回旋轉(zhuǎn)輪設(shè)備在有機(jī)廢氣處理中的應(yīng)用

嘉園環(huán)保股份有限公司 吳清陽

1 有機(jī)廢氣處理轉(zhuǎn)輪內(nèi)部結(jié)構(gòu)改造要求

為了使傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)輪應(yīng)用到有機(jī)廢氣處理的吸附和脫附工序中，轉(zhuǎn)輪的內(nèi)部必須改造成適合工序的結(jié)構(gòu)。在轉(zhuǎn)輪內(nèi)部的密封系統(tǒng)均布分割為8個(gè)、10個(gè)、12個(gè)或16個(gè)區(qū)域，各區(qū)域都為單獨(dú)的脫吸附室，區(qū)域之間不連通。區(qū)域內(nèi)部裝填能處理有機(jī)廢氣的吸附材料，如蜂窩碳、纖維碳或顆粒碳等。轉(zhuǎn)輪沿中軸在做緩慢連續(xù)旋轉(zhuǎn)，以保證整個(gè)過程的脫附和吸附同時(shí)進(jìn)行。以均布分割為 12個(gè)區(qū)域的轉(zhuǎn)輪為例，如圖 1所示。連續(xù)的8個(gè)區(qū)域?yàn)槲絽^(qū)域，1個(gè)區(qū)域?yàn)槊摳絽^(qū)域，由吸附區(qū)向脫附區(qū)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)脫附區(qū)前的1個(gè)區(qū)域?yàn)檫^渡區(qū)，出脫附區(qū)的第一個(gè)區(qū)域?yàn)檫^渡區(qū)，第二個(gè)區(qū)域?yàn)槔鋮s區(qū)。轉(zhuǎn)輪在旋轉(zhuǎn)的過程中，脫附和吸附的區(qū)域在不斷變換。

圖1 轉(zhuǎn)輪12個(gè)區(qū)域的結(jié)構(gòu)示意圖

當(dāng)要處理的有機(jī)廢氣進(jìn)入轉(zhuǎn)輪 240℃扇形的吸附區(qū)域時(shí)，廢氣中的有機(jī)污染分子被轉(zhuǎn)輪內(nèi)的吸附劑吸收，沿著旋轉(zhuǎn)方向，第一吸附區(qū)旋轉(zhuǎn)到第八吸附區(qū)時(shí)，該區(qū)域的轉(zhuǎn)輪因吸收了一定量的污染有機(jī)分子而趨向飽和；隨著轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，該區(qū)域經(jīng)過渡區(qū)后進(jìn)脫附區(qū)進(jìn)行熱風(fēng)脫附處理。脫附的過程，熱風(fēng)同時(shí)對吸附材料進(jìn)行加熱。當(dāng)轉(zhuǎn)到冷卻區(qū)時(shí)，主要對吸附材料進(jìn)行冷卻處理，使吸附材料恢復(fù)吸附功能。整個(gè)轉(zhuǎn)輪繞著中心軸旋轉(zhuǎn)，在脫吸附的氣體流向始終保持不變情況下，實(shí)現(xiàn)脫吸附區(qū)域的不間斷連續(xù)工作。

2 有機(jī)廢氣處理轉(zhuǎn)輪改造后各種參數(shù)分析

設(shè)備的驅(qū)動(dòng)采用變頻可調(diào)節(jié)馬達(dá)。通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)周期 T小時(shí)，即調(diào)節(jié)吸附區(qū)域的工作時(shí)間。假定每個(gè)吸附區(qū)域的吸附時(shí)間T吸（h），脫附時(shí)間T脫（h）。以均布分割為12區(qū)域的轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)為例，旋轉(zhuǎn)周期與脫、吸附時(shí)間之間的關(guān)系如下：

假定吸附材料吸附的飽和時(shí)間T飽（h），吸附飽和調(diào)節(jié)系數(shù) λ（λ=0.5～0.9）。

假定完全脫附時(shí)間 T全小時(shí)，脫附調(diào)節(jié)系數(shù) τ（τ=0.9～0.98）。

假定單區(qū)吸附材料有效吸附面積G（m2），吸附材料厚度 L（m）。單周期內(nèi)，有效吸附材料的體積 W吸（m3），有效脫附處理的體積W脫（m3）。吸附材料飽和吸附率為η（kg/m3）。飽和吸附總量為H飽（kg）,單周期內(nèi)允許通過轉(zhuǎn)輪吸附區(qū)的有機(jī)物總量為 H允（kg）。其參數(shù)的相互關(guān)系如下：

處理廢氣吸附風(fēng)量為M（m3/h），脫附風(fēng)量M1（m3/h），廢氣平均含污率δ（kg/m3）。那么單周期內(nèi)允許通過轉(zhuǎn)輪吸附區(qū)的有機(jī)物總量為H允，與處理量和旋轉(zhuǎn)周期的關(guān)系如下：

適合吸附材料工作的有機(jī)廢氣的流速范圍是VMIN（m/s）VMAX（m/s），假定吸附區(qū)流速為V吸（m/s）。其關(guān)系如下：

適合脫附流速范圍是 V1MIN（m/s）～V1MAX（m/s）。假定吸附區(qū)流速為V脫（m/s）。其關(guān)系如下：

在轉(zhuǎn)輪設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)，待處理廢氣的吸附風(fēng)量、廢氣含污率及吸附材料飽和吸附率為定量范圍。滿足吸附的各個(gè)參數(shù)范圍的條件下實(shí)現(xiàn)吸附的近飽和工作的同時(shí)，還必須滿足脫附區(qū)的完全脫附。設(shè)計(jì)時(shí)，轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)周期是可調(diào)節(jié)的。為保證脫吸附的平衡，還必須在調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)周期時(shí)，相應(yīng)調(diào)節(jié)脫附的風(fēng)量。滿足的參數(shù)關(guān)系如下：

對于不同分區(qū)的轉(zhuǎn)輪，各個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系不是全部一樣。具體通過調(diào)節(jié)就可得出有關(guān)的關(guān)系式。通過上述關(guān)系式，可以計(jì)算出有效吸附、脫附的過風(fēng)面積，吸附材料的裝填量，轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)周期，吸附及脫附的過風(fēng)速度，脫附風(fēng)量，轉(zhuǎn)輪的內(nèi)外直徑，轉(zhuǎn)輪的厚度等參數(shù)的許可范圍。轉(zhuǎn)輪驅(qū)動(dòng)采用變頻控制及脫附風(fēng)量采用可調(diào)性的，其目的是在廢氣的總量發(fā)生變化或廢氣的濃度發(fā)生變化時(shí)，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)周期來改變脫附和吸附的時(shí)間，達(dá)到脫附和吸附能連續(xù)和平衡進(jìn)行。

3 有機(jī)廢氣處理轉(zhuǎn)輪的工作流程

如圖2所示，有機(jī)廢氣經(jīng)過濾后進(jìn)入吸附單元，完成吸附后由吸附風(fēng)機(jī)排出。脫附風(fēng)機(jī)帶動(dòng)兩路氣，一路為干凈空氣，還有一路為有機(jī)廢氣對冷卻區(qū)進(jìn)行冷卻后，相當(dāng)于加熱的廢氣。兩路氣體匯合并經(jīng)加熱器加熱到脫附要求的溫度后進(jìn)入脫附區(qū)，對吸附材料進(jìn)行脫附處理后，由脫附風(fēng)機(jī)排出到燃燒室或回收單元做進(jìn)一步處理。

圖2 轉(zhuǎn)輪工作流程示意圖

4 回旋轉(zhuǎn)輪設(shè)備應(yīng)用在有機(jī)廢氣處理上的意義

從轉(zhuǎn)輪工作流程示意圖上，可以清楚看到，設(shè)備的結(jié)構(gòu)比較簡單。關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)了有機(jī)廢氣處理工藝中吸附和脫附兩個(gè)單元的有效整合，不需要停機(jī)就能在吸附和脫附兩工序上進(jìn)行連續(xù)的、不間斷的自動(dòng)切換。不需要有備用吸附床。實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的一體化。回旋轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)目前已比較成熟，該設(shè)備易于操作，運(yùn)行可靠，操控方式先進(jìn)。適合處理的有機(jī)廢氣量范圍廣，從5000m3/h到100000m3/h都能有效處理。設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)低廉，節(jié)省能耗。可以連續(xù)長期運(yùn)轉(zhuǎn)。無需更換吸附材料，機(jī)械部分也沒有經(jīng)常需要更換的易損件。它的運(yùn)行維護(hù)，非常簡便可靠。

5 結(jié)論

通過上述分析不難看出，將回旋轉(zhuǎn)輪設(shè)備應(yīng)用到有機(jī)廢氣處理的吸附工序和脫附工序上，實(shí)現(xiàn)吸附工序設(shè)備和脫附工序設(shè)備的一體化，將兩個(gè)工序有效結(jié)合，做到兩工序連續(xù)自動(dòng)切換，達(dá)到設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的，可以作為工程設(shè)計(jì)的初步參考。

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