李大梅 王黎明

(1.南京博環(huán)環(huán)保有限公司，江蘇 南京 210037；2.南京大學(xué)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份公司，江蘇 南京 210037)

1 引言

噴漆是家具制造行業(yè)最主要工藝之一，在很大程度上決定了家具制品的外觀、色彩、質(zhì)量、檔次與價(jià)值。就當(dāng)前家具行業(yè)來說，VOCS主要來自于噴漆工序中涂料中有機(jī)溶劑和稀釋劑的揮發(fā)，而且不同種類的涂料在使用過程中所排放的VOCS種類和含量也不同，涂裝相同面積時(shí)，使用溶劑型涂料產(chǎn)生的VOCS量最多，水性涂料次之，粉末涂料最少。雖然目前國(guó)家要求家具行業(yè)大力推廣使用水性、紫外光固化涂料，到2020年底前，替代比例達(dá)到60%以上，但是鑒于家具行業(yè)噴漆過程水性、紫外光固化涂料技術(shù)的不成熟，業(yè)內(nèi)目前仍以溶劑型涂料為主，噴漆過程產(chǎn)生大量的漆塵和VOCS，因此對(duì)家具行業(yè)VOCS治理提出了很高的要求。

以無錫某大型家居企業(yè)為例，企業(yè)設(shè)置兩條噴漆線，進(jìn)行木門和浴室柜噴涂，噴涂廢氣具體包括：調(diào)漆廢氣、噴漆廢氣、烘干廢氣，主要污染物為醋酸乙酯、苯乙烯、二甲苯、醋酸丁酯、乙醇、甲基異丁酮、異氰酸酯單體、2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、甲苯、2-甲基-2-丙烯酸-2-羥乙基酯磷酸酯、丙烯酸、3-氯-1，2-環(huán)氧丙烷、乙苯、甲基乙基酮、環(huán)己酮、石油、1，2，4-三甲基苯、乙二醇、顆粒物，該過程風(fēng)量約為215000m3/h，噴涂、VOCs產(chǎn)生濃度為120～330mg/m3，該廢氣具有風(fēng)量大、濃度低、廢氣組分復(fù)雜、無回收價(jià)值等主要特點(diǎn)。

對(duì)于大風(fēng)量、低濃度的有機(jī)廢氣經(jīng)過沸石分子篩吸后，可轉(zhuǎn)換成小風(fēng)量、中高濃度的有機(jī)廢氣，因此企業(yè)噴漆廢氣選用沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+RTO處理，具有凈化效率高、投資低等優(yōu)點(diǎn)，可以確保噴漆廢氣達(dá)標(biāo)排放，工藝技術(shù)合理、可行。

2 沸石轉(zhuǎn)輪濃縮+RTO技術(shù)原理

本技術(shù)是沸石轉(zhuǎn)輪吸附同蓄熱式焚燒技術(shù)的組合工藝，凈化系統(tǒng)主要由三級(jí)干式過濾裝置、沸石轉(zhuǎn)輪濃縮吸附裝置、RTO、風(fēng)機(jī)、換熱器、PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)組成。該組合技術(shù)通過沸石轉(zhuǎn)輪的吸附濃縮使大風(fēng)量、低濃度有機(jī)廢氣濃縮為小風(fēng)量、高濃度濃縮氣體，高濃度濃縮氣再經(jīng)RTO高溫燃燒分解為CO2和H2O等無機(jī)成分。沸石轉(zhuǎn)輪濃縮裝置是利用吸附-脫附-濃縮三項(xiàng)連續(xù)變溫的吸附、脫附程序，通過轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)輪(被分割成吸附區(qū)、脫附區(qū)、冷卻區(qū))上同時(shí)完成VOCs的吸附、脫附再生。

組合技術(shù)工藝過程：經(jīng)三級(jí)干式過濾裝置去除粉塵、顆粒物后的有機(jī)廢氣流過濃縮轉(zhuǎn)輪時(shí)，其中的有機(jī)物在轉(zhuǎn)輪吸附區(qū)域會(huì)被吸附下來，經(jīng)過吸附凈化后的廢氣(約占處理風(fēng)量的85%～95%)排放到大氣中，一小部分廢氣(約占處理風(fēng)量的5%～15%)對(duì)轉(zhuǎn)輪冷卻區(qū)降溫后經(jīng)換熱器被加熱到180～220℃的脫附溫度后，流入脫附區(qū)，脫附區(qū)有機(jī)物從吸附劑—沸石上脫離到加熱的氣流中，轉(zhuǎn)輪得以再生，脫附后的高濃度VOCs被送入RTO高溫焚燒，反應(yīng)后的高溫?zé)煔膺M(jìn)入規(guī)整蜂窩陶瓷蓄熱體，95%的熱量被蓄熱體吸收并“儲(chǔ)存”起來，溫度降低到接近RTO入口溫度，通常不超過50℃。蓄熱體溫度升高后，通過切換閥或旋轉(zhuǎn)裝置切換氣流流向，分別進(jìn)行蓄熱和放熱，實(shí)現(xiàn)熱量的有效回收利用。

圖1 三級(jí)干式過濾器結(jié)構(gòu)示意圖

3 沸石轉(zhuǎn)輪濃縮+RTO簡(jiǎn)介

案例所采用沸石轉(zhuǎn)輪濃縮+RTO廢氣處理設(shè)備主要包括混合總管單元、三級(jí)干式過濾器、升溫調(diào)濕單元、沸石轉(zhuǎn)輪濃縮單元、蓄熱氧化爐單元。

3.1 三級(jí)干式過濾器

三級(jí)干式漆霧過濾器能較完全地去除粉塵、漆霧，氣體中0.5μm以上的塵凈化效率≧98%。它的原理是通過材料纖維改變漆霧顆粒的慣性力方向從而將其從廢氣中分離出來，材料逐漸加密的多重纖維經(jīng)增加撞擊率，提高過濾效率。過濾時(shí)能有效通過不同過濾材料組合，利用材料空間容納漆霧，達(dá)到更高的過濾效率是干式材料的特有性能。

當(dāng)過濾系統(tǒng)壓力達(dá)到設(shè)定報(bào)警值時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，報(bào)警信號(hào)接入中央控制室，提醒操作人員更換濾材。

三級(jí)干式過濾器技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 三級(jí)干式過濾器技術(shù)參數(shù)表

3.2 沸石轉(zhuǎn)輪

圖2 沸石轉(zhuǎn)輪原理圖

沸石濃縮轉(zhuǎn)輪被分為吸附區(qū)、脫附區(qū)、冷卻區(qū)三個(gè)功能區(qū)，沸石分子篩轉(zhuǎn)輪在各個(gè)功能區(qū)域內(nèi)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

在吸附區(qū)：廢氣通過前置的過濾器后，送至沸石分子篩轉(zhuǎn)輪的吸附區(qū)。在吸附區(qū)(吸附區(qū)面積為S1)有機(jī)廢氣中的VOCs被沸石分子篩吸附，未被吸附的廢氣在吸附風(fēng)機(jī)的帶動(dòng)下，直接排入煙囪達(dá)標(biāo)排放。

在脫附區(qū)：沸石轉(zhuǎn)輪上吸附的VOCs，在脫附區(qū)(脫附區(qū)面積為S2)被高溫逆向脫附、濃縮，脫附溫度約200℃，濃縮倍數(shù)一般為5～25倍。濃縮倍數(shù)：

n=(S1×V1)/(S2×V2)，其中S1/S2=10：1，

V1/V2=(0.5～2.5)。脫附氣在脫附風(fēng)機(jī)的帶動(dòng)下進(jìn)入RTO焚化系統(tǒng)。

在冷卻區(qū)：為保證高的吸附效率，需對(duì)高溫脫附后的轉(zhuǎn)輪進(jìn)行冷卻。冷卻空氣冷卻轉(zhuǎn)輪吸附材后自身被預(yù)熱，作為脫附氣的源氣，再與來自RTO燃燒室來的高溫凈化氣換熱，溫度提升至180～200℃后逆向進(jìn)入轉(zhuǎn)輪脫附區(qū)進(jìn)行高溫脫附。

沸石分子篩轉(zhuǎn)輪的設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

表2 沸石分子篩轉(zhuǎn)輪的設(shè)計(jì)參數(shù)一覽表

沸石分子篩轉(zhuǎn)輪設(shè)備整體密閉，污染源主要為沸石分子篩更換產(chǎn)生的廢沸石材料，但根據(jù)工程實(shí)際案例運(yùn)營(yíng)情況，吸附材料一般壽命在5年以上。

3.3 蓄熱氧化爐

采用三床式RTO。RTO蓄熱式氧化爐，是在高溫下將可燃廢氣氧化成對(duì)應(yīng)的氧化物和水，從而凈化廢氣，并回收廢氣分解時(shí)所釋放出來的熱量，廢氣分解效率達(dá)到99%以上，熱回收效率達(dá)到95%以上。主體結(jié)構(gòu)由燃燒室、陶瓷填料床和切換閥等組成。根據(jù)客戶實(shí)際需求，選擇不同的熱能回收方式和切換閥方式。建設(shè)單位將調(diào)漆、噴涂廢氣收集后，經(jīng)過濾除漆霧、吸附濃縮后，引入RTO進(jìn)行焚燒處置。經(jīng)焚燒處理后的廢氣通過換熱后，廢氣高空排放。RTO可實(shí)現(xiàn)廢氣安全、穩(wěn)定地焚燒，在工作過程中需定期鼓入新鮮空氣用以維持燃燒，空氣中的氮在高溫條件下氧化會(huì)產(chǎn)生熱力型氮氧化物。根據(jù)文獻(xiàn)記載，熱力型氮氧化物的生成量主要取決于溫度，在相同條件下，氮氧化物的生成量隨溫度增高而增大，當(dāng)溫度低于1350℃時(shí)，幾乎不生成熱力型氮氧化物，建設(shè)項(xiàng)目RTO工作溫度約為760℃～850℃，在此情況下，熱力氧化器氮氧化物的產(chǎn)生量極少，因此建設(shè)項(xiàng)目廢氣處理系統(tǒng)內(nèi)不設(shè)氮氧化物處理裝置。

圖3 RTO內(nèi)部構(gòu)造圖

蓄熱式焚燒爐的工作原理：將有機(jī)廢氣預(yù)熱至760℃以上，在燃燒室加熱升溫至800℃左右，使廢氣中的碳、氫、氧元素氧化分解成為無害的CO2和H2O；氧化時(shí)的高溫氣體的熱量被特制的陶瓷蓄熱體“貯存”起來，用于預(yù)熱新進(jìn)入的有機(jī)廢氣。從而節(jié)省升溫所需要的燃料消耗，降低運(yùn)行成本。

RTO內(nèi)部構(gòu)造示意圖見圖3。

RTO設(shè)計(jì)參數(shù)見表3。

表3 RTO設(shè)計(jì)參數(shù)一覽表

4 實(shí)際應(yīng)用效果

無錫某家居企業(yè)沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+RTO設(shè)備已投入運(yùn)行，VOCs設(shè)計(jì)處理效率為95%，調(diào)試運(yùn)行中目前處理效率平均值為93.4%。

沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+RTO設(shè)備運(yùn)行測(cè)試結(jié)果見表4。

表4 沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+RTO設(shè)備運(yùn)行測(cè)試VOCs結(jié)果分析

表4顯示，經(jīng)沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+RTO設(shè)備處理后，VOCS 濃度從進(jìn)口的129～327.2 mg/m3，降到7.786～17.3mg/m3，平均去除效率93.4%，均可以滿足《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16297-1996)中“新污染源大氣污染物排放限值”標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)論與展望

沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+RTO工藝先采用轉(zhuǎn)輪吸附濃縮，降低了RTO設(shè)備廢氣處理量，使得RTO規(guī)模變小，降低了設(shè)備投資費(fèi)用；盡管有機(jī)廢氣濃度比較低，但經(jīng)濃縮后，有機(jī)廢氣濃度達(dá)到自持濃度以上，所以RTO除了首次開機(jī)預(yù)熱需要消耗天然氣(RTO輔助燃料)外，其他時(shí)間RTO輔助加熱系統(tǒng)無需開啟，同時(shí)脫附風(fēng)熱源來自于有機(jī)廢氣氧化釋放的熱能，系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用低。沸石轉(zhuǎn)輪濃縮—RTO凈化系統(tǒng)采用PLC全自動(dòng)化控制并配備液晶觸摸顯示屏?？刂瞥绦虮O(jiān)視所有控制器、驅(qū)動(dòng)器、壓力開關(guān)、壓力變送器、熱電偶、限位開關(guān)、生產(chǎn)線連鎖信號(hào)和儀表連鎖信號(hào)。如發(fā)生任何異常，人機(jī)界面就會(huì)顯示故障信息，然后通過程序控制采取適當(dāng)動(dòng)作，確保系統(tǒng)的安全。

由上分析可知，沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+RTO設(shè)備對(duì)于家具廠大風(fēng)量、低濃度噴漆廢氣有良好的去除效果，VOCS總?cè)コ蔬_(dá)到93%，且控制簡(jiǎn)單，安全性能高，最終實(shí)現(xiàn)VOCS穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

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