吳桂平

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司 福建龍巖 364000）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的進步、工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人民生活水平的提高，產(chǎn)品和工業(yè)設(shè)備的質(zhì)量也發(fā)生了變化［1］。產(chǎn)品不僅需要具備耐腐蝕性和耐久性，而且還需要有易清潔、富有美感的外觀。因此，目前噴涂和印刷技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各種制造業(yè)，但在噴涂和印刷生產(chǎn)過程中都會釋放大量的揮發(fā)性有機物。揮發(fā)性有機物會引發(fā)嚴(yán)重的大氣光化學(xué)污染，加劇溫室效應(yīng)，造成極大的環(huán)境危害，對人體健康、農(nóng)作物生長等均會造成嚴(yán)重損害［2］，揮發(fā)性有機物的處理已經(jīng)迫在眉睫。

1 有機廢氣處理工藝簡介

有機廢氣污染物種類繁多，特性各異，因此相應(yīng)采用的治理方法也各不相同，常用的有：吸附法、冷凝法、吸收法、生物法、催化燃燒法和高溫燃燒法等［3］；近年來國內(nèi)外也發(fā)展出一些新的工藝技術(shù)，如生物法、低溫等離子法等，表1 是對常用治理工藝作簡要的對比介紹。

表1 常用治理工藝比較表

2 設(shè)備設(shè)計

2.1 項目的概況

本項目屬于我國某汽車公司涂裝車間噴漆廢氣處理裝置，經(jīng)處理后的噴漆廢氣排放濃度要求≤20 mg/Nm3。噴漆廢氣主要參數(shù)見表2。

表2 項目廢氣主要參數(shù)表

2.2 設(shè)備選型

根據(jù)以往項目經(jīng)驗及甲方提供的資料整理計算結(jié)果，甲方車間排風(fēng)量大（40 萬m3/h），濃度低（≤200 mg/m3），故不適合單獨使用活性炭吸附、生物法、蓄熱式燃燒（RTO）、蓄熱催化燃燒（RCO）、催化燃燒（CO）等處理工藝。本項目適用組合工藝，將大風(fēng)量低濃度廢氣通過濃縮，轉(zhuǎn)變?yōu)樾★L(fēng)量高濃度廢氣進行治理。因此該廢氣處理系統(tǒng)擬采用沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+蓄熱式燃燒工藝。

2.3 蓄熱式燃燒系統(tǒng)的設(shè)計

RTO 設(shè)計主要參數(shù)見表3。

表3 RTO 設(shè)計主要參數(shù)表

RTO 主要設(shè)計單元有：

（1）蓄熱室、燃燒室。燃燒室殼體采用整體波紋板加強筋結(jié)構(gòu)，殼體密封性能良好、強度高，殼體厚度選用6 mm 碳鋼。蓄熱室內(nèi)安裝有爐柵和蓄熱體［4］。爐柵采用焊接格柵，材質(zhì)為304 不銹鋼。蓄熱室設(shè)置2 個檢修門（口）和觀察口。

（2）下室體（進出風(fēng)道）。RTO 進出風(fēng)道采用整體式結(jié)構(gòu)，切換閥門置于風(fēng)道內(nèi)部。下室體外部做100 mm 外保溫，并用鍍鋅波紋板包覆，采用Y 型布風(fēng)結(jié)構(gòu)與上室體進行對接，下室體連接風(fēng)道方便檢修及維護人員進出。RTO 整體外觀無加強筋，確保設(shè)備美觀。

（3）陶瓷蓄熱體。蓄熱體采用分層蜂窩陶瓷蓄熱體，耐溫1 200 ℃。其優(yōu)點是比表面積大、阻力小、熱熔大、耐酸耐堿性能良好、抗壓強度大于0.4 MPa、膨脹系數(shù)小、壽命長［5］。陶瓷規(guī)格為150 mm×150 mm×150 mm。

（4）保溫材料。蓄熱室、燃燒室內(nèi)襯陶瓷纖維耐火材料，保溫層厚度為300 mm，確保爐體外表面陰面（太陽光未直射的面）溫度不大于環(huán)境溫度+25 ℃（過橋連接部分除外）。保溫材料耐溫1 250 ℃。

（5）燃燒系統(tǒng)。燃燒室內(nèi)設(shè)置1 臺天然氣燃燒器，燃燒器為進口元件，由程序控制器、UV 火焰探測器、高壓點火器、比例調(diào)節(jié)閥、燒嘴、管路閥門、助燃風(fēng)機等組成。

（6）切換閥。RTO 的風(fēng)向切換閥性能的好壞對RTO 設(shè)備的運行影響非常大，因此，系統(tǒng)所用切換閥全部采用氣動提升閥，閥門動作可靠、扭矩大、泄露量小、壽命長（可達100 萬次以上），運行可靠。閥盤材料采用304 不銹鋼，軸端密封采用石墨盤根，并采用壓縮空氣氣密系統(tǒng)，確保閥門軸端無廢氣泄露，耐溫200 ℃以上。閥門采用三疊片設(shè)計，閥盤直徑選擇1 300 mm。切換閥的氣動執(zhí)行機構(gòu)每個配置1 套氣動三聯(lián)件，起清洗過濾調(diào)節(jié)壓力作用，安全高效。另外，為了保證每個切換閥的氣源穩(wěn)定，專門給該RTO 系統(tǒng)設(shè)計了1 個1.5 m3的壓縮空氣罐和壓縮空氣分氣罐，壓縮空氣分氣罐實物見圖1。

圖1 壓縮空氣分氣罐實物圖

通過切換閥組的切換，改變廢氣進出蓄熱床層的方向，完成陶瓷蓄熱體蓄熱和放熱的交替轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)將絕大部分熱量截留在RTO 設(shè)備內(nèi)部的功能。此外，通過對原進氣床層進行的吹掃工作，將蓄熱陶瓷內(nèi)殘留的廢氣吹掃進入燃燒室，以提高RTO 設(shè)備的凈化效率［6］。A/B/C 三床共9 個氣動切換閥（含3個吹掃閥）自動切換，切換周期1 min～3 min，由理論計算和實際調(diào)試的時間來控制。為保證安全，設(shè)定出口溫度最高限值，若出氣溫度超過設(shè)定值，則閥門強制切換。閥門切換次序如表4 所示。

表4 RTO 蓄熱床層工作切換次序周期表

2.4 RTO 運行模式設(shè)計

（1）冷啟動預(yù)熱過程。首先切斷閥保持關(guān)閉，開啟新風(fēng)閥，啟動RTO 主風(fēng)機（低速運轉(zhuǎn)），新鮮空氣清掃RTO 設(shè)備內(nèi)部有機廢氣和燃料，避免點火時發(fā)生爆炸。清掃過程自動切換閥門，保證每個床層和管道都被徹底清吹，吹掃過程持續(xù)5 min以上。清掃結(jié)束后，PLC 自動控制燃燒機點火，保證燃燒機在規(guī)定次數(shù)內(nèi)（一般為4 次）母火點火成功，否則停機報警。燃燒機母火點火成功后，自動對RTO 進行預(yù)熱，燃燒室和蓄熱陶瓷床溫度逐漸升高，2 h～3 h 后，燃燒室和蓄熱床層達到運行所需狀態(tài)，預(yù)熱過程結(jié)束。

預(yù)熱結(jié)束后，新風(fēng)閥根據(jù)后端燃燒室溫度自動調(diào)節(jié)，前端脫附風(fēng)機及相應(yīng)閥門打開，RTO 燃燒室引出一小股熱風(fēng)進入高溫換熱箱，與脫附空氣混合至180 ℃～220 ℃左右（熱風(fēng)調(diào)節(jié)閥為電動模擬量風(fēng)閥，根據(jù)溫度自動調(diào)整開度），對轉(zhuǎn)輪的脫附區(qū)進行脫附再生，RTO 系統(tǒng)進入正常運行狀態(tài)。

（2）正常運行狀態(tài)。正常運行過程中，RTO 內(nèi)部溫度通過燃燒機比例馬達以及前端稀釋風(fēng)閥的開度進行調(diào)節(jié)。廢氣經(jīng)過陶瓷蓄熱體被逐漸預(yù)熱至其自燃溫度，在燃燒室內(nèi)發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO2和H2O，并放出大量熱量。熱風(fēng)經(jīng)由另一蓄熱床外排時，熱量被截留在蓄熱床層內(nèi)，以用于下一周期進氣預(yù)熱。當(dāng)有機廢氣濃度提供的熱量達到自持燃燒狀態(tài)時，有機物氧化產(chǎn)生的熱量能夠維持爐膛燃燒溫度，則無需開啟燃燒器加熱。RTO 爐膛溫度通過多根高溫?zé)狳c偶進行實時監(jiān)控，運行過程PLC 程序通過自動調(diào)節(jié)燃氣調(diào)節(jié)比和相關(guān)閥門控制爐膛溫度的穩(wěn)定。

（3）RTO 節(jié)能模式。當(dāng)甲方生產(chǎn)暫停，或遇其他特殊情況需短時間停止RTO 系統(tǒng)時，系統(tǒng)執(zhí)行待機程序進入待機狀態(tài)：切斷閥關(guān)閉，不引入廢氣，新風(fēng)閥打開，切換閥組同正常運行狀態(tài)，RTO 風(fēng)機自動降頻進入低速運轉(zhuǎn)，燃燒加熱系統(tǒng)低負荷運轉(zhuǎn)，保持RTO 氧化室內(nèi)的溫度在設(shè)定值（略低于正常運行溫度，可調(diào)）。

當(dāng)RTO 系統(tǒng)從待機狀態(tài)恢復(fù)正常運行時：燃燒器對氧化室進行加熱至正常運行溫度，切斷閥打開，新風(fēng)閥關(guān)閉，RTO風(fēng)機正常運轉(zhuǎn)，系統(tǒng)恢復(fù)至正常運行狀態(tài)，對轉(zhuǎn)輪進行脫附再生。

（4）RTO 停機降溫狀態(tài)。當(dāng)RTO 正常停機或故障停機時：切斷閥關(guān)閉，不引入廢氣，新風(fēng)閥完全打開，燃燒加熱系統(tǒng)關(guān)閉，切換閥組同正常運行狀態(tài)，主風(fēng)機降頻運轉(zhuǎn)。當(dāng)燃燒室內(nèi)溫度降到設(shè)定值（一般為200 ℃，可調(diào)），RTO 主風(fēng)機停止運轉(zhuǎn)，切換閥組停止運轉(zhuǎn)。

3 調(diào)試運行方案

3.1 調(diào)試應(yīng)具備的條件

RTO 調(diào)試應(yīng)具備的條件：①系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備已安裝完畢并通過驗收；②各設(shè)備電氣回路試驗完畢，具備啟動條件；③電氣回路試驗完畢，絕緣合格；④各熱工儀表校驗完畢，具備使用條件。

3.2 RTO 調(diào)試內(nèi)容及步驟

RTO 調(diào)試內(nèi)容及步驟：①檢查RTO 主體設(shè)備和煙風(fēng)道清理干凈無雜物；②記錄各項參數(shù)；③各項通電動作檢查試驗；④聯(lián)鎖保護試驗；⑤檢查各設(shè)備的啟?？刂祈樞颍虎迿z查各煙氣擋板的開關(guān)符合設(shè)計要求；⑦檢查各煙氣行程及報警信號符合設(shè)計要求；⑧檢查試驗各順控步序正確無誤，符合要求；⑨填寫記錄聯(lián)鎖保護卡。

安全注意事項：①在調(diào)試前應(yīng)進行安全技術(shù)措施交底工作；②在擋板試驗時確定煙道已清理干凈，防止夾傷；③設(shè)立警戒、隔離區(qū)域或制定臨時措施；④如遇緊急情況，要注意保護人身、設(shè)備安全。

4 效果分析

該項目設(shè)備投運3 個月后，經(jīng)過第三方檢測單位測試，設(shè)備檢測結(jié)果如表5。

表5 RTO 運行數(shù)據(jù)測試表

由以上設(shè)備投運后測試結(jié)果可以得知，除了第6 次取樣結(jié)果效率比較臨界以外，其余都達到了≥99%處理效率的設(shè)計要求。分析其原因是第6 次取樣時剛好處于切換閥切換的時間段內(nèi)，由于閥門內(nèi)泄露導(dǎo)致暫時出現(xiàn)1 個排放峰值。

5 結(jié)語

處理有機廢氣的方法有很多，RTO 技術(shù)是眾多處理工藝中的1 種。針對該項目生產(chǎn)廢氣風(fēng)量大、濃度低的具體情況，選擇合適的廢氣處理工藝，主要從選型、設(shè)計源頭對RTO 系統(tǒng)的各類問題進行控制，最終嚴(yán)格控制RTO 后廢氣的排放，防止有機廢氣超標(biāo)，保護大氣環(huán)境，也對同類型的工程應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。