一种优化的间接式催化焚烧烟气多级换热系统及工艺技术方案

本发明专利技术公开了一种优化的间接式催化焚烧烟气多级换热系统及工艺，其系统包括催化床、天然气燃烧器、换热器、吸附转轮、吸附风机、排烟风机和脱附风机，所述换热器按照高低温位匹配原则设置了四级换热单元，所述吸附转轮包括吸附区、吹扫区和脱附区，所述催化床外设另外一路天然气进口和燃烧器，将燃烧产生的天然气烟气管路与催化焚烧废气管路连通，作为热侧介质管道，天然气烟气和催化焚烧烟气混合后进入换热器，通过内部四级换热单元分别加热浓缩废气和脱附气，热量回收完毕后排入烟囱。本发明专利技术利用内部传热单元的精细化设计来优化换热器内部流体换热过程，实现了换热面积最小化，同时可延长催化剂寿命，提升系统净化效率。

An optimized indirect catalytic incineration flue gas multilevel heat exchange system and process

The invention discloses a multi-stage incineration flue gas heat exchanger system and process for indirect optimization of catalyst, the system includes a catalytic bed, gas burner, heat exchanger, adsorption, adsorption runner fan, exhaust fan and desorption fan, the heat exchanger in a low temperature matching principle, set up four the two-stage heat exchange unit, wherein the adsorption wheel includes adsorption zone, purge desorption zone and the peripheral zone, the catalytic bed another way to import natural gas and burner, burning natural gas flue gas pipeline and catalytic incineration of waste gas pipeline connected, as heat medium pipeline, natural gas and flue gas catalytic incineration flue gas mixture after entering the heat exchanger through internal four heat exchange unit respectively heating the concentrated exhaust gas and desorption gas, heat recovery after the chimney. The invention utilizes the refined design of the internal heat transfer unit to optimize the fluid heat transfer process in the heat exchanger, minimizes the heat exchange area, and prolongs the service life of the catalyst, so as to improve the purification efficiency of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种优化的间接式催化焚烧烟气多级换热系统及工艺
本专利技术涉及一种优化的间接式催化焚烧烟气多级换热系统及工艺，特别适用于低浓度有机废气催化焚烧处理过程。
技术介绍
随着人类工业经济的的不断发展进步，工业生产过程中产生的各种废气引发的环境问题日益增多，因此如何治理工业废气成为了现代工业生产中必须予以重视的问题。工业有机废气常用的处理方式包括热力焚烧，蓄热式热力焚烧以及催化焚烧。其中，催化焚烧因为其起燃温度低，处理效率高，耗能少等优点得到广泛应用。在催化焚烧系统流程中重要的一步是将有机废气预热到起燃温度点以上，从而使有机成分在焚烧炉内在催化剂作用下充分分解，达到无污染排放的目的。传统的催化焚烧工艺是采用电加热或者天然气燃烧预热有机废气，因其能耗以及成本高昂的缺点而难以推广。为充分利用余热，目前主要采用的废气预热方式是用焚烧后的高温烟气与有机废气之间进行间接换热，公开号为CN105091000A的专利技术专利提供了一种用于彩涂线废气处理的工艺方法，将催化焚烧烟气依次通入串联的废气换热器和新风换热器，将彩涂线固化炉产生的废气和新风分别预热；公开号为CN102188878A的专利技术专利提供了一种带有板式换热器的高效吸附、脱附组合系统，利用板式换热器和混流换热器预热脱附气和废气。此类工艺回收了烟气大部分余热回收，明显节约能源，但这种简单的两台或两级换热器串联换热的方式，没有从换热设计优化的角度考虑，冷热物流匹配不合理，导致总换热面积和占地面积过大；同时，系统最终排烟温度较高，需要增加额外的热水换热器来回收烟气低温段热能，保证足够的换热效率，而热水用做其他用途，无法推广到其他生产线。在大多数工况下，低浓度废气虽然经吸附床或者吸附转轮浓缩，但其热值依然无法保证系统自身热平衡需要，所以在实际应用中经常需要用天然气燃烧的方式补充热量。申请号为CN201320888267的技术专利提供了一种丙烯酸废气催化焚烧炉，在焚烧炉体底部安装有天然气进口，用天然气烟气直接加入废气中以保证系统热平衡。但天然气烟气直接兑入废气这种方式（特别是高含硫天然气），对催化焚烧的影响不容忽视。首先，高含硫工业天然气燃烧产生的含有的二氧化硫会与催化剂中金属离子反应，导致催化剂产生一定程度的中毒现象，降低催化剂寿命；其次，有研究表明天然气烟气中含有的水蒸气会与甲苯等有机成分产生竞争吸附作用，影响催化剂活性；另外，额外兑入的天然气烟气增加了系统处理气量，加大了系统负荷。
技术实现思路
为解决现有流程中存在的问题，本专利技术提供了一种优化的间接式催化焚烧烟气多级换热系统及工艺。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案之一是：一种优化的间接式催化焚烧烟气多级换热系统，其特征在于该系统包括催化床、天然气燃烧器、换热器、吸附转轮、吸附风机、排烟风机和脱附风机，所述换热器包含四级换热单元，分别为第一级换热单元、第二级换热单元、第三级换热单元和第四级换热单元，所述第一级换热单元和第三级换热单元相互连通，第一级换热单元的冷侧出口作为浓缩废气出口，第三级换热单元的冷侧入口作为浓缩废气入口，所述第二级换热单元和第四级换热单元相互连通，第二级换热单元的冷侧出口作为脱附气出口，第四级换热单元的冷侧入口作为脱附气入口；所述吸附转轮包括轮转吸附区、轮转吹扫区和轮转脱附区，所述轮转吸附区出口通过所述吸附风机与排烟风机连接烟囱，所述轮转吹扫区出口与所述第四级换热单元冷侧入口相连通，所述轮转脱附区入口与所述第二级换热单元冷侧出口相连通，轮转脱附区出口通过所述脱附风机与所述第三级换热单元冷侧入口相连通，所述第一级换热单元的冷侧出口连接所述催化床的入口，催化床的出口连接所述天然气燃烧器的出口与换热器的热侧入口，换热器的热侧出口通过所述排烟风机连接至烟囱。优选的，所述第一级换热单元的冷侧出口设有用于监测废气预热温度的温控装置T01，所述催化床内部设有用于监测废气燃烧温度的温控装置T02，所述催化床的出口处设有用于监测燃烧后气体温度的温控装置T03，所述脱附区入口与第二级换热单元冷侧出口之间的管道上设有用于监测脱附气温度的T04，所述温控装置T01，温控装置T02，温控装置T03，温控装置T04均与温度控制系统连接，并与天然气燃烧器之间实现连锁控制，利用各温控装置监测的温度信号，即通过废气预热温度和脱附气温度控制天然气燃烧量。优选的，所述换热器为多级一体式板式换热器。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案之二是：一种优化的间接式催化焚烧烟气多级换热工艺，该工艺采用上述系统进行废气处理，具体的处理步骤包括吸附-脱附-冷却过程和烟气能量多级利用过程，其中：吸附-脱附-冷却过程的处理步骤为：低浓度的工业废气经转轮的吸附区，吸附完成后排空；随后转轮的脱附区引入经换热器第二，四级换热单元预热后的高温脱附气，用于脱附转轮上吸附的有机成分，脱附完成后生成浓缩废气，该浓缩废气作为冷侧介质进入换热器第一，三级换热单元，预热至起燃温度后进催化床焚烧进行氧化分解；最后用脱附风机将新风引入转轮吹扫吸附转轮中脱附后的区域，转轮冷却后继续循环此过程；所述烟气能量多级利用过程的处理步骤为：在催化焚烧炉外设另外一路天然气进口和燃烧器，将燃烧产生的天然气烟气和催化床内焚烧烟气混合后进入多级一体式换热器，通过换热器内部四级换热单元，分别加热浓缩废气和脱附气至起燃温度和脱附温度，热量回收完毕后排入烟囱。优选的，所述换热器包含内部集成的四级换热单元，将混合烟气作为热侧介质，按照高温段热介质匹配换热高温段冷介质，低温段热介质匹配换热低温段冷介质的温位匹配原则，分别与浓缩废气高温段，脱附气高温段，浓缩废气低温段，脱附气低温段进行四级换热，将浓缩废气和脱附气分别加热到起燃温度和脱附温度，实现了能量分级利用。优选的，所述换热器在现有工艺温度参数基础上，以总换热面积最小化为优化目标，增加为四级换热单元，利用换热网络分析软件来优化整个换热过程的热负荷分布状态，通过减少低对数平均温差换热段的热负荷，增加高对数平均温差换热段的热负荷，从而增大整个换热过程的平均传热推动力，在总热负荷不变情况下实现了总换热面积最小化。优选的，所述催化床排出的废气烟气温度在330-370℃，温度过低无法满足自身热平衡，随后通过催化焚烧炉外的天然气燃烧器，将产生的天然气烟气兑入废气烟气中，此时废气烟气温度温度提升至450-470℃，在满足系统自身热量需求的情况下，采用间接换热的方式与浓缩废气和脱附气进行换热，避免了含硫以及其他杂质的天然气烟气直接接触浓缩废气。本专利技术的有益效果如下：1、通过间接换热的方式，天然气烟气中的水蒸气和二氧化硫等有害成分不会与有机废气混合，减少了催化剂活性降低或者中毒的可能性，有助于延长催化剂使用寿命；2、同时，间接换热的方式也不会使额外的天然气烟气增加系统处理气量，加大了系统负荷；3、本专利技术利用催化焚烧烟气多级换热的思路，对现有工艺中两级换热方式进行了优化，增加为四级换热单元，按照温位匹配原则，优化设计了换热过程中各换热段对数平均温差，从而增大平均传热推动力，实现了总换热面积最小化，降低投资费用；4、通过换热网络分析软件的优化设计，将各级换热单元（特别是最后一级换热器）换热面积参数优化至最合理的状态，在相同的换热面积下可以更多的回收催化焚烧烟气中低温段本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种优化的间接式催化焚烧烟气多级换热系统，其特征在于该系统包括催化床、天然气燃烧器、换热器、吸附转轮、吸附风机、排烟风机和脱附风机，所述换热器包含四级换热单元，分别为第一级换热单元、第二级换热单元、第三级换热单元和第四级换热单元，所述第一级换热单元和第三级换热单元相互连通，第一级换热单元的冷侧出口作为浓缩废气出口，第三级换热单元的冷侧入口作为浓缩废气入口，所述第二级换热单元和第四级换热单元相互连通，第二级换热单元的冷侧出口作为脱附气出口，第四级换热单元的冷侧入口作为脱附气入口；所述吸附转轮包括轮转吸附区、轮转吹扫区和轮转脱附区，所述轮转吸附区出口通过所述吸附风机与排烟风机连接烟囱，所述轮转吹扫区出口与所述第四级换热单元冷侧入口相连通，所述轮转脱附区入口与所述第二级换热单元冷侧出口相连通，轮转脱附区出口通过所述脱附风机与所述第三级换热单元冷侧入口相连通，所述第一级换热单元的冷侧出口连接所述催化床的入口，催化床的出口连接所述天然气燃烧器的出口与换热器的热侧入口，换热器的热侧出口通过所述排烟风机连接至烟囱。

【技术特征摘要】
1.一种优化的间接式催化焚烧烟气多级换热系统，其特征在于该系统包括催化床、天然气燃烧器、换热器、吸附转轮、吸附风机、排烟风机和脱附风机，所述换热器包含四级换热单元，分别为第一级换热单元、第二级换热单元、第三级换热单元和第四级换热单元，所述第一级换热单元和第三级换热单元相互连通，第一级换热单元的冷侧出口作为浓缩废气出口，第三级换热单元的冷侧入口作为浓缩废气入口，所述第二级换热单元和第四级换热单元相互连通，第二级换热单元的冷侧出口作为脱附气出口，第四级换热单元的冷侧入口作为脱附气入口；所述吸附转轮包括轮转吸附区、轮转吹扫区和轮转脱附区，所述轮转吸附区出口通过所述吸附风机与排烟风机连接烟囱，所述轮转吹扫区出口与所述第四级换热单元冷侧入口相连通，所述轮转脱附区入口与所述第二级换热单元冷侧出口相连通，轮转脱附区出口通过所述脱附风机与所述第三级换热单元冷侧入口相连通，所述第一级换热单元的冷侧出口连接所述催化床的入口，催化床的出口连接所述天然气燃烧器的出口与换热器的热侧入口，换热器的热侧出口通过所述排烟风机连接至烟囱。2.根据权利要求1所述的一种优化的间接式催化焚烧烟气多级换热系统，其特征在于所述第一级换热单元的冷侧出口设有用于监测废气预热温度的温控装置T01，所述催化床内部设有用于监测废气燃烧温度的温控装置T02，所述催化床的出口处设有用于监测燃烧后气体温度的温控装置T03，所述脱附区入口与第二级换热单元冷侧出口之间的管道上设有用于监测脱附气温度的T04，所述温控装置T01，温控装置T02，温控装置T03，温控装置T04均与温度控制系统连接，利用各温控装置监测的温度信号控制天然气燃烧量。3.根据权利要求1所述的一种优化的间接式催化焚烧烟气多级换热系统，其特征在于所述换热器为多级一体式板式换热器。4.一种优化的间接式催化焚烧烟气多级换热工艺，其特征在于该工艺采用上述权1至权3中任一项所述的系统进行废气处理，具体的处理步骤包括吸附-脱附-冷却过程和烟气能量多级利用过程，其中：吸附-脱附-冷却过程的处理步...

【专利技术属性】
技术研发人员：张锦涛，钱荣忠，朱国富，黄斌，莫立勤，
申请(专利权)人：南京宜热纵联节能科技溧阳有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32