Грунтовка по термическим окислителям и отложению твердых частиц

Регенеративные термические окислители (RTO) и другие типы систем термического окисления зарекомендовали себя как высокоэффективный и энергоэффективный метод снижения выбросов летучих органических соединений (ЛОС) и других загрязнителей, выбрасываемых промышленными предприятиями. Однако твердые частицы в потоке выбросов могут быть особенно неприятной проблемой, приводя к засорению и закупорке слоев среды. Поэтому особое внимание следует уделять выбору формы и материала теплообменной среды, чтобы уменьшить потенциальные проблемы с твердыми частицами и обеспечить надежную, экономичную и безопасную работу систем термического окисления.

Регенеративное термическое окисление
Термические окислители - это, по сути, мусоросжигательные установки, которые термически или каталитически преобразуют выбросы загрязнителей в двуокись углерода и водяной пар. В процессе окисления обычно достигается уровень эффективности уничтожения / удаления (DRE) выше 99% для ЛОС, опасных загрязнителей воздуха (HAPS) и запахов.

Регенеративные термические окислители минимизируют потребление топлива за счет «регенерации» или повторного использования тепла, выделяемого системой. Вентиляторы забирают воздух из систем сбора красок и других источников, и воздух предварительно нагревается теплообменником до температуры термического окисления, обычно от 1400 до 1600 градусов по Фаренгейту. Затем воздух перемещается в камеру сгорания на определенное время пребывания (от 0,5 до 2,0 секунд), где происходит экзотермическая реакция, превращающая ЛОС в диоксид углерода и водяной пар. Перед тем, как выйти в атмосферу, горячий очищенный воздух проходит через слой среды для улавливания тепловой энергии, которая будет использоваться для предварительного нагрева поступающего воздуха. Клапаны постоянно меняют поток между слоями материала:цикл с поступающим холодным воздухом в слой материала, который только что был нагрет горячим выхлопом, за которым следует цикл с горячим отработанным воздухом, протекающим через слой материала для его повторного нагрева.

RTO могут работать с тепловым КПД от 85 до 99 процентов, уменьшая или устраняя необходимость сжигать природный газ в камере сгорания. RTO особенно эффективны для технологических потоков с низким или умеренным содержанием растворителя и могут быть самоподдерживающимися при умеренно нижнем пределе взрываемости (LEL). Другими словами, когда система достаточно нагревается, горелки для природного газа могут быть выключены, если в выхлопном потоке присутствует достаточно горючего газа.

Другие термические окислители
Для более низких уровней загрузки растворителя, ниже 4% НПВ, часто рекомендуется каталитическая система. Регенеративный каталитический окислитель (RCO) имеет аналогичную конструкцию, что и RTO, за исключением того, что керамический теплообменник, ближайший к зоне горения, покрыт или пропитан драгоценными металлами, которые действуют как катализатор, обеспечивающий окисление при значительно более низких температурах (от 600 до 1000 градусов по Фаренгейту). Каталитическая система требует наличия летучих органических соединений, которые окисляются при этих более низких температурах. RCO используют тот же принцип, что и каталитические преобразователи в автомобилях, которые окисляют окись углерода и несгоревшие углеводороды до двуокиси углерода и воды.

Для выхлопных потоков с высоким уровнем НПВ можно использовать простой термический окислитель без какой-либо возможности термической регенерации. В таких случаях высокая загрузка растворителя может поддерживать горение без предварительного нагрева и часто с очень незначительным сжиганием природного газа или вообще без него.

Для воздушных потоков с относительно низкими концентрациями ЛОС можно использовать роторные адсорберы для концентрирования потока и повышения уровня LEL, чтобы можно было использовать устройство окисления, которое меньше и / или более энергоэффективно. Технологические выхлопные газы, содержащие загрязняющие вещества, проходят через роторную адсорбционную установку, где ЛОС адсорбируются на цеолите или активированном угле. Очищенный воздух выпускается в атмосферу, а затем растворитель удаляется из среды путем десорбции меньшим потоком горячего воздуха, который затем подается в устройство окисления.

Удаление твердых частиц на входе
Хотя системы окисления используются в основном для борьбы с выбросами ЛОС, все потоки выбросов содержат некоторое количество твердых частиц, и эти частицы могут привести к загрязнению слоя, ухудшению характеристик и даже к опасным и разрушительным пожарам. Некоторые методы предварительного удаления твердых частиц включают каскадную (промывку водой), перегородку и фильтрацию среды. Другие, такие как мокрые и сухие электрофильтры (ESP) и циклонные пылеуловители, могут уменьшать, но не устранять твердые частицы, попадающие в RTO.

Воздействие скопления твердых частиц
Частицы, которые проникают глубже в слой материала, имеют тенденцию сгорать. Однако химически активные частицы могут вызывать проблемы, даже если они проникают глубоко в среду.

Часть твердых частиц, попадающих в RTO, будет собираться на холодной поверхности слоя среды. В зависимости от конструкции среды накопление твердых частиц может быстро привести к закупорке слоя среды. Заглушка вызывает несколько серьезных проблем. Блокирование воздушного потока приводит к увеличению перепада давления, заставляя вытяжной вентилятор работать больше и потреблять больше электроэнергии. Емкость RTO снижается, поскольку слой среды становится менее эффективным при передаче тепла, поскольку «мертвые зоны» означают уменьшенную площадь поверхности, подверженную воздействию воздушного потока, и меньшую доступную массу среды для удержания тепловой энергии. Кроме того, накопление твердых частиц представляет серьезную опасность возгорания.

Единственное решение для устранения этих симптомов - промывка или выпекание слоя носителя, процессы, которые связаны с дорогостоящими простоями. Со временем частота процедур промывки и отжига обычно увеличивается до тех пор, пока единственным жизнеспособным решением не станет полная замена среды.

Типы носителей
За последние несколько десятилетий для RTO использовалось несколько различных типов теплоносителя. Тремя основными категориями являются насадки произвольной формы, монолитные структурированные блоки и насадки с гофрированной структурой.

Случайная упаковка. Первоначально, в 1970-х годах, в RTO использовался широкий спектр случайных упаковочных материалов, в том числе гравий, керамические шарики и всевозможные формы. Упаковочный материал случайным образом сбрасывали в RTO, чтобы сформировать слой среды. Случайное расположение было предпочтительным, чтобы предотвратить вложение, которое может ограничить поток и вызвать мертвые зоны, в которых собираются частицы.

В 1980-х годах производители и владельцы RTO обнаружили, что керамические «седла», разработанные для операций химического массообмена, обеспечивают оптимальную форму для произвольной упаковки RTO. По сравнению с другими типами случайной упаковки, седловидная форма сводит к минимуму падение давления (для снижения потребления электроэнергии индукционным вентилятором) и максимальную площадь поверхности (для более высокой эффективности теплопередачи).

За прошедшие годы поставщики средств массовой информации RTO улучшили конструкцию керамических седел. Например, Koch Knight LLC разработала уникальную трехреберную конструкцию FLEXISADDLE Random с низким перепадом давления (или LPD Random Packing), которая обеспечивает большую открытую площадь и аэродинамическую конструкцию, которая ограничивает размещение и снижает падение давления на 20 процентов по сравнению со стандартным седлом. средства массовой информации.

Некоторые производители покрывают или пропитывают это седло LPD металлическим катализатором для использования в RCO. Набивка также доступна из устойчивого к глазури окиси алюминия для защиты от щелочного химического воздействия, которое может возникнуть в результате очистки химических паров или солей металлов, используемых в гальванических покрытиях.

Структурированный блок Монолит. Доступна другая альтернатива для очень чистых потоков с низким содержанием твердых частиц, такая как импортный керамический сотовый монолит из кордиерита. Монолитный блок - это форма структурированной упаковки, которая размещается формально, а не выбрасывается случайным образом. Клетки проходят через блок по прямому каналу, перпендикулярному холодной поверхности.

Преимущество этой конструкции состоит в том, что она теоретически обеспечивает прямой аэродинамический канал для воздушного потока. Недостатком является то, что если частицы закупоривают канал на холодной поверхности, где приток входит в блок, то весь этот канал становится мертвой зоной.

Гофрированная структурированная упаковка. Самой современной керамической теплообменной средой для RTO является насадка с гофрированной структурой. Эта упаковка изготовлена ​​из гофрированных листов керамики. Угол наклона гофров соседних листов изменен на противоположный, что обеспечивает отличное распределение воздушного потока по всему слою среды. Даже если часть слоя среды забита частицами, эффект перемешивания и распространения чередующейся гофры предотвращает образование нижних зон над забитой зоной.

Полевые исследования показали, что при установке RTO с гофрированной структурой набивки потребляют такое же количество природного газа, как RTO с монолитным структурированным блоком, хотя первые имеют лучшее распределение воздушного потока, а вторые - немного более высокую теплоемкость. Преимущество гофрированного раствора со временем становится очевидным из-за значительно более высокой способности противостоять обрастанию, вызванному накоплением твердых частиц.

Стоимость эксплуатации в течение всего срока службы
Владельцы термоокислителей имеют ряд возможностей при установке новой системы или замене слоя носителя в существующей системе. Для систем уменьшения выбросов летучих органических соединений в отделочной промышленности, где могут возникнуть проблемы с твердыми частицами, следует рассмотреть возможность использования гофрированной насадки. Это передовое решение может стоить дороже для покупки и установки, но оно обеспечит более низкий перепад давления, более высокую эффективность теплопередачи, более надежную работу и более длительный срок службы по сравнению с альтернативными средами. Одно только значительное долгосрочное снижение энергопотребления может намного перевесить дополнительные затраты на установку усовершенствованного теплоносителя.

Об авторе:
Пол Симс - менеджер по продажам в Юго-Восточном регионе компании Koch Knight LLC. С ним можно связаться по адресу [email protected].