一種凈化汽車及相關領域涂裝廢氣的吸附濃縮-預熱式催化燃燒系統及其凈化方法
【技術領域】
[0001]本申請涉及一種凈化汽車及相關領域涂裝廢氣的吸附濃縮-預熱式催化燃燒系統(或裝置)和方法，屬于大風量、低濃度和多組分的有機廢氣污染控制領域。
【背景技術】
[0002]揮發性有機物(Volatile organic compounds，VOCs)通常是指在25°C時，飽和蒸汽壓大于133Pa的有機化合物，其主要成分為烴類、齒代烴類、氧烴類、硫烴類、氮烴類、芳香烴和多環芳烴。
[0003]在汽車及相關領域的涂裝工段，來自噴漆室、晾置室、調漆間、面漆污水處理間的廢氣，為低濃度、大流量常溫廢氣，成分復雜，污染物的主要組成為芳香烴、醇醚類和酯類等有機溶劑，排放濃度變化大，不易溶于水、含酸或堿的特點而難以處理。
[0004]目前針對VOCs的常規處理方法，包括冷凝法、吸收法、燃燒法等工藝不能適應汽車及相關領域涂裝廢氣大風量、低濃度、組分復雜和水溶性差等特點；活性炭吸附法，能夠滿足低濃度、大氣量的VOCs廢氣凈化，活性炭很容易吸附飽和，更換吸附劑的費用昂貴并且吸附飽和后的活性炭需作為一種危險廢物處理;因此，利用活性炭吸附濃縮，并配置一套催化燃燒器進行活性炭脫附再生，避免了頻繁更換活性炭帶來的勞動強度和活性炭的更換與處置費用。
[0005]吸附濃縮+脫附再生+催化燃燒法結合處理VOCs廢氣的傳統裝置有兩種運行方式:
(I)直排式，直接將脫附后的有機廢氣輸送到換熱器和催化燃燒室進行燃燒降解，該方法的不足在于系統啟動初期由于催化燃燒室的溫度較低，部分有機廢氣由于不能充分燃燒而生成有害中間產物，或未經燃燒被直接排放；(2)內循環式，脫附后的有機廢氣燃燒后循環進入到活性炭吸附裝置作為脫附氣進行脫附，該方法的不足之處在于循環氣體可能會造成活性炭吸附裝置內部有機廢氣濃度過高，導致爆炸等安全隱患。
【發明內容】
[0006]基于上述問題，本申請旨在提供一種適用于汽車及相關領域(如家電、電子、軍工、化工等領域)涂裝廢氣的凈化系統(或裝置)和方法，該凈化系統(或裝置)和方法可大幅度提高揮發性有機廢氣的凈化率，同時使系統的安全隱患降到最低，節能環保。
[0007]為達到以上目的，本申請是這樣實現的。
[0008]—種適用于凈化汽車及相關領域涂裝廢氣的吸附濃縮+預熱式催化燃燒系統，所述系統主要包括:濕式過濾器2、活性炭吸附裝置3、熱交換器7和熱交換器11、催化燃燒裝置
12、輔助電加熱裝置14;
[0009]其中，廢氣進風口 I設置于濕式過濾器2上;濕式過濾器2經管道Dl與活性炭吸附裝置3連接;活性炭吸附裝置3經管道D3、三通管E2、管道D4與熱交換器11連接;熱交換器11經管道D5與熱交換器7連接;熱交換器7經管道D7、三通管E1、管道D9與活性炭吸附裝置3連接；熱交換器7經管道D7、三通管El、管道D8、三通管E2、管道D4與熱交換器11連接;熱交換器11與催化燃燒裝置12相連;催化燃燒裝置12上設置輔助電加熱裝置14;熱交換器7上設置有脫附氣體進風口 8、排放管道D6 ;活性炭吸附裝置3上設置有排放管道D2 ;三通管El連接管道D7、D8、D9;三通管E2連接管道D3、D8、D4。
[00?0]優選，所述系統還包括電動風閥F1-F3;其中，管道D3上設置有電動風閥F3;管道D8上設置有電動風閥F2;管道D9上設置有電動風閥Fl。
[0011]優選，所述系統還包括變頻風機4、變頻風機9和排氣筒5;變頻風機4經管道D2與活性炭吸附裝置3連接;變頻風機9經管道D6與熱交換器7連接;變頻風機4和變頻風機9都與排氣筒5連接。
[0012]優選，所述系統還包括溫度探測器T1-T4和在線監測儀10;其中，溫度探測器Tl設置于活性炭吸附裝置3上;溫度探測器T2設置于管道D7上;溫度探測器T3設置于管道D4上；溫度探測器T4設置于催化燃燒裝置12之上;在線監測儀10設置于排氣筒5上。
[0013]優選，所述系統還包括補冷風口6、防爆口 13、采樣口 15;其中，補冷風口 6設置于活性炭吸附裝置3上;防爆口 13設置于催化燃燒裝置12之上;采樣口 15設置于管道D4之上。
[0014]優選，所述熱交換器為接觸式熱交換器;所述活性炭吸附裝置可并聯設置兩個以上。
[0015]所述系統中的涂裝廢氣，經濕式過濾器過濾后進入活性炭吸附裝置，吸附凈化后的氣體經排風機和排氣筒排放;在催化燃燒系統啟動初期先使用小風量預熱循環，使催化燃燒裝置中的催化燃燒室達到揮發性有機物燃燒所需要的溫度(350?400°C);活性炭吸附的揮發性有機物被熱空氣加熱脫附后輸送到催化燃燒室進行燃燒降解，有機物經低溫催化氧化分解為無害化的COdPH2O等物質后進行高空排放。催化燃燒室燃燒揮發性有機物產生的熱能經兩個熱交換器的作用，加熱后續進入的脫附氣體和后續進入催化燃燒室的揮發性有機物。
[0016]催化燃燒原理是利用揮發性有機物所含碳、氫等可燃組分的性質，借助催化劑降低燃燒所需的活化能，使揮發性有機物在較低的起燃溫度條件下發生無焰燃燒，并氧化分解為COdPH2O等無害物質，同時放出大量熱能;這些熱能先通過熱交換器傳遞給進入催化燃燒室的揮發性有機物使之預熱，接著再通過另一個熱交換器傳遞給脫附氣體進風口引入的空氣，利用熱空氣加熱脫附活性炭吸附裝置中活性炭所吸附的揮發性有機物，使活性炭再生。
[0017]由于傳統的催化燃燒設備沒有經過預熱，在催化燃燒系統啟動初期達不到揮發性有機物燃燒所需要的溫度，從而導致廢氣排放濃度超標的問題。而預熱式催化燃燒的原理是，在催化燃燒系統啟動初期，使用空氣循環加熱/換熱使催化燃燒設備在揮發性有機物進入前達到其所需的燃燒溫度(如，350?400°C)。預熱式催化燃燒方式能使揮發性有機物充分燃燒，提高凈化效率，避免排放濃度超標的問題。
[0018]所述催化燃燒裝置主體箱上設置有防爆口，可保障催化燃燒裝置的安全;裝置內部還設置有輔助電加熱裝置，當脫附氣溫度低于脫附所需溫度(如，60?90°C)時使用該電加熱裝置進行輔助加熱。
[0019]所述系統還設置有溫度探測器，分別位于活性炭吸附裝置、脫附空氣管道、脫附廢氣管道和催化燃燒裝置，用于監測系統溫度;所述活性炭吸附裝置上還設置有補風口，當吸附裝置內部溫度過高時可補充冷N2保證裝置的安全性;脫附廢氣管道上還設置有采樣口，可檢測脫附廢氣濃度。
[0020]所述系統采用的風機為變頻風機，在系統啟動初期采用小風量空氣循環使催化燃燒室預熱到揮發性有機物燃燒所需要的溫度(350?400°C)，當開始燃燒揮發性有機物之后根據需要調節到設定風量。
[0021]所述熱交換器為接觸式換熱，相此傳統的混流箱換熱方式，其換熱后的氣體溫度更均勻，更能精確的控制氣體溫度;所述熱交換器和活性炭吸附裝置之間通過高精密電動風閥進行連接，以便于氣體流量的控制，可通過控制風閥調節進入催化燃燒裝置的有機廢氣濃度。
[0022]—種凈化汽車及相關領域涂裝廢氣的方法，其特征在于該方法包括如下步驟；
[0023]Al)吸附凈化:通過廢氣進氣口將揮發性有機廢氣進行集中收集后進入活性炭吸附裝置，經活性炭吸附，凈化后的氣體直接排放；
[0024]在該步驟中，活性炭吸附裝置可設置兩個以上循環使用。
[0025]A2)預熱:在該步驟中，催化燃燒裝置運行的初期，關閉脫附管道上的閥門，使用空氣進行循環加熱和熱交換，預熱催化燃燒裝置使燃燒室內溫度達到揮發性有機物燃燒所需要的溫度(350?400°C);
[0026]A3)催化燃燒:活性炭吸附的揮發性有機物質被熱空氣加熱脫附后輸送到催化燃燒裝置，經催化氧化分解為無毒無害的COdPH2O等物質后進行高空排放。
[0027]脫附所使用的脫附氣由催化燃燒后產生的熱能通過熱交換器將空氣進行加熱得至IJ，當脫附氣低于脫附所需的溫度(60?90°C)時，應開啟催化燃燒設備中的輔助電加熱裝置。
[0028]本申請中，脫附濃縮的VOCs經管道D3、三通管E2、管道D4進入熱交換器11后，被加熱(熱量來自于催化燃燒裝置12的燃燒室燃燒后的氣體)，然后進入催化燃燒裝置12的燃燒室進行燃燒凈化，廢氣燃燒完將熱量傳遞利用后排放;其中一部分熱量經熱交換器11用于預熱后續進入熱交換器11的濃縮VOCs，另一部分熱量經熱交換器7用于加熱經脫附氣體進風口 8進入熱交換器7的空氣。
[0029]經脫附氣體進風口8進入熱交換器7的空氣被加熱達到脫附有機物所需的溫度(60-90°C)后，部分經管道D7、E1、D9進入吸附箱體進行脫附。
[0030]其中，熱交換器7、11的熱量全部來源于燃燒后氣體的熱量。熱交換器7的