[发明专利]一种煤化工VOCs综合处理与热能利用系统及方法

权利要求书

1.一种煤化工VOCs综合处理与热能利用系统，其特征在于，包括热能回收单元和监测控制单元，以及依次连接的气体预处理单元、低温等离子体协同催化单元和尾气后处理单元；其中，

气体预处理单元，用于脱除废气中挟带的固体颗粒物，并通过风机增压后，输送至低温等离子体协同催化单元；气体预处理单元包括气体成分浓度传感器和流量传感器(1-1)、前部换热器(1-2)、第一温度传感器(1-3)、除尘器(1-4)和增压风机(1-5)；气体成分浓度传感器和流量传感器(1-1)设置在前部换热器(1-2)的入口处，第一温度传感器(1-3)设置在前部换热器(1-2)的出口处，前部换热器(1-2)的出口连接除尘器(1-4)的入口，除尘器(1-4)的出口连接增压风机(1-5)的入口；

低温等离子体协同催化单元，用于借助气体放电产生的低温等离子体激活低温催化氧化反应将VOCs氧化分解为H₂O、CO₂无害物质，并输送至尾气后处理单元；低温等离子体协同催化单元包括高频脉冲发生器(2-8)以及依次设置的均流板(2-1)、网状负极(2-2)、带有强化放电尖端的网状正极(2-3)、自动控制开关(2-4)、中部温控换热器(2-5)、倾斜蜂窝状催化剂(2-6)和第二温度传感器(2-7)；高频脉冲发生器(2-8)的正极连接带有强化放电尖端的网状正极(2-3)，负极连接网状负极(2-2)；

废气经增压风机(1-5)加压后，流经均流板(2-1)进入低温等离子体协同催化单元进行反应，依次经过网状负极(2-2)、带有强化放电尖端的网状正极(2-3)和倾斜蜂窝状催化剂(2-6)，进行催化氧化反应进而实现VOCs的脱除；

尾气后处理单元，采用催化剂将可能产生的有害副产物脱除，实现尾气达标排放；

热能回收单元，用于将气体预处理单元、低温等离子体协同催化单元和尾气后处理单元废气中多余的热量及催化反应生成的热量予以回收和集中，同时提高除尘器效果，控制催化反应器工作在最佳温度范围，回收的热量统一送至换热站；

监测控制单元，分别与气体预处理单元、低温等离子体协同催化单元、尾气后处理单元和热能回收单元相连，通过监测分析气体成分、浓度、温度和流量，控制风机、阀门和开关，使得整个系统保持高效运行。

2.根据权利要求1所述的一种煤化工VOCs综合处理与热能利用系统，其特征在于，除尘器(1-4)同时利用重力和惯性除尘，其中气体下行通道宽度L₁小于上行通道宽度L₂。

3.根据权利要求1所述的一种煤化工VOCs综合处理与热能利用系统，其特征在于，自动控制开关(2-4)用于实现在不改变高频脉冲发生器(2-8)工作特性前提下，适应不同负荷灵活控制参与协同催化反应的催化剂层数，节约能量。

4.根据权利要求1所述的一种煤化工VOCs综合处理与热能利用系统，其特征在于，倾斜蜂窝状催化剂(2-6)由多种针对不同种类VOCs的催化剂组合而成，并且气体通道与催化剂层法线方向存在预设夹角。

5.根据权利要求1所述的一种煤化工VOCs综合处理与热能利用系统，其特征在于，尾气后处理单元包括后置式催化剂(3-1)、后部排气换热器(3-2)、第三温度传感器(3-3)和气体成分浓度传感器(3-4)；后置式催化剂(3-1)设置在后部排气换热器(3-2)的入口处，第三温度传感器(3-3)和气体成分浓度传感器(3-4)均设置在后部排气换热器(3-2)的出口处。

6.根据权利要求5所述的一种煤化工VOCs综合处理与热能利用系统，其特征在于，热能回收单元包括由单向阀(4-1)、通流阀(4-2)和旁路阀(4-3)组成的三套阀组，每套阀组中的单向阀(4-1)分别设置在前部换热器(1-2)的出口处、中部温控换热器(2-5)的出口处以及后部排气换热器(3-2)的出口处，每套阀组中的通流阀(4-2)分别设置在前部换热器(1-2)的入口处、中部温控换热器(2-5)的入口处以及后部排气换热器(3-2)的入口处，每套阀组中的旁路阀(4-3)分别连接对应的单向阀(4-1)和通流阀(4-2)。