一种有机废气热力催化氧化装置及使用方法

1.本发明涉及有机废气处理技术领域，主要涉及一种有机废气热力催化氧化装置及使用方法。


背景技术：

2.有机废气通常是指工业生产过程中产生的挥发性气体简称voc,其具有易燃易爆、毒性大、能溶于有机溶剂、处理难度大等特点。目前，有机废气处理大致有活性炭吸附、喷淋法吸收以及热力燃烧等方法，其中活性炭吸附、喷淋法吸收实质为污染物的转移，吸附的活性炭以及吸收的溶液处理起来也不是容易的事，热力燃烧生成的是水和二氧化碳，没有污染也不存在二次处理的问题，所以热力燃烧成为有机废气处理不错的选择。
3.目前，使用较多的rto(蓄热燃烧)以及rco(蓄热催化燃烧)技术均属于热力燃烧的范畴，这些技术在有机废气处理中起到了很好的效果，但也存在以下不足之处：
4.1、均使用燃烧器为有机废气升温以使其达到氧化温度，而燃烧器使用的燃料为天然气或柴油等，这就不可避免地使用专门的管道或储油罐，这些设备需专业人员操作和维护，其使用也存在相当的危险性。
5.2、现有rco技术中用于有机废气催化氧化的气体通道，其具有蜂窝状特征且表面喷涂有金属催化剂，由于其没有气体与通道腔壁接触强化的设计，有机废气催化氧化的效果亦略逊一筹。
6.3、现有rto技术中用于进气预热的陶瓷蓄热体需阀门切换操作，工作效率不高，rco技术中用于进气预热的列管换热器因为没有蓄热的功能，其换热效果亦差强人意，两者均没有将蓄热与换热融为一体的设计。
7.为提高有机废气处理的效果，克服上述现有技术中的不足显得尤为重要。


技术实现要素：

8.发明目的：针对上述背景技术中存在的问题，本发明提供了一种有机废气热力催化氧化装置及使用方法，采用模块化设计，核心包括加热模块、气体催化氧化模块、进气排气换热模块，对各模块分别加以改进，在高效完成废气处理的同时，有效实现了环境保护。
9.技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
10.一种有机废气热力催化氧化装置，包括壳体、换热器、感应加热装置和气体湍流器；所述壳体包括由隔板隔成的进气仓、预热仓、加热仓和循环仓；所述进气仓和预热仓之间通过换热器连接；所述换热器为长方体，内部设置有若干互相垂直且阵列排布的通孔，各通孔互不交接；预热仓外接有加热进气管，所述加热进气管与加热仓间通过感应加热装置相连；所述加热仓内部设置有气体湍流器；加热仓与循环仓间设置有循环仓进气阀，另一侧通过换热器与出气仓相连；所述进气仓外侧与进气管相连，循环仓外侧通过循环仓出气管连接至进气管，所述出气仓外侧连接有出气管。
11.进一步地，所述气体湍流器为长方体，由陶瓷材料构成；沿气体流通方向设置有若
干阵列排布的带有波纹结构的通孔；所述气体湍流器在进气端和出气端表面均设置有格栅网。
12.进一步地，所述格栅网采用若干层不锈钢丝网层堆叠制成，所述气体湍流器通孔内腔壁和不锈钢丝网层表面均喷涂有金属催化剂。
13.进一步地，所述进气仓设置于换热器正上方，换热器下方连接预热仓；由气体湍流器流出的气体物料从换热器左侧流入，经由换热器右侧流出至出气仓；所述换热器采用蓄热陶瓷制成。
14.进一步地，所述感应加热装置包括感应段管道、感应线圈和感应芯管；所述感应段管道为中空直管，管道内部沿圆周均匀设置有感应芯管；感应芯管两端分别设有左支撑套和右支撑套，所述感应线圈绕装于感应段管道外壁之上。
15.进一步地，所述左支撑套内圈包括由轴心向外依次设置的第一管套和第一支撑体，所述第一管套为中空管套，感应芯管一端安装在第一管套内侧，并由第一支撑体沿周向进一步固定；左支撑套外圈为圆环状外套，所述第一支撑体与外套之间通过均匀设置的连接筋进行固定；
16.所述右支撑套包括由轴心向外依次设置的第二管套和第二支撑体，所述第二管套为中空管套，感应芯管另一端安装在第二管套内侧，并由第二支撑体沿周向进一步固定；右支撑套外圈为圆环状外套，所述第二支撑体与外套之间通过均匀设置的连接筋进行固定；所述右支撑套外侧还设置有用于与加热进气管相连的连接套孔；
17.所述左支撑套与右支撑套均采用过盈连接方式固定安装于感应段管道端部。
18.进一步地，所述循环仓出气管靠近循环仓一侧设有循环仓出气管阀门；进气管汇集循环仓出气管来气后流经风机，最后进入进气仓；所述风机和进气仓间还设有进气仓阀门；所述出气管靠近出气仓一侧还设有出气管阀门。
19.进一步地，所述气体湍流器进气口格栅网处设置有温度传感器，所述加热仓外壁还设有泄压阀。
20.一种采用上述有机废气热力催化氧化装置的使用方法，包括以下步骤：
21.步骤s1、打开进气阀门、循环仓进气阀、循环仓出气管阀门，关闭出气仓阀门；启动风机，有机废气经进气管，通过进气阀门进入进气仓，经换热器横向阵列排布的通孔进入预热气仓，进一步流入加热进气管、感应加热装置后进入加热仓；加热仓内的有机废气依次通过格栅网、气体湍流器后，通过进通过循环仓进气阀进入循环仓，经循环仓出气管阀门通过循环仓出气管回到风机的进气端，继而又被风机吸入系统中，完成循环；
22.步骤s2、接通感应线圈电源，加热感应芯管，有机废气分别从感应芯管中心孔及感应芯管外侧空间通过感应加热装置并被加热，有机废气升温；
23.步骤s3、加热后的有机废气流经加热仓，当温度传感器测量得出的有机废气温度打到催化氧化所需的温度时，打开出气阀门，并关闭循环仓进气阀和循环仓出气阀；有机废气依次经过下层格栅网、气体湍流器和上层格栅网，完成氧化反应后，剩余气体沿横向阵列排布的通孔流入换热器；高温气体经过换热器蓄热后迅速降温，最后经由出气管阀门排出出气管。
24.进一步地，所述有机废气进入下层格栅网后，格栅网上喷涂有金属催化剂的不锈钢丝网层对有机废气进行预处理；预处理后的有机废气流入气体湍流器时，由于气体湍流
器内部阵列排布着带有波纹结构的通孔，当有机废气通过时，内通孔管径不断变化，产生湍流，湍流进一步强化有机废气与内通孔腔壁的接触，在内腔壁上金属催化剂的作用下，进一步强化废气氧化反应；当有机废气流出气体湍流器后，通过上层格栅网进一步对残余的有机废气继续催化氧化处理，促使有机废气氧化成水和二氧化碳，完成氧化反应。
25.有益效果：
26.本发明装置采用模块化设计，其核心为加热模块、气体催化氧化模块、进气排气换热模块，其中加热模块摒弃了传统的热力燃烧加热，采用了更为安全可靠的电磁感应加热，气体催化氧化模块采用了气体湍流器，使得气体与内腔壁的接触更为充分，进气排气换热模块设计了一种纵横交错式的换热器，使得进气充分预热，节约了能源，同时使得出气得到降温有效保护了环境。本发明由于采用了模块化的设计，使得本装置可实现小型化，极大拓展了本装置的应用场合，本发明中的使用方法科学合理、安全可靠，可实现自动化控制。
附图说明
27.图1是本发明提供的有机废气热力催化氧化装置整体结构示意图；
28.图2是本发明提供的有机废气热力催化氧化装置壳体示意图；
29.图3是本发明提供的感应加热装置主视图；
30.图4是本发明提供的感应加热装置剖视图；
31.图5是本发明提供的感应加热装置中左支撑套右视图；
32.图6是本发明提供的感应加热装置中左支撑套剖视图；
33.图7是本发明提供的感应加热装置中右支撑套剖视图；
34.图8是本发明提供的气体湍流器结构示意图；
35.图9是本发明提供的气体湍流器结构剖视图；
36.图10是本发明提供的换热器结构示意图。
37.附图标记说明
38.1-壳体；2-进气仓；3-出气仓；4-预热仓；5-加热仓；6-循环仓；7-进气管；8-进气仓阀门；9-风机；10-出气管；11-出气管阀门；12-加热进气管；13-感应加热装置；13-1-感应段管道；13-2-感应线圈；13-3-左支撑套；13-4-右支撑套；13-5-感应芯管；13-6感应芯管中心孔；13-7-连接筋；13-8-第一支撑体；13-9-第一管套；13-10-第一通孔；13-11-第二支撑体；13-12-第二管套；13-13-第二通孔；13-14-连接套孔；14-气体湍流器；14-1-通孔；15-格栅网；16-换热器；16-1-横向阵列通孔；16-2-纵向阵列通孔；17-泄压阀；18-循环仓进气阀；19-循环仓出气管；20-循环仓出气管阀门；21-温度传感器；22-换热器上安装孔；23-换热器下安装孔。
具体实施方式
39.下面结合附图对本发明作更进一步的说明。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.本发明提供的有机废气热力催化氧化装置结构如图1所示，包括壳体1、换热器16、感应加热装置13和气体湍流器14。壳体1结构如图2所示。本实施例中采用模块化设计，壳体
1剖面为长方形，内部采用隔板横向隔为4层仓室，壳体最上层通过竖直隔板分为循环仓6和进气仓2。循环仓6下部隔板中设有循环仓进气阀18，上侧外壁通过循环仓出气管阀门20与循环仓出气管19连接；循环仓出气管19连接至进气管7处，用于气体回流循环。
41.进气管7接收循环仓出气管19回流后，与风机9连接，用于将进气管中的有机废气抽取至进气仓内；进气仓与风机间还设有进气仓阀门8。进气仓2下侧开有换热器上安装孔22，第二层下底板上开有换热器下安装孔23，第1层与第2层仓室间设置有换热器16。
42.换热器16具体结构如图10所示，本实施例采用立方体结构，其上具有阵列排布的纵向通孔16-2与阵列排布的横向通孔16-1，且纵向与横向的通孔交错排列互不相通。换热器16采用蓄热陶瓷制成，其中纵向通孔16-2贯通左右两面用于流通氧化后的高温气体，横向通孔16-1贯通上下两面用于流通低温废气进气。换热器16可以吸收高温气体的热量又能反向加热低温气体，从而使能源的利用率大幅提升，有效节约了加热所需能源。
43.有机废气通过换热器16流入第3层仓室，第三层仓室为预热仓4，预热仓左侧壁与壳体1左侧壁间预留有一定空间，用于后续设置气体湍流器14。预热仓右侧通过加热进气管12连接至感应加热装置13。
44.感应加热装置13如图3-4所示，包括感应段管道13-1、感应线圈13-2和感应芯管13-5。感应段管道13-1为中空直管，管道内部沿圆周均匀设置有感应芯管13-5。感应芯管13-5两端分别设有左支撑套13-3和右支撑套13-4，感应线圈13-2绕装于感应段管道13-1的外壁之上。
45.如图4所示，感应芯管13-5呈中空管状为金属材质，其中心具有1个中心孔13-6，其两端安装于左支撑套13-3内侧的第一管套13-9和右支撑套13-4内侧的第二管套13-12中，其悬空于感应段管道13-1的内腔中，工作中，感应线圈13-2通电后感应芯管13-5感应加热，气相物料可于感应芯管中心孔13-6通过，亦可于感应芯管13-5与感应段管道13-1之间的空间通过，可有效提高气相物料的加热效果，同时有效降低气相物料通过时的阻力。
46.左支撑套13-3结构如图5-6所示，内圈包括由轴心向外依次设置的第一管套13-9和第一支撑体13-8，第一管套13-9为中空管套，感应芯管13-5一端安装在第一管套13-9内侧，并由第一支撑体13-8沿周向进一步固定。左支撑套13-3外圈为圆环状外套，第一支撑体13-8与外套之间通过均匀设置的连接筋13-7进行固定。
47.右支撑套13-4结构如图7所示，主体结构部分与左支撑套13-3完全相同，感应芯管另一端安装在第二管套13-12内侧，并由第二支撑体13-11沿周向进一步固定；右支撑套外圈为圆环状外套，第二支撑体13-11与外套之间通过均匀设置的连接筋进行固定。不同的是，右支撑套外侧还设置有用于与加热进气管相连的连接套孔。
48.左支撑套与右支撑套均采用过盈连接方式固定安装于感应段管道端部，保证使用中不会松动。
49.本实施例中加热进气管12和感应加热装置13共同组成了外部u型通道，将预热仓4内的有机废气引入至第四层仓室-加热仓5。第三层仓室左侧设置有气体湍流器14，加热仓内的有机废气经过气体湍流器时进行催化氧化反应，将有机废气氧化成二氧化碳和水，这一结构是催化氧化的主要反应场所。
50.气体湍流器14结构如图8-9所示，为立方体状，其内部阵列排布着带有波纹结构的内通孔14-1，贯通其上下两面。通孔内腔壁上喷涂有金属催化剂当有机废气通过时，由于内
通孔14-1管径的不断变化而产生湍流，湍流强化了气体与内通孔腔壁的接触，在金属催化剂的作用下，继而强化了废气氧化反应的过程。气体湍流器14为陶瓷体，工作状态中具有蓄热功能，使得通过的有机废气催化氧化所需的温度稳定可控。
51.本实施例中，在气体湍流器14进气端和出气端另外设置有格栅网15。格栅网采用若干层不锈钢丝网层堆叠而成，丝网层表面均喷涂有金属催化剂。
52.有机废气经过气体湍流器14氧化反应后，有两种流向，其一为向上经由循环仓进气阀18流入循环仓中，其二为经由换热器16向右流入出气仓内。当循环仓进气阀18关闭时，氧化处理后的有机废气通过贯通左右两面的纵向阵列通孔16-2流入出气仓，后续经由出气仓阀门11从出气管10排出系统。
53.在加热仓靠近气体湍流器14处设置有温度传感器21，用于测量加热仓内的有机废气是否达到适宜氧化处理的温度。
54.具体使用方法包括以下步骤：
55.步骤s1、打开进气阀门8、循环仓进气阀18、循环仓出气管阀门20，关闭出气阀门11。启动风机9，有机废气经进气管7，通过进气阀门8进入进气仓2，经换热器16的横向阵列排布的通孔16-1进入预热气仓4，通过加热进气管12、感应加热装置13进入加热仓5；随后有机废气通过格栅网15、气体湍流器14，通过循环仓进气阀18进入循环仓6。进入循环仓6的废气经循环仓出气管阀门20通过循环仓出气管19回到风机9的进气端，继而又被风机吸入系统，完成充气循环。
56.步骤s2、接通感应线圈13-2电源，由于感应芯管13-5为金属材质，此时感应芯管13-5被电磁加热，有机废气于感应芯管中心孔13-6通过，亦于感应芯管13-5与感应段管道13-1之间的空间通过，有机废气被有效升温。升温后有机废气进入加热仓5，继而来到温度传感器21处，当测量得出有机废气的温度达到催化氧化所需的温度，例如300
°
时，出气阀门11打开，继而关闭循环仓进气阀18和循环仓出气管阀门。
57.步骤s3、当有机废气通过下方格栅网15时，格栅网15上数层喷涂用金属催化剂的不锈钢丝网层对有机废气起预处理的作用；当300
°
左右的有机废气来到气体湍流器14时，由于气体湍流器14内部阵列排布着的带有波纹结构的内通孔14-1，当有机废气通过时，内通孔14-1管径不断变化而产生湍流，湍流强化了有机废气与内通孔腔壁的接触，在金属催化剂的作用下，继而强化了废气氧化反应的过程；当有机废气出气体湍流器14后又遇一道格栅网15，继而对残余的有机废气继续施加作用，促使其催化氧化成水和二氧化碳。
58.步骤s4、氧化后的高温气体来到出气仓3，进而经过换热器纵向阵列排布的通孔16-2，高温气体可有效加热换热器16，加热后的换热器16亦能有效预热换热器横向阵列排布通孔16-1中的有机废气进气，氧化后的高温气体有效得到降温，最后再经出气阀门11通过出气管10排出系统。
59.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。