，不同成分的有机物，其催化燃烧温度不一样)下发生无火焰燃烧。其原理是废气经过催化剂时，先被吸附至催化剂表面，然后在一定的温度下发生催化燃烧，达到净化的目的。目前有机废气处理中常用的催化一般为蜂窝状钯金属催化剂和铂金属催化剂，催化燃烧方式有电加热和燃气加热，燃烧类型有直接催化燃烧(co)和蓄热式催化燃烧(rco)。催化燃烧一般适用于小风量、高浓度、高温的气态有机物，且废气中不能含有硫、铅、汞、砷及卤素等可使催化剂中毒的因子。蓄热催化氧化器rco(regenerativecatalyticoxidizer)在rto的基础上发展而来，rco由蓄热床、催化床、阀门三大部分组成，型式上有单床(旋转床)，双床及三床等多种类型。设备采用流向变换操作，通过催化燃烧将废气中的碳氢化合物转化为co2和h2o，使有毒有害的废气变为无毒无害的气体，从而使污染得到治理。rco是一种技术先进、结构新颖、高净化率、低能耗的vocs污染治理工艺，应用行业包括涂装、石油、化工、橡胶、涂料、制鞋、塑胶制品、印刷、电缆及漆包线等。

使用rco净化有机废气具有如下特点：(1)与传统的废气燃烧设备相比增加了换热效率更高的蓄热层，大大降低了运行能耗，蓄热层热回用效率一般可高达95％。废气中的vocs总浓度达到1000mg/m³时，运行时无需再补充热能，浓度高时还可回用热能。(2)该法对有机物的氧化温度较高，一般在400℃以上，净化效率高，对大部分有机物的净化效率可达到98％以上。(3)该法吸取了蓄热氧化技术及催化氧化技术的优点，适用浓度范围更广，有更强的自适应性，在输入参数如污染物浓度、污染物种及组成、气流流速等指标在短时间内发生剧烈波动时，仍能保持稳定操作。(4)没有氮氧化合物等二次污染物产生。

中国发明专利申请cn109569186a(一种基于rco技术的废气净化装置)中，该净化装置中，设置了活性炭床、脱附风机，活性炭首先进入净化装置的废气，然后通过热空气将被活性炭吸附的废气脱附出来，控制脱附过程的流量可将有机物废气浓度浓缩10-20倍，然后在催化剂作用下分解有机废气，净化效率在97％以上。中国实用新型专利cn207486824u(一种催化燃烧rco废气处理设备)中，将设备的蓄热层内部设计为蜂窝形结构，可通过更广泛的接触面与废气接触；同时将引气管设计为u形结构，且引气管的直径与加热器之间的间距相等，加热器为l形结构，且加热器与预热装置为一体结构，可以使废气得到有效预热，因此能够使燃烧更加充分。中国实用新型专利cn208237890u(采用rco工艺净化有机废气燃料氧化加热焚烧炉)中，将第一燃烧器与炉体设置为一体式结构，第一燃烧器的顶端与空气管线通过法兰相连接，可以使废气分布更加均匀，提高预热效果，根据进入废气的流量对燃烧器的运行进行调整，可最大程度地减少燃烧耗能。

综上，蓄热催化氧化适于高浓度废气的处理，高效无二次污染，而不适于对低浓度和低负荷气体的处理。

技术实现要素：

本发明欲解决的技术问题是现有技术中的rco废气处理系统中催化剂易过度受热而损坏，以及可处理废气的种类单一、当气体浓度和负荷较低时，无法正常处理等技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种rco废气处理多点分布式燃烧系统，包括燃烧炉和输气管道，所述燃烧炉为密闭式设置，所述输气管道分布在燃烧炉的外部，且与所述燃烧炉之间密封连接，

在所述燃烧炉内，自炉底至炉顶依次设有蓄热体层、催化剂层、燃烧器；所述蓄热体层的下方设有蓄热体层支撑板，所述蓄热体层支撑板卡接在所述燃烧炉的炉体内侧壁上，所述蓄热体层材料平铺在所述蓄热体层支撑板上；所述催化剂层的下方设有催化剂层支撑板，所述催化剂层支撑板卡接在所述燃烧炉的炉体内侧壁上，所述催化剂层材料平铺在所述催化剂层支撑板上；所述燃烧器连接在所述燃烧炉的炉顶上，所述燃烧器的数量≧2，燃烧器的数量可根据实际工况进行调整。

所述输气管道包括废气输入管道、净化气输出管道、空气输入管道、辅助燃料输入管道；在所述输气管道上均设有阀门；

所述燃烧炉的底部分别设有废气输入口和净化气输出口，所述废气输入口与废气输入管道相连，所述废气输入管道上连接有风机，所述净化气输出口与净化气输出管道相连；所述燃烧炉的顶部设有混合气体输入口，所述混合气体输入口与所述辅助燃料输入管道相连，在所述辅助燃料输入管道上连接有所述空气输入管道。

进一步地，在所述催化剂层和燃烧器之间设有分布板；所述分布板上均匀开设有通孔；所述分布板卡接在所述燃烧炉的炉体内侧壁上。

更进一步地，所述分布板为不锈钢板。

更进一步地，所述通孔的形状为圆形、三角形或方形。

更进一步地，所述通孔为圆形。

更进一步地，所述通孔的直径为0.8-1.2cm。

更进一步地，所述燃烧炉的竖切截面为倒“凹”字形结构，所述燃烧炉的倒“凹”字形结构底部的两个支腿中，自下而上依次设有蓄热体层和催化剂层；所述燃烧炉的倒“凹”字形结构顶部的相连通部分，自下而上依次设有分布板和燃烧器。

更进一步地，在所述燃烧炉的倒“凹”字形结构底部的两个支腿的底部分别设有废气输入口和净化气输出口，且分别各自连接所述废气输入管道和净化气输出管道；在所述燃烧炉的倒“凹”字形结构底部的两个支腿底部的废气输入口和净化气输出口上分别设有阀门。

更进一步地，在所述燃烧炉的炉体内侧顶部，正对着所述燃烧炉的倒“凹”字形结构底部的两个支腿的正上方，分别设有两组燃烧器，其中每组燃烧器中，燃烧器的数量≧2。

本发明同时要求保护一种rco废气处理多点分布式燃烧系统的使用方法，包括如下步骤：

(1)打开空气输入管道和辅助燃料输入管道的阀门，空气和辅助燃料进入燃烧炉内部；

(2)打开燃烧器，辅助燃料开始燃烧；

(3)打开废气输入管道和净化气输出管道的阀门，同时打开废气输入管道的风机，废气进入燃烧炉；

(4)在风机的作用下废气自炉底经蓄热体层、催化剂层流向炉顶，在催化剂层开始燃烧；

该系统中，燃烧炉内蓄热体层材料和催化剂层材料呈蜂窝状分布在各自的支撑板上方，从炉底输入的废气可穿过蓄热体层材料和催化剂层材料流向炉顶，从而实现燃烧处理；废气燃烧后的产物也可穿过蓄热体层材料和催化剂层材料的孔结构，从净化气输出管道排出。

该系统可以连续运行，由于设置了多个燃烧器，并在燃烧器下方设置分布板，实现了废气的多点分布式燃烧，催化剂表面可以均匀受热，测确保了催化剂的使用寿命。

本系统可以处理可燃烧的有机废气，例如vocs等，系统采用多点分布式燃烧，确保催化剂整体均匀受热，确保催化剂不至于过度受热损坏；系统设置均匀分布板提升了催化剂板块整体均匀受热，延长催化剂使用寿命；系统采用流向变换操作(单一流向的进气，被本系统的多点式分布燃烧系统所改变，避免在一个固定点位的持续引燃等操作使催化剂过热燃烧)，通过催化燃烧将废气中的有机气体转化为co2和h2o，使有毒有害的废气变为无毒无害的气体，从而使污染得到治理。

同时，当进入燃烧炉的有机废气的浓度和负荷较低时，燃烧反应则较难发生，而本系统中，在燃烧炉顶部还连接有辅助燃料输入管道，可向燃烧炉中通入易燃气体，例如ch4等，通过调节阀门可调节易燃气体的进入量，从而在辅助燃料的燃烧作用下，促进有机废气的燃烧，从而达到燃烧处理较低浓度和负荷有机废气的目的。

由于上述技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明系统结构优化，安全可靠，可以保持较长时间的安全稳定运行，运行操作与维护十分简单。

2、本发明系统实现了有机废气安全可靠的催化燃烧降解，催化剂均匀受热，废气进入系统后，受热稳定均匀，降解充分。因此，本发明系统适于不同种类、较低浓度和负荷的废气处理，且经济高效。

3、本发明系统通过催化燃烧将废气中的有机气体转化为co2和h2o，使有毒有害的废气变为无毒无害的气体，从而使污染得到治理，安全环保。

附图说明

图1：rco废气处理多点分布式燃烧系统的结构示意图。

图2：分布板的结构示意图。

附图标记说明：1-废气输入管道；2-净化气输出管道；3-蓄热体层a；4-蓄热体层b；5-催化剂层a；6-催化剂层b；7-燃烧器a；8-燃烧器b；9-燃烧器c；10-燃烧器d；11-燃烧器e；12-燃烧器f；13-空气输入管道；14-辅助燃料输入管道；15-分布板。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。

本部分提及的“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等方位用语，仅用于描述该具体实施方式中产品各零部件的相对位置关系，并不能理解为用于限制本发明的用语。

一种rco废气处理多点分布式燃烧系统，其结构示意图如图1所示。

该系统包括燃烧炉和输气管道，输气管道包括废气输入管道1、净化气输出管道2、空气输入管道13、辅助燃料输入管道14；在输气管道上均设有阀门；

燃烧炉的横截面为矩形，燃烧炉为密闭式设置，输气管道分布在燃烧炉的外部，且与燃烧炉之间密封连接，燃烧炉的竖切截面为倒“凹”字形结构，在燃烧炉的倒“凹”字形结构底部的两个支腿中的左侧支腿中，自下而上依次设有蓄热体层3和催化剂层5；右侧支腿中，自下而上依次设有蓄热体层4和催化剂层6；蓄热体层3和4的下方设有蓄热体层支撑板，蓄热体层支撑板卡接在燃烧炉的炉体内侧壁上，蓄热体层材料平铺在蓄热体层支撑板上；催化剂层5和6的下方设有催化剂层支撑板，催化剂层支撑板卡接在燃烧炉的炉体内侧壁上，催化剂层材料平铺在催化剂层支撑板上；燃烧器连接在燃烧炉的炉顶上，燃烧炉的倒“凹”字形结构顶部的相连通部分，自下而上依次设有分布板15和燃烧器。其中蓄热体层3和4为陶瓷蓄热体材料。

在燃烧炉的顶部，正对着燃烧炉的倒“凹”字形结构底部的两个支腿的正上方，分别设有两组燃烧器，其中每组燃烧器中，燃烧器的数量均为3个：左侧燃烧器分别为燃烧器a7、燃烧器b8、燃烧器c9，右侧燃烧器分别为燃烧器d10、燃烧器e11、燃烧器f12。

在燃烧炉的倒“凹”字形结构底部的两个支腿的底部分别设有废气输入口和净化气输出口，且分别各自连接废气输入管道1和净化气输出管道2；在燃烧炉的倒“凹”字形结构底部的两个支腿底部的废气输入口和净化气输出口上分别设有阀门。

废气输入管道1上连接有风机；为了便于净化气排出，也可在净化气输出管道2上连接风机。

燃烧炉的顶部设有混合气体输入口，混合气体输入口与辅助燃料输入管道14相连，在辅助燃料输入管道14上连接有空气输入管道13。

在催化剂层5、催化剂层6和燃烧器之间设有分布板15；分布板15上均匀开设有通孔；分布板15的结构示意图如图2所示，该分布板15卡接在燃烧炉内侧壁上，分布板15为不锈钢板，通孔为圆形，通孔的直径d＝1cm。分布板15为矩形板状结构，分布板15的横截面与燃烧炉的横截面形状相同，但分布板15的尺寸小于燃烧炉的横截面尺寸，使得分布板15能够卡接在燃烧炉内侧壁上。

该rco废气处理多点分布式燃烧系统的使用方法为：

(1)打开空气输入管道和辅助燃料输入管道的阀门，空气和辅助燃料进入燃烧炉内部；

(2)打开燃烧器，辅助燃料开始燃烧；

(3)打开燃烧炉的倒“凹”字形结构底部的其中任一侧支腿底部上废气输入口和净化气输出口上的阀门，同时打开废气输入管道的风机，废气从该支腿底部进入燃烧炉；

(4)在风机的作用下废气自炉底经蓄热体层、催化剂层流向炉顶，在催化剂层开始燃烧；

(5)废气燃烧后产生的净化气自炉底的净化气输出管道排出；

(6)运行8-10h后，系统自动切换为在燃烧炉的倒“凹”字形结构底部的另一侧支腿底部上进行废气燃烧处理，具体操作为：系统自动关闭本侧支腿底部上废气输入口和净化气输出口上的阀门，打开另一侧的阀门，废气即从另一侧支腿底部进入燃烧炉，重复上述步骤(4)和(5)，进行废气燃烧处理。

上述步骤(6)中，废气在左右侧支腿中交替循环进行燃烧处理，是因为从燃烧炉底部进入燃烧炉的低温气体会不断吸收蓄热体层的热量，从而达到预热废气的目的，而同时蓄热体层温度会不断下降，这样在工作一段时间后，蓄热体层对废气的预热效果会降低，从而影响废气处理的效果；交替循环操作可以使未进行燃烧处理的一侧支腿中的蓄热体层能够吸收更多废气燃烧时释放的热量，为下一个工作循环做准备，从而提高废气处理的效果和效率，自动切换的时间由系统提前设定好。

利用该系统处理甲苯时，系统进口测得废气中甲苯浓度为100ppm，流量为3000m³/h；废气经rco处理后，净化气中甲苯浓度为0.01ppm，rco净化效率为99.99％。

同时在该系统连续运行多天后，观察发现催化剂层中的催化剂仍未有经受高温而变色和变形的现象。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。