基于VOCs热氧化处理的综合余热回用系统及回用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于VOCs热氧化处理的综合余热回用系统及回用方法。系统包括：蓄热式焚烧炉、分流器、吸收式制冷机、吸附床、循环风机和补风机。方法包括：将燃烧室产生的烟气的一部分输送至吸收式制冷机，另一部分输送至吸附床，将吸附床排出的脱附气体再输送至燃烧室内燃烧，将产生的二次烟气的一部分输送至吸收式制冷机，另一部分输送至吸附床，将吸附床排出的二次脱附气体再输送至燃烧室内燃烧。中间伴随着补风过程。本发明专利技术的废热回收为梯次取热，包括蓄热室蓄热、吸收式制冷机取热、生活热水加热和脱附热气源，根据不同余热利用方式的气体温度需求，最大限度的利用废热，提高能源利用效率。

【技术实现步骤摘要】
基于VOCs热氧化处理的综合余热回用系统及回用方法
本专利技术属于燃烧废气余热回收
，涉及一种基于VOCs热氧化处理的综合余热回用系统及回用方法。
技术介绍
染料(如天然气)燃烧过程中会产生多种挥发性有机物(volatileorganiccompounds，VOCs)，其主要是指在正常状态下蒸气压大于0.1mmHg、沸点低于260℃的挥发性有机化合物，广泛存在于石化、印刷、餐饮等领域。VOCs中含有大量致癌物质，如：甲苯、二甲苯、甲醛、乙醛等。VOCs在太阳光和热的作用下能与大气中氮氧化物等经过复杂的化学和光化学作用，形成光化学烟雾，是灰霾源的主要来源。为了降低VOCs的害处，目前采用较多的是直接燃烧法、催化燃烧法、液体吸附法、活性炭吸附法等。其中只有直接燃烧法和催化燃烧法能完全摧毁VOCs，而直接燃烧法需要温度高，耗能大，并且催化燃烧法所需催化剂价格昂贵且易中毒。然而，这两种方法虽然能够摧毁VOCs，但是却难以利用VOCs内的余热，从而产生了较大的能耗。
技术实现思路
针对VOCs直接燃烧法耗能大的主要缺陷，本专利技术采用吸附浓缩VOCs手段和不同热回收方式，根据不同热回收方式工作温度的不同，对VOCs燃烧废热进行梯次回收，最大化利用余热，提高热回收效率。基于此，本专利技术的第一个目的在于提出一种基于浓缩VOCs热氧化处理的综合余热回用系统。本专利技术是基于以下考虑的：降低VOCs能耗的关键在于提升VOCs浓度和余热的回收，特别是浓度高到VOCs可自维持燃烧能大幅降低能耗，同时梯次利用余热，提高热回收效率。因此，本专利技术通过吸附床浓缩VOCs，以提高VOCs浓度，进而提高燃烧效率。同时，脱附热气采用燃烧废气；又因燃烧废气温度远高于所需脱附热气温度，中间采用蓄热室及管壳式热交换器，梯次取热；并且利用脱附所需风量与废气风量差所带来的余热来进行吸收式制冷。结合脱附时出口VOCs浓度和脱附温度的耦合关系以及燃烧时入口VOCs浓度和出口温度的耦合关系，利用其中不匹配的热量，补充欠缺的燃料，使整个系统高效运转。本专利技术的另一个目的在于提供一种基于浓缩VOCs热氧化处理的综合余热回用方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于VOCs热氧化处理的综合余热回用系统，其包括：蓄热式焚烧炉、分流器、吸收式制冷机、吸附床、循环风机、补风机、生活热水存储器、浓度监测器或热交换器等。其中，蓄热式焚烧炉包括：依次相连的第一蓄热室、燃烧室和第二蓄热室。燃烧室包括：喷嘴，在燃烧室首次发生燃烧反应时将燃料喷入该燃烧室的内腔。第一蓄热室的与循环风机和分流器相连通的部位设有第一蓄热体；第二蓄热室的与循环风机和分流器相连通的部位设有第二蓄热体。分流器具有：分别与第一蓄热室和第二蓄热室通过管道相连的两个进口，两个进口不同时打开。吸收式制冷机与分流器的第一出口相连通。吸附床与分流器的第二出口相连通。循环风机与吸附床的出口通过供风管道相连，至少将吸附床排出的脱附气体再输送至第一蓄热室或第二蓄热室，循环风机输送的气体在第一蓄热室、燃烧室和第二蓄热室内呈单向流动。补风机用于将含氧气体输送至循环风机，补风机在在单位时间内输送含氧气体的量等于分流器在单位时间内向吸收式制冷机输送由燃烧室燃烧产生的烟气的量。热交换器与供风管道并联，并与供风管道不同时打开。生活热水存储器用于存储热交换后的液体。浓度监测器用于监测第一蓄热室或第二蓄热室排出的废气中挥发性有机物的浓度。当浓度监测器监测到挥发性有机物的浓度小于或等于阈值浓度时，供风管道打开。当浓度监测器监测到挥发性有机物的浓度大于阈值浓度时，热交换器打开，允许脱附气体与其内的液体进行热交换。一种基于VOCs热氧化处理的综合余热回用方法，其包括如下步骤：(1)、使燃料进入燃烧室并在循环风机提供的外界气体的助燃下燃烧；(2)、使燃烧后产生的烟气经过第二蓄热室并被输送至分流器；(3)、使分流器将烟气的一部分输送至吸收式制冷机，将烟气的另一部分输送至吸附床；(4)、采用循环风机将吸附床排出的脱附气体再输送至第二蓄热室，在燃烧室内燃烧后产生二次烟气，并经过第一蓄热室并被输送至分流器；(5)、使分流器将二次烟气的一部分输送至吸收式制冷机，将二次烟气的另一部分输送至吸附床；(6)、采用循环风机将吸附床排出的二次脱附气体再输送至第一蓄热室，并在燃烧室内燃烧，然后重新执行步骤(2)，直至过程结束。其中，在步骤(4)或(6)进行的同时，分别采用补风机将含氧气体输送至循环风机，补风机在在单位时间内输送含氧气体的量等于分流器在单位时间内向吸收式制冷机输送烟气或二次烟气的量。在步骤(2)中，第二蓄热室蓄积燃烧后产生的烟气的热量，并且在步骤(4)中预热脱附气体。在步骤(4)中，第一蓄热室蓄积二次烟气的热量，并且在步骤(6)中预热二次脱附气体。在步骤(2)进行的过程中，采用浓度监测器监测第二蓄热室所排出的废气中挥发性有机物的浓度，当浓度监测器监测到挥发性有机物的浓度大于阈值浓度时，在步骤(4)中先使脱附气体进入热交换器，并且与该热交换器内的液体发生热交换后再由循环风机输送至第二蓄热室；在步骤(4)进行的过程中，采用浓度监测器监测第一蓄热室所排出的废气中挥发性有机物的浓度，当浓度监测器监测到挥发性有机物的浓度大于阈值浓度时，在步骤(6)中先使二次脱附气体进入热交换器，并且与该热交换器内的液体发生热交换后再由循环风机输送至第一蓄热室。由于采用上述方案，本专利技术的有益效果是：本专利技术的一种基于浓缩VOCs热氧化处理综合余热回用技术系统，根据吸附原理结合不同热回收方式的温度需求，设计出部分自维持燃烧的蓄热炉和梯次热回收系统。本专利技术提高了VOCs燃烧效率，降低了燃烧成本，并且充分利用余热，提高能源利用效率。具体分析如下：(1)、提高了VOCs燃烧效率。目前无论是工业排放还是厨房排放VOCs的特点均是风量大、浓度低，直接燃烧将大大增加燃料消耗，同时风量较大，增大设备成本。采用脱附浓缩后，转为低风量、高浓度VOCs，将有效地降低燃烧效率，并降低设备成本。(2)、提高热回收效率。采用脱附浓缩后，脱附热气取自燃烧废气，但是两者存在温差。本专利技术充分利用二者温度，梯次取热，先经蓄热室再经换热器制热水，再用于脱附热气，根据不同热回收方式工作温度的不同充分利用余热；此外根据废气与脱附的风量差异，利用风量差带来的热量用于吸收式制冷。结合脱附时出口VOCs浓度脱附温度的耦合关系和燃烧时入口VOCs浓度出口温度的耦合关系，利用其中不匹配的热量，补充欠缺的燃料，使整个系统高效运转。总之，本专利技术采用蓄热式燃烧炉并对燃烧高温废气的余热充分利用，可大大降低其能耗。另外，本专利技术采用吸附床将VOCs浓缩后进行焚烧，将大风量低浓度的VOCs气体转化为小风量高浓度的VOCs气体，大大降低设备成本以及运行费用。附图说明图1为本专利技术的综合余热回用系统的结构示意图；图2为本专利技术的综合余热回用系统的气体的正向流动示意图；图3为本专利技术的综合余热回用系统的气体的逆向流动示意图；图4为本专利技术的各种气体的风量示意图。附图标记蓄热式焚烧炉1、燃烧室2、第一蓄热室3、第二蓄热室4、喷嘴5、第一阀门6、第二阀门7、第三阀门8、第四阀门9、第五阀门10、第一蓄热体11、第二蓄热体12、分流器13、吸收式制冷机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于VOCs热氧化处理的综合余热回用系统，其特征在于：其包括：蓄热式焚烧炉，其包括：依次相连的第一蓄热室、燃烧室和第二蓄热室；分流器，其具有：分别与所述第一蓄热室和所述第二蓄热室通过管道相连的两个进口，所述两个进口不同时打开；吸收式制冷机，与所述分流器的第一出口相连通；吸附床，与所述分流器的第二出口相连通；循环风机，与所述吸附床的出口通过供风管道相连，至少将所述吸附床排出的脱附气体再输送至所述第一蓄热室或所述第二蓄热室，所述循环风机输送的气体在所述第一蓄热室、所述燃烧室和所述第二蓄热室内呈单向流动。

【技术特征摘要】
1.一种基于VOCs热氧化处理的综合余热回用系统，其特征在于：其包括：蓄热式焚烧炉，其包括：依次相连的第一蓄热室、燃烧室和第二蓄热室；分流器，其具有：分别与所述第一蓄热室和所述第二蓄热室通过管道相连的两个进口，所述两个进口不同时打开；吸收式制冷机，与所述分流器的第一出口相连通；吸附床，与所述分流器的第二出口相连通；循环风机，与所述吸附床的出口通过供风管道相连，至少将所述吸附床排出的脱附气体再输送至所述第一蓄热室或所述第二蓄热室，所述循环风机输送的气体在所述第一蓄热室、所述燃烧室和所述第二蓄热室内呈单向流动。2.根据权利要求1所述的综合余热回用系统，其特征在于：其包括：补风机，将含氧气体输送至所述循环风机，所述补风机在在单位时间内输送所述含氧气体的量等于所述分流器在单位时间内向所述吸收式制冷机输送由所述燃烧室燃烧产生的烟气的量。3.根据权利要求1所述的综合余热回用系统，其特征在于：其包括：浓度监测器，监测所述第一蓄热室或所述第二蓄热室排出的废气中挥发性有机物的浓度；热交换器，与所述供风管道并联，并与所述供风管道不同时打开；当所述浓度监测器监测到所述挥发性有机物的浓度小于或等于阈值浓度时，所述供风管道打开；当所述浓度监测器监测到所述挥发性有机物的浓度大于阈值浓度时，所述热交换器打开，允许所述脱附气体与其内的液体进行热交换。4.根据权利要求3所述的综合余热回用系统，其特征在于：其包括：生活热水存储器，存储所述热交换后的液体。5.根据权利要求1所述的综合余热回用系统，其特征在于：所述燃烧室包括：喷嘴，在所述燃烧室首次发生燃烧反应时将燃料喷入该燃烧室的内腔。6.根据权利要求1所述的综合余热回用系统，其特征在于：所述第一蓄热室的与所述循环风机和所述分流器相连通的部位设有第一蓄热体；所述第二蓄热室的与所述循环风机和所述分流器相连通的部位设有第二蓄热体。7.一种基于VOCs热氧化处理的综合余热回用方法，其特征在于：其包括如下步骤：(1)、使燃料进入...

【专利技术属性】
技术研发人员：高军，王琼，张承全，曹昌盛，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31