智能化废气处理系统与方法与流程

本发明涉及环保监控技术领域，特别是涉及一种对挥发性有机物气体进行处理和监控的系统与方法。

背景技术：

vocs(volatileorganiccompounds)挥发性有机物，是指常温下饱和蒸汽压大于70pa、常压下沸点在260℃以下的有机化合物，或在20℃条件下蒸汽压大于或者等于10pa具有相应挥发性的全部有机化合物。室内空气中挥发性有机化合物浓度过高时很容易引起急性中毒，轻者会出现头痛、头晕、咳嗽、恶心、呕吐、或呈酩醉状；重者会出现肝中毒甚至很快昏迷，有的还可能有生命危险。长期居住在挥发性有机化合物污染的室内，可引起慢性中毒，损害肝脏和神经系统、引起全身无力、瞌睡、皮肤瘙痒等。有的还可能引起内分泌失调、影响性功能；苯和二甲苯还能损害系统，以至引发白血病。随着我国经济的发展，vocs的污染已经成为目前我国重点城市群和重点区域大气复合污染的重要前体物质之一。2010年5月国务院办公厅正式地从国家层面上提出了加强挥发性有机物污染防治工作的要求，将vocs和so2、nox与颗粒物一起列为改善大气环境质量的优控重点污染物。

同时随着互联网的发展，工业自动化的推动，废气治理设备的环保节能自动化控制，远程监控设备运行，vocs污染监控也将成为未来企业和政府相关部门关注的方向，建立一个污染监控平台是现阶段废气处理急需解决的问题之一。

目前国内废气治理行业现状是处于一种粗放状态，各种处理技术多种多样，但即使是组合技术也仅仅是各种处理设备简单的对接起来使用，缺少一套行之有效的智能化控制系统来达到节能减排的效果。

技术实现要素：

针对上述技术中存在的不足之处，本发明公开一种智能化废气处理系统与方法，能够根据各个工厂的实际情况和需求，对废气进行处理，且同时进行远程监控，通过无线通讯模式，将数据传输到远程服务系统中进行分析和处理，达到实时监控，问题处理的目的。

为达到上述目的，本发明公开一种智能化废气处理系统，包括废气处理系统、在线监测系统和云服务系统，废气处理系统自动对废气进行环保处理，在线监测系统设置在废气处理系统的排气口，并对排放出来的气体进行采样分析，通过云服务系统，将分析数据传输到云服务器中，通过云服务器，传送到各个终端。

其中，所述废气处理系统上包括吸冷却过滤器，附碳罐、低温等离子净化器、高能uv净化器、换热器、脱附风机和冷凝器，废气通过冷却过滤器后，进入吸附碳罐中，吸附碳罐同时与低温等离子净化器和换热器连接，一部分气体进入低温等离子净化器中净化后，再通过高能uv净化器的有害物分解，通过主风机排除，另一部分经过换热器的换热以及脱附风机的高温氮气脱附后返回到吸附碳罐进行吸附工作。

其中，所述吸附碳罐设置有多个，且分成两组，一组用于吸附废气，另一组用于再生、冷却。

其中，废气处理监测系统的阻火器、冷却过滤器、吸附碳罐、低温等离子净化器、高能uv净化器、第一换热器、制冷潜热、第二换热器、脱附风机和缓冲罐带点加热器都与主控制器电连接，通过主控制器的控制进行自动化操作。

其中，所述在线检测系统包括采样系统和分析传送系统，采样系统上设置有温度感应器、压强感应器、远端控制阀和采样室，通过废气处理之后的气体经过排放管道排出，在排放轨道的出口位置设置有远端控制阀，远端控制阀控制气体通过管道流向采样室，采样室与分析传送系统的中的分析仪连通，分析仪分析采样室中的气体成分，分析仪与云服务系统无线连接，分析仪将分析的数据上传到云服务器中，云服务器再将数据传送到远程客户端中。

其中，所述远程客户端分为一级远程客户端和二级远程客户端，一级远程客户端接收到分析仪传送的分析数据后，在一级远程客户端中通过分析软件以及数据库的分析对比，生成分析数据，一级远程客户端将生成的分析数据通过网络传送到二级远程客户端上。

本发明还公开一种智能化废气处理方法，包括以下步骤：

安装设备：根据工厂的排放情况设计和安装废气处理系统的相关设备，如有在线监测和设备智能化控制需求将安装全新设计的设备，以配合在线监测和设备智能化控制的需求；如无在线监测和智能化控制将无以下步骤；

在线监测：在全新设计的设备上加装在线监测设备，特别是vocs的在线监测，架构互联网网络，由于设备的特殊性，所以选择移动蜂窝数据的4g网络接入，根据需求在设备需要监测的地方安装监测探头，安装设备控制传感器；

大数据分析：各个工厂的远程客户端将在线监测得到的数据和动态调控的数据上传到云数据库，由服务器进行大数据分析：统计、分类、整合，然后得出大数据分析的结果进行一系列的算法运算得到结果，然后在分发回去各个工厂的工控计算机客户端；

监控设备状态：工厂工控计算机客户端收集在线监测的数据和各种传感器的数据，实时监控设备的运行状态，然后将得到的数据上传到云服务器的云数据库中；

自动调控设备运行：由云服务系统中的云数据库返回的数据，远程客户端根据数据结果进行废气处理设备的控制。

其中，废气处理系统采用吸附+低温冷凝工艺+低温等离子+高能uv处理技术处理有机废气，在进气管位置设置先设置阻火器，气体经过阻火器后，进入冷却过滤器中，并分成多路进入吸附碳灌中进行吸附浓缩，吸附碳灌的出气口位置又分别与低温等例子净化器连接，气体经过低温等离子净化器的冷凝回收后，进入高能uv净化器中，对有害物质进行uv分解，通过主风机排放出去，吸附碳灌设置有多个，分两组，分别用于吸附和再生、冷却，通过再生冷却后，再经过高温氮气脱附后排除。

其中，高温氮气脱附的脱附阻力约为2500pa，脱附风量1500m3/h，选用高压离心通风机，实际脱附时间估计2～3小时，脱附温度需要控在100～120度；脱附过程中，脱附循环管道为无氧或低氧密闭系统。

其中，高温脱附的高浓度废气首先通过专门设计的换热器，预先冷却至常温，然后进入冷凝装置，冷凝其的设置有两级制冷，经两级制冷后低温不凝气体可作为很好的冷源来吸收制冷系统液化潜热，降低制冷系统压缩机能耗，同时也将尾气提升到常温进入后续处理单元，冷凝后的液体经通道输送至储罐储存。

本发明的有益效果为：本发明公开的一种废气处理监测系统与方法，包括废气处理系统、在线监测系统和云服务系统，废气处理系统对废气进行环保处理，在线监测系统设置在废气处理系统的排气口，并对排放出来的气体进行采样分析，通过云服务系统，将分析数据传输到云服务器中，通过云服务器，传送到各个终端。本发明通过在线远程监控及检测，整合了互联网+的互联网思想；方便实时掌握其他排放数据，并实时进行预警和事故处理，实时监控收集和排放的废气，监测排放治理效果；根据实时监控数据动态调整废气处理机制，让整套系统处于最佳运行状态以达到节能减耗目的；智能化自动控制各项处理设备，动态调整各项处理设备；通过移动端(手机)随时随地查看监控数据；还能与环保部门监控部门的监控设备链接，减轻环保部门的工作量。

附图说明

图1为本发明实施例的废气处理监控系统的整体连接示意图；

图2为本发明实施例的废气处理监测系统示意图；

图3为本发明实施例的低温冷凝设备结构示意图；

图4为本发明实施例的低温等离子设备结构示意图；

图5为本发明实施例的采样系统与分析传送方框图。

具体实施方式

为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本案作进一步地描述。

请参阅图1-图2，本发明公开一种智能化废气处理系统与方法，包括废气处理系统、在线监测系统和云服务系统，废气处理系统对废气进行环保处理，在线监测系统设置在废气处理系统的排气口，并对排放出来的气体进行采样分析，通过云服务系统，将分析数据传输到云服务器中，通过云服务器，传送到各个终端。

在本实施例中，废气处理系统采用“吸附(高温氮气脱附)+低温冷凝工艺+末端(低温等离子+高能uv处理)技术”流程处理有机废气，请参阅图1，箭头表示当前气体运行通道，在进气管位置设置先设置阻火器，气体经过阻火器后，进入冷却过滤器中，并分成三路，分别进入第一吸附碳灌、第二吸附碳灌和第三吸附碳灌进行吸附浓缩，三个吸附碳灌的出气口位置又分别与低温等例子净化器连接，气体经过低温等离子净化器的冷凝回收后，进入高能uv净化器中，对有害物质进行uv分解，通过主风机排放出去。在本实施例中，第一吸附碳灌、第二吸附碳灌用于吸附、第三吸附碳灌用于再生、冷却，实现吸附单元的吸附及再生功能。吸附饱和后采用高温氮气进行脱附，脱附出的高温有机废气进入低温冷凝装置进行冷凝回收。吸附段自动切换至上述第一吸附碳灌、第二吸附碳灌和第三吸附碳灌中进行继续吸附，最后再经过末端低温等离子净化器和高能uv净化器处理后达标排放标准进行排放。

在本实施例中，气体的再生、冷却步骤包括：气体通过第一吸附碳灌、第二吸附碳灌和第三吸附碳灌后，又经过第一换热器的加热，在第一换热器中，一部分气体依次进入一级冷凝器和二级冷凝器后转换成液体，存储在储液灌中，没有转换成液体的气体再回流到第一换热器中；而另一部分气体经过第一换热器后，再经过制冷潜热后进入第二换热器中，在第二换热器中，有通入160摄氏度的水蒸气对气体进行加热，水蒸气在第二换热器上进行热交换，约转换成110摄氏度的水蒸气后从换热器的其中一个出口排除，而废气经过第二换热器的换热后，经过脱附风机或者再经过缓冲灌带电加热后，再分别进入第一吸附碳灌、第二吸附碳灌和第三吸附碳灌进行再次吸附，之后，经过低温等离子净化器和高能uv净化器的有害物质分解后排出。在本实施例中，废气处理监测系统的阻火器、冷却过滤器、吸附碳罐、低温等离子净化器、高能uv净化器、第一换热器、制冷潜热、第二换热器、脱附风机和缓冲罐带点加热器都与主控制器电连接，通过主控制器的控制进行自动化操作。

在本实施例中，高温氮气脱附工艺主要包括：活性炭的选择、吸附碳罐的设计以及脱附设计。其中，如何选择、使用和评价活性炭是吸附操作中必须解决的首要问题。一切固体物质的表面，对于流体的表面都具有物理吸附的作用，但合乎工业要求的吸附剂则应具备以下一些要求：

(1)具有大的比表面积

(2)具有良好的选择性吸附作用

(3)吸附容量大

(4)具有良好的机械强度和均匀的颗粒尺寸

(5)有足够的热稳定性及化学稳定性

(6)有良好的再生性能

(7)吸附剂的来源广泛、造价低廉

实际应用中，很难找到一种吸附剂能同时满足上述要求，因而在选择吸附剂时要权衡多方面的因素。活性炭内部的杂质成分在吸附有机废气过程中常常起到氧化催化剂作用。氧化过程放出大量的反应热，造成在氧气存在下易燃易爆有机气体发生爆燃。此项目采用热氮气脱附，脱附过程蓄热，故活性炭粒径使用4至6mm，增大装填孔隙率，使气体分布均，避免局部蓄热。木质活性炭和高性能椰壳活性炭为原料与无机吸附剂按一定比例进行复合，在满足一定吸附要求的情况下，降低炭的含量。

吸附炭罐设计的设计参数如下表1：

表1活性炭吸附罐设计参数

脱附设计包括：

脱附阻力约为2500pa，脱附风量1500m3/h，选用高压离心通风机，实际脱附时间估计2～3小时，脱附温度需要控在100～120度。

脱附过程中，脱附循环管道为无氧或低氧密闭系统。吸附完成后，进行一次充氮操作，然后以嵌入的方式并入脱附循环管路。脱附时，首先关闭该罐吸附阀门，然后开启脱附阀门及循环风机，加热器同时送电升温。循环风速稳定下，调节加热器功率至颗粒炭吸附器入口风温达到设定温度。脱附排气经换热降温(热能回收)、不经过冷凝器直接经风机、换热器升温回到加热器循环运转；当脱附气体温度上升至预定温度后，溶剂浓度经连续积累后达到一定的溶剂蒸汽压，关闭冷凝器旁通，脱附气体进入冷凝系统，凝结并得到回收溶剂。

吸附器中的溶剂由热氮气持续供热而不断被脱附出来并冷凝，在一定时间后，吸附器中溶剂存量降低至界点，热氮气脱附效率降低、回收量减小，此时脱附进入低效阶段，系统循环转入净化降温阶段。停止加热器加热，吸附器内的热量由冷凝器消耗，将吸附器自行降温冷却至安全温度，允许再次下一次进风吸附。

脱附循环体系设计多点氮气压力补偿，和自动泄压装置，维持系统氧含量和运行压力安全。

低温冷凝工艺：

设请参阅图3，高温脱附的高浓度废气首先通过专门设计的换热器，预先冷却至常温，然后进入冷凝装置。在本实施例总，选用下面一种代表性的尾气(二氯甲烷)回收来简单说明一下

该冷凝装置设计两级制冷系统对脱附的废气进行分级冷凝分离。

1、冷凝装置设置参数如下表：

表2冷凝装置设计参数

2、热回收：经两级制冷后低温不凝气体可作为很好的冷源来吸收制冷系统液化潜热，降低制冷系统压缩机能耗，同时也将尾气提升到常温进入后续处理单元。

3、冷凝后的二氯甲烷液体经通道输送至储罐储存。用户可定期将储罐中二氯甲烷回收。(也可选择在储罐后增加排油泵，当储罐装满时，自动启动油泵，使所回收二氯甲烷经计量表(对回收的二氯甲烷实时计量)、单向阀自动输送至业主回收液储罐，当储罐排空后，自动关闭油泵)。

4、冷凝模块采用撬装式，将压缩机及冷凝器部分、蒸发器部分、阀门以及电气仪表统一集中在撬装底座上，安装只需固定底座，连接二氯甲烷气管路、仪表风管道及连接动力线即可调试使用。冷凝模块拟定尺寸：6mx3mx3m(以实际供货尺寸为准)。

在本实施例中，高能uv净化器的原理为：

高能uv净化器是通过特定波长的高能紫外线激发光源产生不同能量的光量子；废气物质对该光量子的强烈吸收，在大量携能光量子的轰击下使废气物质分子解离和激发；空气中的氧气和水分及外加的臭氧在该光量子的(分解)作用下可产生大量的新生态氢、活性(游离)氧和羟基氧等活性基团；因游离氧所携正负电子不平衡所以需与氧分子结合，进而产生臭氧，臭氧对紫外线光束照射分解后的有机物具有极强的氧化作用；部分废气物质也能与活性基团反应，最终降解转化为低分子化合物、co2和h2o等无害物质。这是一个协同、连锁复杂的反应过程，在很短的时间内(2-3秒)就可完成。

高能紫外线光解净化的长期稳定、高效，需要反应温度＜70℃，粉尘量＜120mg/m3，相对湿度＜98％。同时高能紫外线能否裂解vocs化学键，取决于其化学键键能是否比所提供的紫外线光子的能量要低，当设备所提供的紫外线光子总功率不够或者含氧量不足，会因为裂解或氧化不完全而生成一些中间副产物，从而影响净化效率。

第二阶段采用自主设计的高能紫外线uv废气净化设备，配备设备规格采用了功率为160w的szgs-uv3000规格。参照同类案例，这个规格高能紫外线光解废气净化设备所发射紫外线光子的能量可满足净化要求。

低温等离子设备工作过程和原理为：

请参阅图4，等离子体被称为物质的第4种形态，由电子、离子、自由基和中性粒子组成，为导电性流体，总体上保持电中性。低温等离子体废气净化设备利用外加电压达到气体的放电电压，击穿气体产生包括电子、各种离子、原子核自由基在内的混合体。低温等离子体降解污染物就是利用这些高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用，使污染物分子在极短的时间内发生电离、解离、激发等一系列复杂的物理化学反应，使复杂大分子污染物转变为简单小分子无害或低害物质，以达到废气净化的目的。

高温等离子净化器的特定为：

1)技术高端，工艺简洁：开机后，即自行运转，受工况限制非常少，无需专人操作。

2)节能：无机械设备，空气阻力小。

3)适应工况范围宽：设备启动、停止十分迅速，随用随开，不受气温的影响。在250℃以下和在雾态工况环境中均可正常运转。在-50℃至+50℃的环境温度仍可正常运转。

4)设备使用寿命长：本设备由不锈钢材，铜材、钼材、环氧树脂等材料组成，抗氧化，采用防腐蚀材料，电极与废气不直接接触，根本上解决了设备腐蚀问题。

5)结构简单：只需用电，操作极为简单，无需派专职人员看守，基本不占用人工费。无机械设备，故障率低，维修容易。

6)应用范围广：介质阻挡放电产生的低温等离子体中，电子能量高，几乎可以将所有的异味气体分子降解。

请参阅图5，在本实施例中，在线检测系统包括采样系统和分析传送系统，采样系统上设置有温度感应器、压强感应器、远端控制阀和采样室，通过废气处理之后的气体经过排放管道排出，在排放轨道的出口位置设置有远端控制阀，远端控制阀控制气体通过管道流向采样室，采样室与分析传送系统的中的分析仪连通，还与标准气体罐连接，分析仪将标准气体罐中的气体与采样得到的气体进行分析，得到相关分析数据信息，分析仪与云服务系统无线连接，分析仪将分析的数据上传到云服务器中，云服务器再将数据传送到远程客户端中，远程客户端分为一级远程客户端和二级远程客户端，一级远程客户端接收到分析仪传送的分析数据后，在一级远程客户端中通过分析软件以及数据库的分析对比，生成分析数据，一级远程客户端将生成的分析数据通过网络传送到二级远程客户端上，二级远程客户端包括环保局数据终端以及中控室数据终端等，其中二级远程客户端还包括手机、平板等移动客户端，使数据方便实施查看。

所述分析仪中设置有分离管柱，分离管柱可测定的成分和分离方式包括：

a、thc-透过无分离效果的熔硅毛细空管，将样品一同吹出；

b、ch4-透过具强吸附性的分子筛，仅允许ch4通过；

c、vocs-针对各厂区的分析要求，透过不同分离效果的管柱组合，来达到气体排放标准。

分离后的有机物进入fid(flameionizationdetector,火焰离子化检测仪)中，在氢火焰中被电离成碳阳离子和电子，其产生的微电流，经由讯号放大器输出信号,依次测量废气中的成分。

基于上述的监测，本发明的系统可监测多种成分，包括thc，ch4，nmhc,苯，甲苯，二甲苯等等，可订制机器；

同一台仪器可监测六个点位，数据更有可比性；

可监测企业voc处理设备的去除率，以加强监管；分析仪内部管路属于流动并加热的系统，降低污染，等等；

测量范围广，可侦测六个点，非常适合污染源入口和出口同时监测。

云服务系统中设置有云数据库，云数据库是指被优化或部署到一个虚拟计算环境中的数据库。可以实现按需付费、按需扩展、高可用性以及存储整合等优势。

云数据库是指被优化或部署到一个虚拟计算环境中的数据库。

将一个现有的数据库优化到云环境有以下好处：

a、可以使用户按照存储容量和带宽的需求付费；

b、可以将数据库从一个地方移到另一个地方(云的可移植性)；

c、可实现按需扩展；

d、高可用性(ha)；

将数据库部署到云可以通过简化可用信息通过web网络连接的业务进程，支持和确保云中的业务应用程序作为软件即服务(saas)部署的一部分。另外，将企业数据库部署到云还可以实现存储整合。比如，一个有多个部门的大公司肯定也有多个数据库，可以把这些数据库在云环境中整合成一个数据库管理系统。

在本实施例中，废气处理监控系统的具体使用步骤如下：

(a)安装设备

根据工厂的排放情况设计和安装废气处理设备，如有在线监测和设备智能化控制需求将安装全新设计的设备，以配合在线监测和设备智能化控制的需求。如无在线监测和智能化控制将无以下步骤。

(b)在线监测

在全新设计的设备上加装在线监测设备，特别是vocs的在线监测，架构互联网网络，由于设备的特殊性，所以选择移动蜂窝数据的4g网络接入，根据需求在设备需要监测的地方安装监测探头，安装设备控制传感器。

(c)大数据分析

各个工厂的工厂客户端将在线监测得到的数据和动态调控的数据上传到云数据库，由服务器进行大数据分析：统计、分类、整合，然后得出大数据分析的结果进行一系列的算法运算得到结果，然后在分发回去各个工厂的工控计算机客户端。

d)监控设备状态

工厂工控计算机客户端收集在线监测的数据和各种传感器的数据，实时监控设备的运行状态，然后将得到的数据上传到云服务器的云数据库中。

(e)自动调控设备运行

由云数据库返回的数据，工厂工控计算机根据数据结果进行废气处理设备的控制：风道的控制、风机的功率、uv光解的光解灯具的数量、生物降解除臭的药剂浓度等等。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。