СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОГО ДОЖИГАНИЯ ОТРАБОТАННОГО ВОЗДУХА, СОДЕРЖАЩЕГО ОКИСЛЯЕМЫЕ ВЕЩЕСТВА Российский патент 2014 года по МПК F23G7/06 

Изобретение относится к способу и устройству для термического дожигания отработанного воздуха, содержащего окисляемые вещества.

Такие способы и устройства известны из уровня техники. Они служат, в частности, для дожигания летучих органических веществ, какие попадают, например, в отработанный воздух на промышленных установках для нанесения покрытий и сушильных установках. Согласно законодательным предписаниям по защите от выбросов такие вещества могут содержаться в отработанном воздухе, выбрасываемом в окружающую атмосферу, лишь в концентрациях, определенных соответствующими предельными значениями, так что доочистка отработанного воздуха, как правило, должна проводиться в обязательном порядке.

Простая возможность снижения концентрации таких веществ ниже предельных значений состоит в дожигании постоянно горючих, т.е. окисляемых веществ, в соответствующем устройстве, причем они превращаются в безвредные вещества, как-то: вода, диоксид углерода и т.п.

Способное к этому устройство, известное из уровня техники, работает регенеративно. При этом загрязненный отработанный воздух проходит через предварительно нагретую массу, аккумулирующую тепло, а оттуда в нагретом состоянии попадает в окислительную камеру, где вредные вещества, содержащиеся в потоке отработанного воздуха, дожигаются. Тепловую энергию, необходимую для этого, дает дополнительная горелка. Поток отработанного воздуха, продолжающий нагреваться за счет экзотермических окислительных реакций, проходит в виде потока очищенного газа через дополнительную массу, аккумулирующую тепло, где он отдает часть своего тепла, к дымовой трубе, чтобы оттуда попасть в окружающую атмосферу. Через регулярные промежутки времени, например, около 60 секунд, направление потока отработанного воздуха с помощью клапанной системы изменяется таким образом, что аккумулирующие массы, предварительно нагретые потоком очищенного газа, теперь служат для нагрева загрязненного потока неочищенного газа, прежде чем он поступит в окислительную камеру. После этого масса, аккумулирующая тепло, через которую перед этим прошел поток неочищенного газа, снова разогревается потоком нагретого очищенного газа и оказывается в готовности к работе в следующем цикле в качестве теплового аккумулятора для потока неочищенного газа.

Таким образом, тепловая энергия отработанного воздуха, очищенного в окислительной камере путем окисления, благодаря ее накоплению в массах, аккумулирующих тепло, используется для предварительного нагрева поступающего холодного и загрязненного отработанного воздуха почти до температуры окисления.

Проблемой в этом способе является то, что он может проводиться только периодически, поскольку через регулярные интервалы необходимо производить переключение, что вызывает резкие толчки в трубопроводах.

Из-за периодичности процесса возможны отклонения от заданных объемов отработанного воздуха на ±10%, что во многих процессах очищения отработанного воздуха оказывает возмущающее воздействие и ведет к потерям качества осушаемого материала.

Исходя из этого, в основу изобретения положена задача создания способа термической очистки потока отработанного воздуха, содержащего окисляемые вещества, а также способного к этому устройства, которые обеспечивали бы высокоэффективный процесс очистки отработанного воздуха при минимальном использовании энергии извне. Кроме того, способ должен реализовываться при относительно незначительных затратах на технику, а устройство, соответственно, при относительно незначительных расходах на содержание и эксплуатацию оборудования.

Задача технологически решается с помощью способа термической очистки потока отработанного воздуха, содержащего окисляемые вещества, при котором

- поток отработанного воздуха (поток неочищенного газа), содержащий окисляемые вещества, пропускается через рекуперативный теплообменный блок, причем окисляемые вещества, по меньшей мере частично, окисляются в ходе экзотермической реакции, причем поток отработанного воздуха нагревается дополнительно, а

- по меньшей мере частично очищенный таким образом путем окисления нагретый поток отработанного воздуха (поток очищенного газа) в качестве потока вещества, отдающего тепло, пропускается по меньшей мере через один рекуперативный теплообменный блок и при этом выделяет энергию активации для экзотермической реакции.

С помощью непосредственного рекуперативного теплообмена между путем окисления по меньшей мере частично очищенным потоком очищенного газа и неочищенным потоком неочищенного газа можно добиться того, чтобы окисляемые вещества, содержащиеся в неочищенном потоке отработанного воздуха, уже в ходе теплообмена в рекуперативном теплообменном блоке доводились до уровня температуры, при котором окисление веществ начинается самостоятельно, что ведет к дополнительному повышению температуры в теплопоглощающем потоке отработанного воздуха. В зависимости от концентрации и состава окисляемых веществ, содержащихся в загрязненном потоке отработанного воздуха, этого повышения температуры уже может быть достаточно для проведения, по существу, полной очистки потока отработанного воздуха. В любом случае соответственно нагретый, путем окисления по меньшей мере частично очищенный поток отработанного воздуха (поток очищенного газа) при подаче энергии активации для желательных окислительных реакций в загрязненном потоке отработанного воздуха (потоке неочищенного газа) выступает в качестве поставщика тепловой энергии в рекуперативном теплообменном блоке с соответствующей задержкой по времени.

Рекуперативный теплообменный блок, в свою очередь, может быть выполнен в виде пластинчатого или трубчатого теплообменника.

Следовательно, с помощью способа, согласно изобретению, высвобождающаяся энергия (экзотермической) окислительной реакции используется для очистки загрязненного потока отработанного воздуха в качестве энергии активации для очистки последующих объемов отработанного воздуха путем окисления. Следовательно, во время прохождения неочищенного, загрязненного потока отработанного воздуха через рекуперативный теплообменный блок он поглощает энергию в такой большой степени, что уже вступают в действие окислительные реакции, очищающие поток отработанного воздуха, что ведет к дополнительному повышению температуры в результате высвобождения теплоты реакции («экзотермии»). Его в зависимости от переменных во времени состава и концентрации вредных веществ в потоке отработанного воздуха может хватить, чтобы очистить последний, по существу, полностью и без подачи дополнительной энергии.

Другое преимущество способа, согласно изобретению, состоит в том, что он может эксплуатироваться непрерывно без ограничений, так что гидравлические удары в результате полного переключения проводящей системы, необходимого в способе, известном из уровня техники, исключаются.

В случае окисляемых веществ речь, как правило, идет об углеводородах, используемых в промышленных процессах нанесения покрытий в качестве растворителей. Типичными примерами являются спирты, кетоны и бензины.

Согласно первому варианту выполнения, при слишком быстром нагреве теплопоглощающего загрязненного потока отработанного воздуха (потока неочищенного газа) объемный поток тепловыделяющего, по меньшей мере частично очищенного нагретого потока отработанного воздуха (потока очищенного газа) через рекуперативный теплообменный блок сокращается. Благодаря этому можно эффективно противодействовать слишком быстрому повышению уровня температуры в теплопоглощающем потоке отработанного воздуха, что, в свою очередь, привело бы к чрезмерному ускорению экзотермических окислительных реакций в загрязненном потоке отработанного воздуха и тем самым к взрывному увеличению его объема. Кроме того, следствием такого увеличения было бы то, что последующий загрязненный отработанный воздух из-за резкого увеличения гидравлического сопротивления в трубопроводах должен был бы привести к малому объемному потоку и тем самым к большой нагрузке со стороны вредных веществ, что впоследствии вызвало бы еще большую интенсификацию экзотермических окислительных реакций в потоке очищенного газа.

Сокращение объемного потока тепловыделяющего потока отработанного воздуха через рекуперативный теплообменный блок может быть осуществлено, например, с помощью по меньшей мере одной дроссельной заслонки. Предпочтительно, относительно тепловыделяющего потока отработанного воздуха она устанавливается со стороны выхода рекуперативного теплообменного блока. Это означает, что дроссельная заслонка установлена с «холодной» стороны рекуперативного теплообменного блока и тем самым подвержена только относительно незначительным тепловым нагрузкам.

При сокращении объемного потока тепловыделяющего потока отработанного воздуха через рекуперативный теплообменный блок мимо рекуперативного теплообменного блока по первому обходному трубопроводу пропускается избыточный объемный поток. Высокий уровень температуры части объемного потока, проходящей мимо рекуперативного теплообменного блока, может быть использован в целях генерации горячего воздуха и/или нагрева среды теплоносителя в другом теплообменном блоке, так что тепловая энергия может быть предоставлена в распоряжение других процессов, например, для нагрева воздуха в помещении. Таким образом, доля тепла, бесполезно выбрасываемого в окружающую атмосферу, минимизируется.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения теплообменный блок выполнен многоступенчатым, причем отдельные теплообменные ступени могут быть перемкнуты по меньшей мере одним вторым обходным трубопроводом. Перемыкание отдельных ступеней теплообменника может осуществляться в рамках регулирования процесса, например, для достижения быстрого нагрева теплопоглощающего загрязненного потока отработанного воздуха.

Сокращение объемного потока по меньшей мере частично очищенного тепловыделяющего потока отработанного воздуха (потока очищенного газа) через рекуперативный теплообменный блок для предотвращения быстрого нагрева теплопоглощающего загрязненного потока отработанного воздуха также может осуществляться в рамках регулирования.

Согласно очередному, особенно предпочтительному варианту выполнения изобретения теплопоглощающий поток отработанного воздуха после выхода из рекуперативного теплообменного блока направляется в камеру сгорания, где он может дополнительно нагреваться с помощью горелки, предпочтительно, газовой горелки. Это, в частности, целесообразно в том случае, когда повышения температуры теплопоглощающего потока отработанного воздуха в рекуперативном теплообменном блоке, обусловленного теплообменом с очищенным потоком отработанного воздуха и высвобожденной теплотой реакции, недостаточно для полного дожигания и веществ, окисляемых только при очень высоких температура (700-850°С).

Предпочтительно, мощность горелки регулируется в зависимости от температуры загрязненного потока отработанного воздуха в рекуперативном теплообменном блоке. Для этого в теплообменном блоке, предпочтительно, в нескольких местах устанавливаются датчики температуры, с тем, чтобы отслеживать изменение температуры очищаемого потока отработанного воздуха в рекуперативном теплообменном блоке и при слишком низкой температуре на выходе, соответственно, повышать ее до желательного уровня путем увеличения мощности горелки. Если нагрев теплопоглощающего потока отработанного воздуха в рекуперативном теплообменном блоке происходит слишком быстро, то мощность горелки снижается до минимума, а при необходимости уменьшается объемный поток очищенного потока отработанного воздуха через рекуперативный теплообменный блок.

Согласно очередному предпочтительному варианту выполнения изобретения по меньшей мере частично очищенный, нагретый поток отработанного воздуха после выхода из рекуперативного теплообменного блока для последующего окисления окисляемых веществ пропускается через катализаторный блок. При этом используется то обстоятельство, что окисление определенных веществ при сравнительно низкой температуре сильно стимулируется в присутствии катализатора, например, в виде керамического сыпучего материала и/или керамических дырчатых камней.

Согласно одному из особенно предпочтительных вариантов выполнения изобретения по меньшей мере частично очищенный, нагретый поток отработанного воздуха по выходе из рекуперативного теплообменного блока сначала подается в камеру сгорания, а затем в катализаторный блок. Благодаря этому становится возможным дожигание веществ, окисляющихся при сравнительно низких температурах, уже в рекуперативном теплообменном блоке, причем уровень температуры в потоке отработанного воздуха за счет теплоты реакции продолжает повышаться. Такие вещества, которые при этих температурах еще не сгорают, могут затем дожигаться в камере сгорания в пламени горелки. Наконец, те вещества, которые дожигаются лишь при исключительно высоких температурах, могут дожигаться в катализаторном блоке при сравнительно низких температурах. При этом в таком случае никакого дальнейшего заметного повышения температуры не происходит.

Кроме того, вышеуказанная задача решается с помощью устройства для термической очистки потока отработанного воздуха, загрязненного окисляемыми веществами, в частности, для осуществления способа по одному из п.п.1-12 формулы изобретения,

- с рекуперативным теплообменным блоком, через который поток отработанного воздуха (поток неочищенного газа), загрязненный окисляемыми веществами, пропускается в качестве теплопоглощающего потока вещества, причем окисляемые вещества по меньшей мере частично окисляются в ходе экзотермической реакции, причем уровень температуры потока отработанного воздуха дополнительно повышается,

- причем нагретый поток отработанного воздуха (поток очищенного газа), очищенный таким образом по меньшей мере частично путем окисления, пропускается через рекуперативный теплообменный блок в качестве тепловыделяющего потока вещества, так что энергия активации при этом поставляется для экзотермической реакции.

К преимуществам устройства согласно изобретению вышесказанное относится соответственно. В частности, устройство, согласно изобретению, является простым и обеспечивает непрерывную очистку путем окисления загрязненного потока отработанного воздуха.

Согласно очередному варианту выполнения изобретения, в направлении течения теплопоглощающего потока отработанного воздуха (потока неочищенного газа) за рекуперативным теплообменным блоком установлена камера сгорания с горелкой, причем горелка, предпочтительно, является газовой горелкой. Благодаря этому температура в потоке отработанного воздуха, после того как он прошел через рекуперативный теплообменный блок, может продолжать повышаться.

Согласно очередному варианту выполнения изобретения, предусмотрено регулирующее устройство, рассчитанное таким образом, чтобы мощность горелки и/или объемный поток по меньшей мере частично очищенного, нагретого потока отработанного воздуха (потока очищенного газа) регулировались теплообменным блоком. С помощью этого регулирующего устройства добиваются того, чтобы повышение температуры потока неочищенного газа в рекуперативном теплообменном блоке происходило за счет высвобождающейся теплоты реакции и чтобы, в частности, дело не доходило до каких бы то ни было взрывных увеличений объема в результате слишком сильного нагрева при очень высокой концентрации окисляемых веществ. Если датчики температуры, установленные в теплообменном блоке, констатируют чересчур сильное повышение температуры отработанного воздуха, то объемный поток по меньшей мере частично очищенного потока отработанного воздуха (потока очищенного газа) быстро сокращается теплообменником.

Кроме того, регулирующее устройство может быть рассчитано таким образом, чтобы в установленном месте устройства, например, в камере сгорания, выдерживался заданный интервал температур. Это может осуществляться, например, путем регулирования мощности горелки. Так, например, при чересчур незначительном повышении температуры в загрязненном потоке воздуха в теплообменном блоке для достижения требуемого уровня температуры может повышаться мощность горелки. Если, наоборот, температура в теплообменном блоке повышается чересчур сильно, то, с одной стороны, может быть уменьшена мощность горелки, а при необходимости дополнительно уменьшен объемный поток по меньшей мере частично очищенного потока отработанного воздуха через теплообменный блок.

Кроме того, предпочтительно, чтобы регулирующее устройство было рассчитано таким образом, чтобы перемыкание отдельных теплообменных ступеней дополнительно регулировалось с помощью теплопоглощающего потока отработанного воздуха (потока неочищенного газа) в зависимости от температуры теплопоглощающего потока отработанного воздуха в теплообменном блоке.

Другой аспект изобретения касается установки для нанесения покрытий и/или для сушки материала в виде полотнища с устройством по одному из п.п.13-24 формулы изобретения.

Ниже изобретение более подробно поясняется со ссылкой на чертежи, изображающие примеры выполнения, на которых

фиг.1 изображает вид сбоку устройства для термического дожигания потока отработанного воздуха, содержащего окисляемые вещества, в разрезе,

фиг.2 - разрез устройства на фиг.1 в сечении по линии II-II на фиг.1,

фиг.3 - блок-схема другого устройства для термической очистки потока отработанного воздуха, содержащего окисляемые вещества.

Устройство на фиг.1 содержит центральный рекуперативный теплообменный блок W, который в данном случае разделен на четыре отдельные теплообменные ступени 1, 2, 3, 4. Четыре теплообменные ступени 1-4 расположены в двух корпусах из жаропрочной стали попарно друг над другом и могут быть выполнены в виде трубчатых или пластинчатых теплообменников.

Как, в частности, следует из фиг.2, теплообменные ступени 1-4 соединены между собой таким образом, что направленный в теплообменную ступень 1 поток отработанного воздуха (поток неочищенного газа), содержащий окисляемые вещества, сначала проходит через теплообменные ступени 1 и 2, затем по внешней проводящей системе 32 из теплообменной ступени 2 в теплообменную ступень 3, оттуда в теплообменную ступень 4, а затем по трубопроводу 54 выходит из теплообменного блока W. Таким образом, для потока неочищенного газа четыре теплообменные ступени 1-4 соединены последовательно.

Кроме того, устройство на фиг.1 содержит камеру 5 сгорания, в которой установлена запальная горелка, выполненная в виде компактной газовой горелки, которая также способна разгонять устройство термически. Камера 5 сгорания, в свою очередь, соединена с катализаторным блоком 6, в данном случае расположенным над ней, который может содержать каталитически эффективные керамический сыпучий материал и/или керамические дырчатые камни. В направлении потока за катализаторным блоком 6 расположен верхний распределительный трубопровод 7, в свою очередь, соединенный с установленными друг над другом теплообменными ступенями 3 и 4, а также 1 и 2.

Кроме того, верхний трубопровод 7 переходит в первый обходный трубопровод 8, которым могут перемыкаться теплообменные ступени 1-4. Как установленные друг над другом теплообменные ступени 1 и 2, а также 3 и 4, так и первый обходный трубопровод 8 переходят в нижний распределительный трубопровод 9, в свою очередь, соединенный с дымовой трубой 10. Со стороны выхода обеих пар 2, 1 и 4, 3 теплообменных ступеней (относительно протекающего сверху вниз тепловыделяющего очищенного потока отработанного воздуха (потока очищенного газа) над нижним распределительным трубопроводом 9 установлена соответствующая дроссельная заслонка 14, посредством которой регулируется объемный поток очищенного газа через пары 1, 2 и 3, 4 теплообменных ступеней. В данном случае в дымовой трубе 10 установлен еще один дополнительный теплообменный блок 11.

Принцип действия устройства на фиг.1 является следующим:

Поток отработанного воздуха (поток неочищенного газа) Ro, содержащий окисляемые вещества, например, пары растворителей в виде углеводородов различного рода, через вентилятор 13 подается в устройство и поступает, как показано на фиг.1, в теплообменную ступень 1 теплообменного блока W. Как видно из таблицы 1, этот загрязненный поток отработанного воздуха обычно имеет температуру 200-350°С (точка V3 измерения, см. таблицу 1). Как описано выше, загрязненный поток отработанного воздуха поступает из теплообменной ступени 1 в последующие теплообменные ступени 2-4, как это показано соответствующей стрелкой на фиг.1. При этом последовательном прохождении отдельных теплообменных ступеней 1-4 поток Ro неочищенного газа сильно нагревается в результате теплообмена с движущимся обратно очищенным потоком очищенного газа. При этом часть углеводородов, содержащихся в потоке Ro неочищенного газа, уже начинает загораться, вследствие чего поток неочищенного газа продолжает нагреваться за счет высвобождающейся теплоты реакции. Затем по трубопроводу 54 таким образом частично уже нагретый поток отработанного воздуха (все еще именуемый потоком неочищенного газа) поступает в камеру 5 сгорания, где он при необходимости продолжает нагреваться горелкой 5а до целевой температуры порядка 600-700°С (точка V 3.1 измерения). Дополнительный нагрев с помощью горелки может отпасть, если уже произошло достаточное повышение температуры.

Как, опять-таки, видно из таблицы 1, загрязнение потока Ro неочищенного газа в результате дожигания углеводородов в потоке Ro неочищенного газа продолжает снижаться с первоначально обычных 8 г/норм.м³, т.е. термическая очистка потока неочищенного газа продолжается, так что, как правило, до 95% углеводородов уже дожжены и превращены в безвредные вещества. После этого далее очищаемый поток Ro неочищенного газа подается из камеры 5 сгорания в катализаторный блок 6, где еще оставшиеся углеводороды (около 5%) термически окисляются, так что загрязнение потока отработанного воздуха вредными веществами в районе точки V4 измерения спадает до 0-2 г/норм.м³. Высокие температуры порядка 750-850°С, господствующие в этом районе, в конечном счете, обеспечивают такое положение, что оставшиеся доли углеводорода в потоке отработанного воздуха, который здесь называется потоком Re очищенного газа, опускаются в предверии точки V4.0 измерения до 0.

Таким образом полностью очищенный поток Re отработанного воздуха при температуре 800-950°С устремляется параллельно в теплообменники 1 и 2, а также 3 и 4, причем частичный поток, протекающий через теплообменные ступени 3 и 4, в районе точки V4.1 измерения охлаждается до температуры 750-650°С. В районе точки V4.2 измерения температура очищенного газа составляет только 550-400°С. Затем снова сведенные вместе частичные потоки Re очищенного газа попадают в дымовую трубу 8 для отработанного воздуха, где они сначала протекают еще через дополнительный теплообменный блок 12. При этом они отдают свое остаточное тепло холодному потоку свежего воздуха с начальной температурой 0-450°С, после чего он нагревается до температуры 300-450°С. После выхода из этого теплообменного блока 12 очищенный поток Re отработанного воздуха имеет температуру 350-120°С, с которой он выбрасывается в атмосферу.

Теперь устройство на фиг.1 снабжено (не показанным) регулирующим устройством, рассчитанным таким образом, что в зависимости от температуры, зафиксированной соответствующими (не показанными) датчиками температуры в различных местах рекуперативного теплообменного блока W и в камере 5 сгорания, могут регулироваться мощность горелки и объемный поток очищенного потока отработанного воздуха (очищенного газа) через рекуперативный теплообменный блок W. Можно также регулировать только мощность горелки 5а или же объемный поток очищенного потока Re отработанного воздуха через теплообменный блок W.

При этом регулирование служит для настройки температуры неочищенного газа в области камеры 5 сгорания до 600-700°С. Если, например, доля углеводородов в потоке Ro отработанного воздуха со стороны неочищенного газа вдруг возрастает, то это ведет к подъему температуры в теплообменных ступенях 1-4, поскольку при окислении части углеводородов в теплообменных ступенях 1-4 высвобождается большее количество теплоты реакции. При увеличении содержания вредных веществ на 1 г/норм.м³ с хорошим приближением при этом можно исходить из повышения температуры порядка 25 К. Чтобы воспрепятствовать этому повышению температуры, объемный поток горячего потока Re очищенного газа сверху через теплообменные ступени 1-4 снижается с помощью регулирующего устройства посредством дроссельных заслонок, что ведет к тому, что по первому обходному трубопроводу 8 в дымовую трубу 11 для отработанного воздуха подается, соответственно, большая доля очищенного газа Re. Если же, напротив, доля углеводородов в потоке Ro отработанного воздуха со стороны неочищенного газа снова понижается, то через теплообменные ступени 1-4 сможет протекать, соответственно, большая доля потока Re очищенного газа, поскольку выделяется меньше теплоты реакции. Если концентрация углеводородов в потоке Ro отработанного воздуха со стороны неочищенного газа продолжает понижаться, так что повышения температуры за счет теплоты реакции в теплообменных ступенях 1-4 для обеспечения в камере 5 сгорания желательного температурного диапазона становится недостаточно, то поток Ro неочищенного газа в отработанном воздухе дополнительно нагревается с помощью горелки 5а.

Таким образом, постоянный уровень температуры в области камеры 5 сгорания можно устанавливать. Для минимизации использования горелкой 5а посторонней энергии регулирование, предпочтительно, устанавливается с таким расчетом, чтобы желательный температурный диапазон порядка, например, 600-700°С, достигался лишь за счет применяемого в теплообменных ступенях 1-4 дожигания углеводородов и высвобождающейся при этом теплоты реакции.

Таблица 1 Точка измерения Название Температура Давление Содержание     °С Па г/норм.м³ V 3 неочищенный газ 200-350 700 макс. 8,5 V 3.1 неочищенный газ 600-700 550 5-8,5 V 4 очищенный газ 750-850 400 0-2 V 4.0 очищенный газ 800-950 300 0 V 4.1 очищенный газ после теплообм. ст. 3 и 4 750-650 140 0 V 4.2 очищенный газ после теплообм. ст. 1 и 2 550-400 120 0 V 6 воздух в холодной трубе после теплообм. блока 12 350-120 20 0 V 5 свежий воздух 0-30   0 V 5.1 горячий воздух после теплообм. блока 12 300-450   0

На фиг.3 изображено другое устройство для термической очистки потока отработанного воздуха, содержащего окисляемые вещества, в очень схематичном виде.

В блоке 20´ для нанесения покрытий материал в виде полотнища, например, металлическая лента М, снабжается покрытием, содержащим растворитель. Затем лента с таким покрытием проходит три последовательно установленных отделочных печи 20a´, 20b´, 20c´, в которых низкокипящие составляющие растворителя (например, спирты и кетоны), точно так же, как и высококипящие составляющие, переходят в паровую фазу и отсасываются из отделочных печей 20a´- 20c´. Затем содержащий эти углеводороды отработанный воздух Ro (поток неочищенного газа), имеющий температуру около 100°С (см. таблицу 2), подается в общей сложности в четырехступенчатый теплообменный блок W´.

В нем он последовательно проходит четыре теплообменные ступени 1´, 2´, 3´, 4´, причем в результате теплообмена с горячим потоком Re отработанного воздуха (потоком очищенного газа) он последовательно нагревается. При этом при незагрязненном потоке отработанного воздуха теоретически повышение температуры происходит с первоначальных 100°С до 700°С. Если отработанный воздух Ro со стороны неочищенного газа, как записано в таблице 2, содержит в качестве окисляемых веществ углеводороды, то в теплообменных ступенях 3´ и 4´ уже начинается экзотермическая окислительная очистка потока Ro отработанного воздуха, вследствие чего за счет высвобождающейся теплоты реакции на выходе теплообменной ступени 4´ (точка W5 измерения, см. таблицу 2) температура загрязненного потока Ro отработанного воздуха повышается до целевой температуры, например, до 845°С. При такой температуре сгорают 90-95% углеводородов.

Теперь с помощью горелки 5а´, установленной в камере 5´ сгорания, уровень температуры загрязненного потока отработанного воздуха при необходимости может быть повышен еще больше. После выхода из камеры 5´ сгорания поток Ro отработанного воздуха, еще содержащий незначительный остаток углеводородов (например, 0,5 г/норм.м³), поступает в катализаторный блок 6´, где остающиеся доли углеводородов дожигаются на поверхности материала катализатора. При этом происходит лишь очень незначительное повышение температуры примерно до 850°С (точка W7 измерения).

Теперь таким образом полностью очищенный поток Re отработанного воздуха при последовательном прохождении теплообменных ступеней 4´- 1´ охлаждается с 850°С примерно до 250°С (точка W11 измерения). Затем охлажденный поток Re очищенного газа через дополнительный вентиляционный блок подается в дымовую трубу 11´), откуда он выбрасывается в атмосферу.

Устройство на фиг.3, в свою очередь, содержит (не показанное) регулирующее устройство, с помощью которого для достижения контролируемого полного дожигания углеводородов даже при изменяющейся концентрации углеводородов в отработанном воздухе из отделочных печей 20а´- 20с´ при остающемся, в целом, постоянным уровне температуры могут управляться как мощность горелки, так и система дроссельных заслонок.

Если концентрация углеводородов в отработанном воздухе Ro, например, повышается, то в теплообменных ступенях 1´-4´ происходит больший разогрев загрязненного отработанного воздуха, поскольку в результате усиленной экзотермической реакции высвобождается большее количество тепловой энергии, продолжающей нагревать поток Ro отработанного воздуха. Теперь для предотвращения чрезмерного нагрева загрязненного отработанного воздуха Ro часть потока загрязненного отработанного воздуха Ro может быть пропущена, например, мимо отдельных теплообменных ступеней по обходным трубопроводам 100´, 400´. В данном случае теплообменную ступень 100´ можно, например, перемкнуть с помощью обходного трубопровода 100´. Кроме того, теплообменные ступени 1´- 3´ можно, например, перемкнуть с помощью дополнительного обходного трубопровода 400´.

Кроме того, наряду с перемыканием отдельных теплообменных ступеней горячий тепловыделяющий поток Re очищенного газа по меньшей мере частично можно пустить в обход теплообменных ступеней 4´- 1´, для чего именно объемный поток через теплообменные ступени 4´- 1´ посредством дроссельной заслонки 14´ уменьшается, и одновременно открывается дроссельная заслонка 8а´, так что часть потока очищенного газа пропускается по первому обходному трубопроводу 8´. При этом одновременно нагревается свежий воздух, отведенный из установки для нанесения покрытий через дополнительную теплообменную ступень 12´ и поданный в отделочные печи 20а´- 20с´ по трубопроводу 20d´ в качестве горячего воздуха. Если регулирующее устройство устанавливает, что нагрев загрязненного потока Ro отработанного воздуха в четырех теплообменных блоках 1´- 4´ достаточен, то мощность горелки может быть снижена до минимума, вследствие чего в процесс не должно будет подаваться никакой посторонней энергии.

Если загрязненный поток Ro отработанного воздуха, напротив, обнаруживает лишь относительно незначительные концентрации углеводородов, то поток Ro отработанного воздуха проходит через все теплообменные блоки 1´- 4´, для чего дроссельные заслонки обходных трубопроводов 100´, 400´ закрываются, так что между горячим потоком Re очищенного газа и загрязненным отработанным воздухом Ro происходит максимальный теплообмен. Одновременно путем повышения мощности горелки за счет закрытия обходного трубопровода 8´ можно добиться желательного уровня температуры за четвертым теплообменным блоком 4´, или в камере 5´ сгорания.

Таблица 2 Название Теплообменник Температура Содержание     °С г/норм.м³ неочищенный газ W1 теплообменник 100 неочищенный газ 100 6 неочищенный газ W2 теплообменник 200 неочищенный газ 250 6 неочищенный газ W3 теплообменник 300 неочищенный газ 400 6 неочищенный газ W4 теплообменник 400 неочищенный газ 550 6 неочищенный газ W5 до газ. горелки 845 0,5 горелка W6 после газ. горелки 837,5 0,5 очищенный газ W7 после очистителя 850 0 очищенный газ W8 теплообменник 400 очищенный газ 700 0 очищенный газ W9 теплообменник 300 очищенный газ 550 0 очищенный газ W10 теплообменник 200 очищенный газ 400 0 воздух дымовой трубы W11 теплообменник 100 неочищенный газ 250 0

Таким образом, изобретение предлагает способ и устройство для термической очистки потока отработанного воздуха, содержащего окисляемые вещества, которые обеспечивают полную очистку потока отработанного воздуха автаркическим промышленным способом.

Изобретение относится к способу и устройству для термического дожигания отработанного воздуха, содержащего окисляемые вещества. Способ термической очистки потока (Ro) отработанного воздуха, содержащего окисляемые вещества, путем термического дожигания, где поток отработанного воздуха (поток неочищенного газа) (Ro), содержащий окисляемые вещества, пропускают через многоступенчатый рекуперативный теплообменный блок (W, W′), причем окисляемые вещества по меньшей мере частично окисляются в ходе экзотермической реакции, причем поток (Ro) отработанного воздуха нагревается дополнительно. По меньшей мере, частично очищенный, таким образом, путем окисления нагретый поток отработанного воздуха (поток очищенного газа) (Re) в качестве потока вещества, отдающего тепло, пропускают, по меньшей мере, через один рекуперативный теплообменный блок (W, W′) и при этом поставляет энергию активации для экзотермической реакции. При слишком быстром нагреве теплопоглощающего загрязненного потока отработанного воздуха (потока неочищенного газа) (Ro) объемный поток тепловыделяющего, по меньшей мере, частично очищенного нагретого потока отработанного воздуха (потока очищенного газа) (Re) через рекуперативный теплообменный блок (W, W') сокращается. Изобретение позволяет повысить эффективность процесса очистки и снизить использование энергии извне и расходы на содержание и эксплуатацию оборудования. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

1. Способ термической очистки потока (Ro) отработанного воздуха, содержащего окисляемые вещества, путем термического дожигания,
- где поток отработанного воздуха (поток неочищенного газа) (Ro), содержащий окисляемые вещества, пропускают через многоступенчатый рекуперативный теплообменный блок (W, W'), причем окисляемые вещества, по меньшей мере, частично окисляются в ходе экзотермической реакции, причем поток (Ro) отработанного воздуха нагревается дополнительно,
- где, по меньшей мере частично, очищенный таким образом путем окисления нагретый поток отработанного воздуха (поток очищенного газа) (Re) в качестве потока вещества, отдающего тепло, пропускают по меньшей мере через один рекуперативный теплообменный блок (W, W′) и при этом поставляет энергию активации для экзотермической реакции,
- где при слишком быстром нагреве теплопоглощающего загрязненного потока отработанного воздуха (потока неочищенного газа) (Ro) объемный поток тепловыделяющего, по меньшей мере частично, очищенного нагретого потока отработанного воздуха (потока очищенного газа) (Re) через рекуперативный теплообменный блок (W, W′) сокращается.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сокращение объемного потока тепловыделяющего потока отработанного воздуха (потока очищенного газа) (Re) через рекуперативный теплообменный блок (W, W′) осуществляется с помощью по меньшей мере одной дроссельной заслонки (14, 14′).

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что дроссельная заслонка (14, 14′) относительно тепловыделяющего потока отработанного воздуха (потока очищенного газа) (Re) установлена со стороны выхода рекуперативного теплообменного блока (W, W′).

4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что при сокращении объемного потока тепловыделяющего потока отработанного воздуха (потока очищенного газа) (Re) через рекуперативный теплообменный блок (W, W′) в обход рекуперативного теплообменного блока (W, W′) по первому обходному трубопроводу (8, 8′) пропускается избыточный объемный поток.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что теплообменный блок (W, W') выполнен многоступенчатым, а по меньшей мере одна теплообменная ступень (1′, 2′, 3′) перемыкается по меньшей мере одним вторым обходным трубопроводом (100′, 400′).

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что частично очищенный, нагретый поток (Re) отработанного воздуха после выхода из рекуперативного теплообменного блока (W, W′) направляется в камеру (5, 5′) сгорания и там дополнительно нагревается с помощью горелки (5а, 5а′).

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что мощность горелки регулируется в зависимости от температуры загрязненного потока (Ro) отработанного воздуха в рекуперативном теплообменном блоке (W, W′).

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что частично очищенный, нагретый поток (Ro) отработанного воздуха после выхода из рекуперативного теплообменного блока (W, W′) для последующего окисления окисляемых веществ пропускается через катализаторный блок (6, 6′).

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что катализаторный блок (6, 6′) содержит керамический сыпучий материал и/или керамические дырчатые камни.

10. Способ по одному из пп.6-9, отличающийся тем, что, по меньшей мере частично, очищенный, нагретый поток (Ro) отработанного воздуха по выходе из рекуперативного теплообменного блока (W, W′) сначала подается в камеру (5,5′) сгорания, а затем в катализаторный блок (6, 6′).

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что тепловыделяющий поток отработанного воздуха (поток очищенного газа) (Re) по выходе из рекуперативного теплообменного блока (W, W') или после прохождения первого обходного трубопровода (14, 14') для генерации горячего воздуха и/или для нагрева среды теплоносителя пропускается через дополнительный теплообменный блок (12).

12. Устройство для термической очистки потока (Ro) отработанного воздуха, загрязненного окисляемыми веществами, в частности, для осуществления способа по одному из пп.1-11,
- с рекуперативным теплообменным блоком (W, W′), через который поток отработанного воздуха (поток неочищенного газа) (Ro), загрязненный окисляемыми веществами, пропускается в качестве теплопоглощающего потока вещества, причем окисляемые вещества, по меньшей мере частично, окисляются в ходе экзотермической реакции и причем уровень температуры потока (Ro) отработанного воздуха повышается,
- причем нагретый поток отработанного воздуха (поток очищенного газа) (Re), очищенный таким образом, по меньшей мере частично, путем окисления, пропускается через рекуперативный теплообменный блок (W, W′) в качестве тепловыделяющего потока вещества, так что энергия активации при этом поставляется для экзотермической реакции,
- где предусмотрено регулирующее устройство, рассчитанное таким образом, что объемный поток, по меньшей мере частично, очищенного, нагретого потока отработанного воздуха (потока очищенного газа) (Re) через рекуперативный теплообменный блок (W, W′) регулируется в зависимости от температуры загрязненного теплопоглощающего потока отработанного воздуха (потока неочищенного газа) (Ro), где при слишком быстром нагреве теплопоглащающего загрязненного потока отработанного воздуха (потока неочищенного газа) (Ro) объемный поток тепловыделяющего, по меньшей мере частично, очищенного нагретого потока отработанного воздуха (потока очищенного газа) (Re) через рекуперативный теплообменный блок (W, W′) сокращается.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что по меньшей мере для частичного перемыкания рекуперативного теплообменного блока, по меньшей мере частично, очищенным путем окисления нагретым потоком отработанного воздуха (потоком очищенного газа) (Re) предусмотрен первый обходный трубопровод (14, 14′).

14. Устройство по п.12 или 13, отличающееся тем, что рекуперативный теплообменный блок (W, W′) выполнен в виде многоступенчатой теплообменной системы.

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что для перемыкания по меньшей мере одной теплообменной ступени (1′, 2′, 3′) предусмотрен по меньшей мере один второй обходный трубопровод (100′, 400′) с переменным регулируемым расходом.

16. Устройство по п.12, отличающееся тем, что в направлении течения теплопоглощающего потока отработанного воздуха (потока неочищенного газа) (Ro) за рекуперативным теплообменным блоком (W, W′) установлена камера (5, 5′) сгорания с горелкой (5а, 5а′).

17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что горелкой является газовая горелка (5а, 5а′).

18. Устройство по п.12, отличающееся тем, что в направлении течения загрязненного теплопоглощающего потока отработанного воздуха (Ro) за рекуперативным теплообменным блоком (W, W′) для дальнейшего окисления установлен катализаторный блок (6, 6′).

19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что катализаторный блок (6, 6′) содержит керамический сыпучий материал и/или керамические дырчатые камни.

20. Устройство по одному из пп.16-19, отличающееся тем, что катализаторный блок (6, 6′) установлен в направлении течения загрязненного теплопоглощающего потока отработанного воздуха (Ro) позади камеры (5, 5′) сгорания.

21. Устройство по п.12, отличающееся тем, что предусмотрено регулирующее устройство, рассчитанное таким образом, что мощность горелки регулируется в зависимости от температуры загрязненного теплопоглощающего потока отработанного воздуха (потока неочищенного газа) (Ro).

22. Устройство по п.21, отличающееся тем, что предусмотрено дополнительное регулирующее устройство, которое рассчитано таким образом, чтобы перемыкание отдельных теплообменных ступеней (1′, 2′, 3′) теплопоглощающим потоком отработанного воздуха (потоком неочищенного газа) (Ro) дополнительно регулировалось в зависимости от температуры теплопоглощающего потока (Ro) отработанного воздуха в рекуперативном теплообменном блоке (W, W′).

23. Устройство по п.12, отличающееся тем, что в направлении течения, по меньшей мере частично, очищенного теплопоглощающего потока (Ro) отработанного воздуха за рекуперативным теплообменным блоком (W, W') установлен дополнительный теплообменный блок (12) для генерации горячего воздуха и/или для нагрева среды теплоносителя.

24. Устройство для нанесения покрытия и/или для сушки материала в виде полотнища с устройством по одному из пп.12-23.