【廢氣熱交換器技術(shù)分析】

  廢氣熱交換器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是裝置的首要關(guān)鍵點(diǎn)，直接影響著裝備運(yùn)行的穩(wěn)定性和處理效率。在設(shè)計(jì)和安裝調(diào)試中需要考慮到以下幾個(gè)因素。

（1）氣體流動(dòng)情況與運(yùn)行成本。氣體流動(dòng)湍流程度越高，換熱效率就越高。湍流程度增加，意味著操作費(fèi)用上也會(huì)隨之增加。在設(shè)計(jì)過(guò)程中既要考慮到運(yùn)行效果，也要考慮設(shè)備制造成本和操作費(fèi)用，因此需要對(duì)換熱器流體狀態(tài)方面進(jìn)行優(yōu)化。

（2）換熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)與材料的選擇。換熱器管壁兩側(cè)均為氣相流體，前后進(jìn)出口氣量基本接近，根據(jù)換熱器傳熱計(jì)算公式，為了增加熱交換效率，需要提高兩側(cè)氣體的傳熱系數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，在熱交換管內(nèi)外安裝耐溫翅熱片，換熱效果會(huì)明顯增加。另外熱交換進(jìn)出口兩側(cè)分別為高、低溫，氣體溫差較大，對(duì)材料抗熱應(yīng)力性能要求較高，因此生產(chǎn)制造中需要采用抗熱應(yīng)力材料。

（3）換熱器的布置與運(yùn)行的穩(wěn)定性。對(duì)于換熱器的整體布置，一般情況下，立式或者臥式布置。本設(shè)計(jì)中為節(jié)省裝備的占用面積，熱交換器采用相對(duì)水平方向45 度排布。但應(yīng)注意的是，進(jìn)、出氣流會(huì)對(duì)換熱器管壁產(chǎn)生沖卸力，兩種沖卸力對(duì)換熱器共同作用，形成扭矩，極大的影響了換熱器的穩(wěn)定運(yùn)行，因此需要對(duì)換熱器四角和側(cè)壁進(jìn)行牢固焊接。

（4）密封性。進(jìn)口氣體中含一定濃度的VOCs，出口氣體中基本不含有VOCs，熱交換器不進(jìn)行密封處理，會(huì)出現(xiàn)“串氣”現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)備出口氣體不能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)此，將換熱器冷端進(jìn)口處與換熱器氣體進(jìn)口之間、熱端出口與裝備出口之間用金屬直角擋板進(jìn)行密封焊接。

【電加熱器區(qū)域結(jié)構(gòu)技術(shù)分析】

 電加熱器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)會(huì)影響后續(xù)的催化燃燒工序，是該裝置設(shè)計(jì)的第二關(guān)鍵點(diǎn)。氣體經(jīng)加熱后進(jìn)入催化劑床層時(shí)，對(duì)氣體流動(dòng)和溫度要求較高，具體如下：其一，氣體溫度需均勻，若溫度存在差異，經(jīng)加熱的氣體進(jìn)入催化床層反應(yīng)后，導(dǎo)致催化床層溫度出現(xiàn)不均勻。催化氧化反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，繼而更容易出現(xiàn)床層溫度超出設(shè)計(jì)溫度的情況，影響催化劑的壽命。其二，氣體流動(dòng)盡量均勻，對(duì)于催化劑，最理想的情況是每個(gè)催化劑活性位都能與VOCs 分子同一停留時(shí)間接觸反應(yīng)。若流動(dòng)狀態(tài)不均勻，VOCs 分子停留時(shí)間上會(huì)出現(xiàn)差異，繼而會(huì)影響到催化劑的使用效率和使用成本。

 本方案中加熱區(qū)域位于熱交換器、隔離板之間，形成“梯形”結(jié)構(gòu)，換熱器出口氣流會(huì)與器壁存在碰撞，會(huì)損失部分能量，氣體流動(dòng)也不均勻，對(duì)此保證氣體能夠均yi流通、均勻加熱是設(shè)計(jì)中必須要考慮到的。

 為了達(dá)到以上目的，本方案在“梯形”區(qū)域下部加熱區(qū)域要求加熱功率要低并設(shè)置非均一孔金屬網(wǎng)，靠近設(shè)備壁處設(shè)置小孔（孔徑接近整體式催化劑孔徑），目的是增加部分阻力，抵擋住拐角氣流的沖力，均勻氣流。在靠近擋板處網(wǎng)孔設(shè)置大孔，方便氣流的正常通過(guò)。另外在加熱棒之間參插大孔徑的金屬網(wǎng)塊，一方面加熱棒表面會(huì)產(chǎn)生高溫?zé)彷椛?，輻射至金屬網(wǎng)塊表面，加速了金屬網(wǎng)塊的加熱過(guò)程，除此之外，金屬網(wǎng)塊會(huì)進(jìn)行快速熱傳導(dǎo)，擴(kuò)大了加熱范圍，提高了氣- 固傳熱接觸面積。但在實(shí)際制造中還需要對(duì)加熱棒和網(wǎng)塊之間進(jìn)行絕緣處理，或者在加熱棒外部套入隔網(wǎng)，防止觸碰導(dǎo)電。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)試，在氣量3000m3/h，氣體出口溫度測(cè)量截面點(diǎn)溫度相差5%，整體加熱區(qū)域氣體阻力大約30~50Pa，氣流均勻性較好。

【催化燃燒催化劑技術(shù)分析】

對(duì)于氣流在催化劑中的相關(guān)狀態(tài)和要求，在上述中已部分介紹。除前述外，對(duì)催化劑設(shè)計(jì)和改造上還需要考慮以下重要的環(huán)節(jié)。

（1）處理廢氣量應(yīng)減少。廢氣量增大，若要達(dá)到規(guī)定去除率，在催化劑去除能力不變的情況下，需要增加催化劑的用量，但目前市場(chǎng)來(lái)看，效果較好的催化燃燒催化劑單價(jià)（元/m3）均在十幾萬(wàn)元，會(huì)增加設(shè)備的成本。在實(shí)際操作中，可以先對(duì)廢氣的VOCs進(jìn)行濃縮預(yù)處理（濃縮操作需要低于bao炸極限），再通過(guò)脫附操作將VOCs 脫附出來(lái)（脫附濃度也需要低于bao炸極限），以降低裝置的使用投資成本和操作。

（2）在催化劑用量計(jì)算上，需要綜合考慮到催化劑的類型、VOCs的組成、反應(yīng)溫度等因素，不能只參照某一因素考慮。

（3）催化劑選擇應(yīng)嚴(yán)謹(jǐn)。比如催化劑對(duì)含鹵素氣體要求較高，需優(yōu)先對(duì)該種廢氣進(jìn)行預(yù)處理，然而這樣會(huì)大大增加處理成本，因此要在工藝優(yōu)化、成本綜合計(jì)算之后才能確定催化劑。對(duì)于可能會(huì)導(dǎo)致催化劑中毒的物質(zhì)，需要對(duì)中毒物質(zhì)進(jìn)行預(yù)先去除。

（4）催化劑使用過(guò)程中，需要保持表面潔凈，即定期對(duì)催化劑進(jìn)行清洗工作。可以采用壓縮空氣、過(guò)熱蒸汽、洗滌劑等方式進(jìn)行清洗。對(duì)于廢氣中含有少量的有機(jī)顆粒，在低于設(shè)計(jì)溫度下運(yùn)行操作時(shí)，不完全燃燒易導(dǎo)致催化劑表面結(jié)碳，堵塞催化劑活性位，降低了催化劑使用效率，此時(shí)通入高溫蒸汽可以通過(guò)重整反應(yīng)，去除積碳，可以還原催化劑的活性。

（5）在催化劑材質(zhì)上，zui好選用導(dǎo)熱性能高的材料，比如整體式催化劑采用鋁金屬基，由于鋁金屬材料本身導(dǎo)熱性能高，加熱后的氣體經(jīng)過(guò)金屬催化劑床層，催化劑活性組分可以迅速被起燃，催化效率很高。經(jīng)測(cè)試，在裝置實(shí)際調(diào)試運(yùn)行期間，催化劑被起燃的時(shí)間可以縮短50%~60%（與堇青石整體式蜂窩催化劑進(jìn)行對(duì)比），另外金屬材質(zhì)蓄熱能力低，這樣催化劑出口氣體的溫度會(huì)得到一定的提升，在一定的程度上熱量可以得到更好的回收利用。

（6）催化劑的裝填也會(huì)對(duì)氣體的流動(dòng)分布和催化劑床層溫度分布產(chǎn)生影響。在裝填中需要考慮到催化劑的密實(shí)性，裝填中要求均勻裝填，緊密一致，無(wú)空隙，催化劑床層邊壁保溫。在整體式催化劑層與層間以及催化劑床層邊緣處可以適當(dāng)?shù)奶砣攵嗫啄透邷鼐d，既可以避免由于層間孔道的錯(cuò)位、邊緣空隙導(dǎo)致的氣流上的不均勻性和壁效應(yīng)導(dǎo)致的氣體溝流、短流等現(xiàn)象，同時(shí)邊壁添入耐高溫綿之后會(huì)對(duì)設(shè)備起到一定的保溫效果。另外整體催化劑裝填前需要檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果上需要符合相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。