“轉(zhuǎn)輪+RTO”系統(tǒng)中沸石轉(zhuǎn)輪高溫再生及安全連鎖自動控制系統(tǒng)設(shè)計

沸石轉(zhuǎn)輪濃縮VOCs凈化技術(shù)是利用沸石分子篩吸附劑對排放廢氣中的VOCs進(jìn)行吸附凈化的技術(shù)。沸石分子篩是結(jié)晶硅鋁酸鹽，以其規(guī)整的晶體結(jié)構(gòu)、均勻一致的孔分布和可調(diào)變的表面性質(zhì)在VOCs廢氣治理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。沸石轉(zhuǎn)輪是大多數(shù)涂裝企業(yè)在治理VOCs過程中*的系統(tǒng)部件，主要用于大風(fēng)量低濃度的VOCs廢氣富集。

1、沸石轉(zhuǎn)輪的工作原理

沸石轉(zhuǎn)輪面在物理區(qū)間被分為吸附區(qū)、脫附區(qū)、冷卻區(qū)域，各區(qū)域比例為10:1:1，分區(qū)圖下圖所示：

大風(fēng)量低濃度的VOCs經(jīng)過沸石轉(zhuǎn)輪后，由于分子之間的范德華力，VOCs被沸石微孔所吸附，凈化后的氣體可直接排至排氣筒。被吸附在沸石轉(zhuǎn)輪上的有機(jī)物再通過一小股180℃～200℃的溫度的氣體進(jìn)行脫附。脫附出來的高濃度廢氣再送入其他設(shè)備進(jìn)行處理，從而降低了末端處理設(shè)備的負(fù)荷，降低了運(yùn)行能耗，被廣泛使用在噴涂行業(yè)、包裝行業(yè)、電子半導(dǎo)體行業(yè)。

2、吸附脫附性能及改善措施

轉(zhuǎn)輪按設(shè)定的速度轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)了廢氣的循環(huán)吸附脫附。然而對于廢氣成分復(fù)雜，含有高沸點的有機(jī)物，往往180℃-200℃的溫度不足以將有機(jī)物脫附出來，這些高沸點有機(jī)物殘留在沸石的孔隙中，隨著時間的推移，殘留的累積量越來越多，可用于吸脫附的孔隙越來越少，最終導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪出口有機(jī)物濃度偏高，排放不達(dá)標(biāo)現(xiàn)象。因此，必須采取一定的措施，將高沸點組分從沸石中脫附出來，恢復(fù)轉(zhuǎn)輪的吸附容量。

無論是進(jìn)口轉(zhuǎn)輪還是國產(chǎn)沸石轉(zhuǎn)輪，廠商一般會建議周期性對轉(zhuǎn)輪進(jìn)行高溫再生。如：將脫附溫度設(shè)定為300℃，進(jìn)行高溫再生。然而，高溫再生時轉(zhuǎn)輪處在一個高溫、高濃度的環(huán)境中，安全風(fēng)險級別也非常高。常規(guī)做法是配備專業(yè)技術(shù)人員至現(xiàn)場操作、監(jiān)控高溫再生過程，并根據(jù)轉(zhuǎn)輪及系統(tǒng)相關(guān)實際運(yùn)行數(shù)據(jù)以及實踐經(jīng)驗，實時手動調(diào)整運(yùn)行參數(shù)或采取應(yīng)急措施。顯然，這樣的操作，效率低下，對專業(yè)技術(shù)人員的依賴程度較高。因此，將沸石濃縮轉(zhuǎn)輪手動高溫再生操作，轉(zhuǎn)換成自動程序控制，顯得尤為迫切。

3?高溫?zé)崦摳娇刂七壿嬙O(shè)計

轉(zhuǎn)輪高溫?zé)崦摳椒謨煞N模式，分別為“在線式"和“離線式"。

“離線式"：高溫再生時，轉(zhuǎn)輪停止轉(zhuǎn)動，脫附入口溫度從200℃按一定的梯度逐步升溫至300℃。高溫脫附結(jié)束后，將轉(zhuǎn)輪再生干凈的區(qū)域轉(zhuǎn)至冷卻區(qū)，同時將含有高沸點的待脫附區(qū)域轉(zhuǎn)入脫附區(qū)。根據(jù)以上原則，并結(jié)合轉(zhuǎn)輪分區(qū)10:1:1的特點，可計算出轉(zhuǎn)輪待高溫再生區(qū)域送入轉(zhuǎn)輪再生區(qū)域所要的運(yùn)轉(zhuǎn)時間。如：假設(shè)轉(zhuǎn)輪50HZ運(yùn)行，轉(zhuǎn)1圈需要15min,因此從吸附區(qū)轉(zhuǎn)至脫附區(qū)，轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動1次理論所需要的時間為：15min/(10+1+1)×60s/min=75s。但為保證各區(qū)域均能*高溫再生，轉(zhuǎn)輪相鄰兩次高溫再生面足夠的搭接長度，同時兼顧轉(zhuǎn)輪脫附區(qū)隔板保溫厚度的影響，選取轉(zhuǎn)輪每次連續(xù)轉(zhuǎn)動時間為60s，此處稱為步長為60s。

轉(zhuǎn)輪高溫再生時，轉(zhuǎn)輪停止轉(zhuǎn)動，脫附入口按設(shè)定的溫升梯度進(jìn)行升溫，直到300℃。每階段高溫再生過程中，通過轉(zhuǎn)輪進(jìn)出口溫差，并輔助脫附出口廢氣濃度值以判別脫附效果。以此確定下個階段的起始條件。其控制邏輯圖如下所示：

T0:脫附入口初始再生溫度，220℃；

T1:設(shè)定脫附入口溫度；

T2:脫附出口溫度；

i:脫附升溫次數(shù)；

j:轉(zhuǎn)輪分區(qū)脫附次數(shù)；

T:脫附進(jìn)出口溫差大于設(shè)定值后的延長時間；

ΔTs:脫附溫升梯度設(shè)置值；

ΔT(i):脫附進(jìn)出口溫差。

離線式高溫?zé)崦摳竭m合于非連續(xù)性生產(chǎn)型的企業(yè)，脫附過程可視化，可利用轉(zhuǎn)輪脫附出口的濃度變換趨勢對高溫脫附時長，脫附溫度進(jìn)行動態(tài)控制，脫附效果干凈*。

“在線式"：轉(zhuǎn)輪連續(xù)低速運(yùn)轉(zhuǎn)，脫附周期內(nèi)，脫附溫度規(guī)律性脈沖變化。轉(zhuǎn)輪在每個扇區(qū)內(nèi)，會經(jīng)歷低溫到高溫再到低溫脫附的過程，屬于間歇性高溫再生。

在線式高溫?zé)崦摳降膬?yōu)點是，在沸石轉(zhuǎn)輪仍然處于吸附工作的同時，同步進(jìn)行高溫脫附，對于連續(xù)型生產(chǎn)的企業(yè)，實現(xiàn)了非停機(jī)的狀態(tài)下，提高了轉(zhuǎn)輪的吸附容量，改善了轉(zhuǎn)輪的吸附性能，減少了污染物的排放。但也有明顯的缺點，無法非常直觀地表達(dá)再生效果。且只能在轉(zhuǎn)輪仍然有足夠的吸附容量情況下進(jìn)行操作，否則容易造成轉(zhuǎn)輪吸附出口排放濃度超標(biāo)。因此“在線式"在實際工程項目中應(yīng)用較少。

4?安全連鎖控制設(shè)計

但無論是在線式還是離線式高溫?zé)崦摳剑踩B鎖及故障報警的設(shè)計仍然是整個控制系統(tǒng)設(shè)計的重點。安全連鎖控制應(yīng)從硬件與軟件兩方面分別進(jìn)行設(shè)計。

為保證轉(zhuǎn)輪的長期安全穩(wěn)定運(yùn)行，硬件方面，從電氣控制系統(tǒng)設(shè)計出發(fā)，盡量減少轉(zhuǎn)輪停轉(zhuǎn)的可能性。因此，轉(zhuǎn)輪采用雙電源供電，即采用市電與UPS電源供電，當(dāng)市電停電時，UPS的續(xù)航電池仍然能維持轉(zhuǎn)輪運(yùn)行半小時以上；此外，轉(zhuǎn)輪減速機(jī)應(yīng)配置雙驅(qū)動回路，即變頻器驅(qū)動與工頻驅(qū)動，變頻器驅(qū)動為實現(xiàn)工藝需求，調(diào)整轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時，立即切換至工頻運(yùn)行。以上兩種電氣配置的主要目是防止轉(zhuǎn)輪局部區(qū)域長期處于高溫狀態(tài)，避免出現(xiàn)轉(zhuǎn)輪悶燃情況發(fā)生。

轉(zhuǎn)輪減速機(jī)與轉(zhuǎn)輪本體的驅(qū)動一般采用皮帶或鏈條傳動，判斷轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動除最直觀的判斷電機(jī)是否在正常運(yùn)行外，更應(yīng)關(guān)注轉(zhuǎn)輪本體的轉(zhuǎn)動的真實性，因為中間傳動部件皮帶或鏈條有可能出現(xiàn)打滑或斷裂情況，造成轉(zhuǎn)輪電機(jī)還在轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)輪實際已經(jīng)停止轉(zhuǎn)動。為杜絕此類情況的發(fā)生，可利用控制軟件計算與編程功能，進(jìn)行判別并實現(xiàn)相應(yīng)的安全連鎖控制。

轉(zhuǎn)輪出廠時，圓周方向平均布置有數(shù)個檢知擋塊，檢知擋塊與轉(zhuǎn)輪一起轉(zhuǎn)動，當(dāng)碰到限位開關(guān)時，限位開關(guān)會由閉合信號轉(zhuǎn)換成斷開信號。因此可根據(jù)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速V以及檢知擋塊的數(shù)量n，確定限位開關(guān)的接通持續(xù)時間Toff(V,n)與斷開延時時間Ton(V,n),轉(zhuǎn)輪實際轉(zhuǎn)動過程中，限位開關(guān)的實際接通持續(xù)時間與實際斷開延時時間分別與Toff及Ton進(jìn)行比較，以判斷轉(zhuǎn)輪實際的狀態(tài)。

對于“離線式"高溫再生過程中的安全連鎖因果關(guān)系規(guī)劃如下表：

附：不建議進(jìn)入轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)的VOCs