一种喷漆室废气净化发电系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种喷漆室废气净化发电系统，包括前处理模块、废气处理发电模块以及烟气处理模块，所述喷漆室产生的废气通过前处理模块处理后运送至废气处理发电模块，所述废气处理发电模块产生的电能传输至电网，所产生的烟气通过烟气处理模块处理，其产生的热空气传输至烘干室使用。利用燃烧产生的能量发电，并将排出的烟气经处理后输送至烘干室使用的喷漆室废气净化发电系统。本发明同时解决了喷漆室废气净化装置泛用性差，经济性欠佳，技术升级改造性差，维修清理不便等方面的技术问题。
【专利说明】一种喷漆室废气净化发电系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种喷漆室废气净化发电系统，适用于汽车涂装生产线设备领域。
【背景技术】
[0002]涂装车间喷漆室产生的大风量低浓度VOC废气一般经吸附转轮系统浓缩后在高温下进行分解氧化处理。采用直接燃烧法处理时，燃料消耗较大，燃烧过程中释放出的热量部分用于预加热浓缩废气，排出的烟气通过热交换器产生热水、热空气，回收率不高，回收产物再利用范围小。采用蓄热式燃烧炉处理时，燃烧过程中释放的热量主要用于预加热VOC浓缩废气，因此燃料消耗量低，排气温度一般在140°C?200°C，利用热交换器回收烟气余热的效果不理想。上述两种方法均存在下述缺点:1.燃烧产生的热能大部分用于浓缩废气的预加热。2.烟气余热回收产物为热水、热空气，使用范围小，输送需建立专门管路。3.经换热后的烟气未经二次回收利用直接排放进入大气。
【发明内容】
[0003]本发明所解决的技术问题是，用燃烧法处理喷漆室排出的VOC废气，燃烧过程中释放出的热量用于发电供涂装车间使用，排出的高温烟气经处理后提供至烘干室使用。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
一种喷漆室废气净化发电系统，包括前处理模块、废气处理发电模块以及烟气处理模块，所述喷漆室产生的废气通过前处理模块处理后运送至废气处理发电模块，所述废气处理发电模块产生的电能传输至电网，所产生的烟气通过烟气处理模块处理，其产生的热空气传输至烘干室使用。
[0005]上述前处理模块包括废气风机、过滤装置、吸附转轮，所述喷漆室排出的含VOC废气经废气风机加压，输送至过滤装置，经过滤装置除去大颗粒漆雾、粉尘后，至吸附转轮将废气浓度浓缩3?20倍，净化过的废气直接排放，浓缩废气向后续模块输送。
[0006]上述废气处理发电模块包括燃气轮机发电机组、多级压气机、清洗装置，所述前处理模块产生的浓缩废气先通过压气机压缩后传输至燃气轮机燃烧室，所述燃气轮机发电机组通过燃烧室产生的高温高压净化废气，部分转化为合适稳定的交流电供涂装车间使用。
[0007]上述废气处理发电模块包括多级压气机、直燃式废气燃烧炉、烟气透平、三相交流发电机、整流器、储电池、并网逆变器；所述直燃式废气焚烧炉燃烧废气与燃料，高温氧化分解废气中的污染物，产生的烟气通过烟气透平输出机械功，自身温度从900°C以上下降至600°C向后部模块输送，烟气透平驱动三相交流发电机产生不规则频率的交流电，经整流器将不规则频率交流电转换为直流电储存于储电池中，再经并网逆变器将直流电转换为与电网同频率、同相位的正弦波电流输入电网供涂装车间使用。
[0008]上述烟气处理模块包括换热器，所述废气处理发电模块产生的烟气通过换热器加热烘干室空气供烘干室使用；烘干室为间接加热式时，换热后烟气直接排入大气或通过烘干室烟气处理装置一起处理。
[0009]上述烟气处理模块还包括过滤装置，烘干室为直接加热式时，换热器换热后烟气经过滤装置处理后随热空气一起供烘干室使用。
[0010]通过压气机的转速控制，控制喷漆室浓缩废气流量在15000m3/h?50000m3/h范围内可调，管路内气体为层流流动，避免高速湍流输送时产生的噪声。
[0011]本发明的有益效果是:本发明提供了一种利用燃烧产生的能量发电，并将排出的烟气经处理后输送至烘干室使用的喷漆室废气净化发电系统。本发明同时解决了喷漆室废气净化装置泛用性差，经济性欠佳，技术升级改造性差，维修清理不便等方面的技术问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明的结构系统框图；
图2为本发明的前处理模块的系统框图；
图3为本发明的废气处理发电模块的系统框图；
图4为本发明的另一种废气处理发电模块的系统框图；
图5为本发明的烟气处理模块的系统框图；
图6为本发明的另一种烟气处理模块的系统框图；
图7为实施例的结构系统框图。
【具体实施方式】
[0013]下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
[0014]如图1所不,一种喷漆室废气净化发电系统,包括前处理模块、废气处理发电模块以及烟气处理模块，所述喷漆室产生的废气通过前处理模块处理后运送至废气处理发电模块，所述废气处理发电模块产生的电能传输至电网，所产生的烟气通过烟气处理模块处理，其产生的热空气传输至烘干室使用。
[0015]如图2所示，上述前处理模块包括废气风机、过滤装置、吸附转轮，所述喷漆室排出的含VOC废气经废气风机加压，输送至过滤装置，经过滤装置除去大颗粒漆雾、粉尘后，至吸附转轮将废气浓度浓缩3?20倍，净化过的废气直接排放，浓缩废气向后续模块输送。
[0016]如图3所示，上述废气处理发电模块包括燃气轮机发电机组、清洗装置、多级压气机，所述前处理模块产生的浓缩废气先通过压气机压缩后传输至燃气轮机发电机组，所述燃气轮机发电机组通过燃烧室产生的高温高压净化废气，部分转化为合适稳定的交流电供涂装车间使用。
[0017]如图4所示，上述废气处理发电模块包括直燃式废气燃烧炉、烟气透平、三相交流发电机、整流器、储电池、并网逆变器；所述直燃式废气焚烧炉燃烧废气与燃料，高温氧化分解废气中的污染物，产生的烟气通过烟气透平输出机械功，自身温度从900°C以上下降至600°C向后部模块输送，烟气透平驱动三相交流发电机产生不规则频率的交流电，经整流器将不规则频率交流电转换为直流电储存于储电池中，再经并网逆变器将直流电转换为与电网同频率、同相位的正弦波电流输入电网供涂装车间使用。
[0018]如图5所示，上述烟气处理模块包括换热器，所述废气处理发电模块产生的烟气通过换热器加热烘干室空气供烘干室使用；烘干室为间接加热式时，换热后烟气直接排入大气或通过烘干室烟气处理装置一起处理。
[0019]如图6所示，上述烟气处理模块还包括过滤装置，烘干室为直接加热式时，换热器换热后烟气经过滤装置处理后随热空气一起供烘干室使用。
[0020]作为优选方案，上述各个模块的管路选择DN800?DN1600，通过压气机的转速控制，保证喷漆室废气流量在15000m3/h?100000m3/h范围内变化时，管路内气体为层流流动，避免高速湍流输送时产生的噪声。
[0021]实施例:
如图7所示，喷漆室废气经废气风机I加压输送至过滤装置2过滤除去大颗粒尘埃、粉尘及较大的漆雾团输送至吸附转轮3。吸附转轮3通过常温吸附、高温脱附过程，将大部分吸附除去污染物的废气直接排入大气，小部分经吸附过程的废气经加温对吸附转轮进行高温脱附，并输送至燃气轮机发电机组4。吸附转轮将废气浓度提高3?20倍，同时将需处理污染气体缩减为1/3?1/20。
[0022]浓缩废气在经过多级压气机进入燃气轮机燃烧室，燃烧室喷入天然气或柴油燃料燃烧。浓缩废气经过燃气轮机发电机组4中的燃烧室高温氧化分解，产生约900°C以上的高温烟气。高温烟气通过动力涡轮输出机械功驱动发电机的运转。产生的不规则频率交流电经燃气轮机发电机组4自带的整流器、逆变器等设备转换为与电网同频率、同相位的正弦波电流输入电网供涂装车间使用。高温烟气经多级涡轮后，温度由900°C以上降低至600°C经烟气管路输送至换热器7。在浓缩废气与天然气比例不足时，由助燃风机5输入助燃空气保证燃气轮机发电机组正常运转。同时设置清洗装置6，用于燃气轮机发电机组日常清洗保养。
[0023]200C的新鲜空气经换热器7前部产生的600°C烟气进行热交换，产生120?180°C的热空气输送至烘干室使用，换热后的烟气直接排放进入大气。
[0024]本发明的具有以下优点:
一、良好的升级改造性。本发明可用于现有各类型喷漆室废气处理装置的改造，提高处理过程中产生的热能回收利用效果。现有喷漆室废气处理主要采用吸附转轮+直接燃烧和吸附转轮+蓄热式燃烧两种处理方式。
[0025]在采用吸附转轮+直接燃烧方式处理的场合，只需在直燃式燃烧炉后增加以烟气透平带动发电机组的烟气透平发电装置。直燃式燃烧炉后的换热器改造成符合烘干室加热方式的烟气处理模块，改造费用、周期较低。
[0026]在采用吸附转轮+蓄热式燃烧处理的场合，蓄热式燃烧炉出口烟气温度一般为140°C?200°C，无法在发电的同时提供温度合适的热空气/烟气至烘干室。
[0027]若采用低压透平膨胀机带动发电机组的低压透平膨胀机发电装置，烟气温度可降至100°C以下，适宜直接排入大气，可省去部分换热器和管路。
[0028]若采用烟气处理模块，可减少用于烘干室保温、升温用热空气流量，减少燃料使用量。并可取消蓄热式燃烧炉的排气装置，利用烘干室或车间其余排气装置排放。
[0029]二、良好的耐污染性，优秀的清洗维护性。喷漆室废气中，漆雾易对设备造成污染。漆雾附着在金属表面，按涂料种类不同经120?200°C温度10?20min烘烤，即形成漆层牢固附着于金属表面，难以采用物理手段清理。即使在常温下，经历长时间自然风干后，涂料干结在设备表面，去除困难。
[0030]前处理模块中，过滤装置可采用干式过滤袋或其它可简易更换的过滤装置，还可增设漆雾过滤棉减少进入后续模块的漆雾浓度。吸附转轮具有良好的可再生性，在300°C可有效再生。吸附转轮蜂窝结构的气流通道有较大的流通面积，在附着有少量漆雾的情况下仍可有效工作。
[0031]废气处理发电模块中，发电装置、整流器、逆变器均不与污染废气接触，仅燃气轮机/直燃式燃烧炉与含污染物废气接触。
[0032]现代工业用燃气轮机多采用进气蜗壳进气，配以多级轴流压气机压缩空气，I?2级燃气涡轮带动压气机运转，多级动力涡轮用于输出机械功。废气进入进气蜗壳后，漆雾会因离心力作用冲击进气蜗壳内表面，粘附在进气蜗壳上。各级轴流压气机转子前均设有采用不锈钢或钛合金精加工抛光静叶表面的导向器，用于调节进口气流速度方向。漆雾在第一级导向器处，因气流速度较低，导向器叶片形成的气流通道扭曲变化较大，可能会吸附在第一级导向器静叶上。正常工作时轴流压气机转子转速为5000?9000r/min，第一级轴流转子后气流速度大幅提升，漆雾无法停留。漆雾随废气进入燃烧室后，主要成分为各类树脂的漆雾在600°C即分解为各类气体与水。
[0033]工业用燃气轮机均设有清洗旁路，通过蝶阀控制开闭。清洗旁路开启时，燃气轮机切断废气进气管路及燃料管路，清洗装置向燃气轮机泵入清洗剂，起动电机带动燃气轮机冷运转，清洗燃气轮机内部，清洗产生的废水由燃气轮机排放阀从底部排出。进气蜗壳拆装简单，便于清洗。轴流压气机导向器材质特殊，表面光滑，漆雾形成漆层易脱落，燃气轮机泵入清洗剂冷运转清洗可有效去除。
[0034]直燃式燃烧炉具有良好的耐污染性与自洁性，无需过多复杂的清洗维护程序。
[0035]烟气透平自带程序控制的水雾喷淋式清洗装置，可喷淋水或清洁剂用于清洁涡轮叶片与内部腔体。
[0036]三、经济性。本发明利用废气发电，将燃烧产生的烟气提供至烘干室，既减少了电能开支，又可减少烘干室燃料消耗。
[0037]以经前处理装置浓缩后喷漆室废气风量30000 m3/h，其中VOC污染物浓度为2500mg/m3, VOC污染物热值43500KJ/kg的典型汽车涂装车间计算。烘干室及废气发电处理模块以天然气为燃料，密度为0.7174kg/m3，热值为36000KJ/m3。采用以燃气轮机发电机组处理废气时，燃气轮机发电机组发电效率取28% (—般为25%?35%)，电流经整流器的损失为5%，逆变器转换电流时损失为10%。
[0038]在不增加额外助燃空气，仅燃烧喷漆室废气的情况下，一般采用天然气与助燃空气比例1:10的混合比例保证完全燃烧，故天然气消耗量取3000 m3/h。废气处理发电装置发电功率W为:
W= (43500X0.001 X30000+3000X36000X0.7174)X0.35X0.95X0.9 + 3600=5239.1
kff
以江苏省为例，天然气价格现为2.2元每立方米，经计算废气处理发电装置电价约I元每千瓦时，比工业电价1.1元每千瓦时低10%。
[0039]废气处理发电装置产生温度600°C，风量33000mVh的烟气。当烘干室采用间接加热方式时，换热器换热效率取95%，换热后烟气温度200°C，新鲜空气进口温度20°C，出口温度160°C计算，可产生87600 m3/h热空气，减少天然气消耗量350 m3/h。
[0040]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.一种喷漆室废气净化发电系统，其特征在于:包括前处理模块、废气处理发电模块以及烟气处理模块，所述喷漆室产生的废气通过前处理模块处理后运送至废气处理发电模块，所述废气处理发电模块产生的电能传输至电网，所产生的烟气通过烟气处理模块处理，其产生的热空气传输至烘干室使用。
2.根据权利要求1所述的喷漆室废气净化发电系统，其特征在于:所述前处理模块包括废气风机、过滤装置、吸附转轮，所述喷漆室排出的含VOC废气经废气风机加压，输送至过滤装置，经过滤装置除去大颗粒漆雾、粉尘后，至吸附转轮将废气浓度浓缩3?20倍，净化过的废气直接排放，浓缩废气向后续模块输送。
3.根据权利要求1所述的喷漆室废气净化发电系统，其特征在于:所述废气处理发电模块包括燃气轮机发电机组、多级压气机、清洗装置，所述前处理模块产生的浓缩废气先通过压气机压缩后传输至燃气轮机燃烧室，所述燃气轮机发电机组通过燃烧室产生的高温高压净化废气，部分转化为合适稳定的交流电供涂装车间使用。
4.根据权利要求1所述的喷漆室废气净化发电系统，其特征在于:所述废气处理发电模块包括多级压气机、直燃式废气燃烧室、烟气透平、三相交流发电机、整流器、储电池、并网逆变器；所述直燃式废气焚烧室燃烧废气与燃料，高温氧化分解废气中的污染物，产生的烟气通过烟气透平输出机械功，自身温度从900°C以上下降至600°C向后部模块输送，烟气透平驱动三相交流发电机产生不规则频率的交流电，经整流器将不规则频率交流电转换为直流电储存于储电池中，再经并网逆变器将直流电转换为与电网同频率、同相位的正弦波电流输入电网供涂装车间使用。
5.根据权利要求1所述的喷漆室废气净化发电系统，其特征在于:所述烟气处理模块包括换热器，所述废气处理发电模块产生的烟气通过换热器加热烘干室气体供烘干室使用；烘干室为间接加热式时，换热后烟气直接排入大气或通过烘干室烟气处理装置一起处理。
6.根据权利要求5所述的喷漆室废气净化发电系统，其特征在于:所述烟气处理模块还包括过滤装置，烘干室为直接加热式时，换热器换热后烟气经过滤装置处理后随热空气一起供烘干室使用。
7.根据权利要求1所述的喷漆室废气净化发电系统，其特征在于:通过压气机的转速控制，控制喷漆室浓缩废气流量在15000m3/h?50000m3/h范围内可调，管路内气体为层流流动，避免高速湍流输送时产生的噪声。
【文档编号】B01D53/02GK104436893SQ201410744087
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月9日 优先权日:2014年12月9日
【发明者】吉达林, 许海, 任志明, 季松林 申请人:江苏骠马智能装备股份有限公司