排胶炉尾气净化系统：二次燃烧与焦油冷凝

排胶炉尾气净化系统：二次燃烧与焦油冷凝

小型尾气催化-热力后燃烧系统是精密制造(如LTCC元件)中的关键环保设备,其结构特点直接决定了尾气净化效率与能耗水平。

排胶炉尾气催化-热力后燃烧系统(CAT-TAR System)简介

——让排胶废气“烧得干净、冷得安心”

系统使命

排胶过程会释放大量有机粘结剂裂解物(醛类、烃类、CO、焦油雾),直接排放既浪费热能又污染环境。本系统把“催化低温氧化”与“热力高温焚尽”两段工艺集成在一台紧凑型反应器内,实现>99 % 的VOC去除率和>95 % 的臭气分解率,同时回收热量用于预热补风或再入炉,节能 20 % 以上。

工作原理

① 一级催化氧化(300–450 ℃)

尾气先经陶瓷蜂窝贵金属催化剂(Pt-Pd 涂层),在 300 ℃ 左右即开始无焰燃烧,90 % 以上 VOC 被分解成 CO? 和 H?O,并释放大量热量使气流自升温至 550–650 ℃。

② 二级热力焚尽(750–850 ℃)

催化段未完全分解的大分子或焦油雾进入微小涡流燃烧室,停留 0.6–0.8 s,在 750 ℃ 以上完成最终氧化;高温段采用多级旋流配风,保证温度均匀、无局部过热,NOx 生成量<50 mg·m?3。

③ 余热回收与冷端保护

焚尽后的洁净烟气(800 ℃ 左右)进入板式/管式热交换器,将补风或催化前废气预热至 300–400 ℃,自身温度降至 120–150 ℃;最后经不锈钢纤维过滤器除去可能携带的微量粉尘后排放。

核心配置

低阻高热稳定性蜂窝催化剂:空速 10 000–15 000 h?1,寿命≥12 000 h,可在线抽出清洗或再生。

微涡流燃烧室:内衬 1 600 ℃ 高纯氧化铝纤维,厚度仅 80 mm,升温段嵌入 SiC 辐射锥,强化混合。

比例调节燃烧器(可选天然气或 LPG):PID 联动炉膛排胶节拍,负荷比 1:8,熄火 1 s 切断。

热回收模块:不锈钢 310S 波纹板,耐氯腐蚀,回收效率 55–65 %。

冷端冷凝与焦油捕集:前置翅片冷却+金属纤维滤筒,自动脉冲反吹,焦油收集盒可拉出清理。

云端监控:VOC、CO、O?、温度四参数在线检测,超排自动报警并记录曲线,支持手机 APP 远程查看。

. 模块化集成设计

• 一体化紧凑型结构:系统采用“催化-热力”双单元串联设计,催化单元(KIV型)与热力单元(BY型)共享不锈钢外壳与控制系统,体积较传统分体式减少40%以上。

• 法兰式快速连接:催化与热力单元间采用DN50-DN200法兰接口,垫片为石墨复合材料,耐温达1000°C,支持30分钟内完成模块更换。

2. 催化燃烧单元(KIV型)精密结构

• 蜂窝陶瓷载体:采用堇青石(2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂)材质,孔密度为400目/平方英寸,壁厚0.15mm,孔隙率≥70%,压降≤500Pa(空速20000h⁻¹时)。

• 梯度涂层技术:底层为γ-Al₂O₃(比表面积150m²/g),中层负载Pt-Pd合金(Pt:Pd=3:1,总负载量0.8g/L),表层覆盖CeO₂-ZrO₂固溶体(储氧材料,OSC≥300μmol/g),实现CO起燃温度≤150°C,VOCs转化率≥99%。

• 电加热预热系统:环形翅片式加热管(Ni-Cr合金,功率密度≥3W/cm²)嵌入催化床前段,可在5分钟内将废气从室温提升至280°C催化起燃温度,能耗降低25%。

3. 热力燃烧单元(BY型)高效结构

• 涡流燃烧室:燃烧室为316L不锈钢(厚度10mm)制成的圆柱形腔体,内径与长度比为1:3,顶部设置切向进气口,形成雷诺数≥10000的湍流场,确保废气停留时间≥2秒。

• 天然气燃烧器:采用比例式调节燃烧器(调节比1:10),配备SiC火焰检测器与UV紫外监测,点火成功率≥99.9%,燃烧效率≥99.5%,NOx排放≤30mg/m³。

• 蓄热式热回收:燃烧室出口设置蓄热陶瓷(莫来石材质,热容≥900J/kg·K),可将尾气温度从850°C降至200°C,回收热量用于预热新进废气,系统热效率提升至85%以上。

4. 智能安全控制系统

• 双冗余热电偶:催化床与燃烧室分别设置K型与S型热电偶,精度±1°C,信号接入PLC(西门子S7-1200),实现温度超限(设定值±10°C)自动切断加热与燃气供应。

• 泄爆安全设计:燃烧室顶部安装爆破片(铝材质,爆破压力0.05MPa),并连接至室外安全排放管,爆破后30秒内自动停机。

• FID在线监测:火焰离子化检测器(FID)实时测量尾气VOCs浓度(量程0-10000ppm,检出限0.1ppm),数据每1秒更新,超标(>50ppm)触发声光报警。

5. 低能耗与长寿命优化

• 换热器内置:催化与热力单元间设置板式换热器(304不锈钢,波纹板片),传热系数≥3000W/m²·K,将热力单元出口的500°C尾气与催化单元进口的常温废气换热,节省30%预热能耗。

• 催化剂抗中毒设计:载体表面涂覆10nm厚的SiO₂保护层,可抵抗H₂S(≤50ppm)与硅氧烷(≤10mg/m³)中毒,催化剂寿命从8000小时延长至15000小时。

• 模块化维护:催化床与燃烧室均设计为抽屉式结构,无需拆卸管道即可抽出维护,单次维护时间≤2小时。

6. 适应性与扩展性

• 废气量弹性适应:系统可处理废气量范围5-500Nm³/h,通过变频风机(ABB ACS880)自动调节空速(5000-30000h⁻¹),确保净化效率不随负荷波动。

• 多气体兼容:可处理含氢气(H₂≤20%)、甲烷(CH₄≤10%)的混合废气,燃烧室配备防爆型压力传感器(量程-10-10kPa),实时监测压力波动。