王正，許鑫鑫，王祿，陳圖，付云健

（1.鎮(zhèn)江華東電力設(shè)備制造廠有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212021；2.河北寶力工程裝備股份有限公司，河北 衡水 053020）

揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）是指參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物，或者根據(jù)規(guī)定的方法測量或核算確定的有機(jī)化合物，來源于各行各業(yè)，種類達(dá)成百上千種，根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同，常分為烷類、芳烴類、烯類、鹵烴類、酯類、醛類、酮類等，對(duì)環(huán)境及人體均會(huì)造成不良影響。根據(jù)科學(xué)研究表明，VOCs是形成PM2.5的前體物，對(duì)全球氣候環(huán)境產(chǎn)生不同程度的危害，同時(shí)VOCs濃度高于一定數(shù)值時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)可能對(duì)人的身體產(chǎn)生不良影響。近年來，國家越來越重視VOCs的排放及治理，在國務(wù)院發(fā)布的《“十四五”節(jié)能減排綜合工作方案》中專門提到揮發(fā)性有機(jī)物綜合整治工程，實(shí)施全過程污染物治理，全面提升廢氣收集率、治理設(shè)施同步運(yùn)行率和去除率。此外，京津冀、長三角、珠三角等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)針對(duì)不同行業(yè)的VOCs已逐步完善及制定更加嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，其中有些較嚴(yán)格的地方標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)非甲烷總烴濃度的排放數(shù)值需不大于60mg/m3，有責(zé)任及遠(yuǎn)見的企業(yè)在治理VOCs的過程中又提出了更高的要求，河北省某企業(yè)在膠粘劑輥涂生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量VOCs，已將這一數(shù)值提高到了不大于40mg/m3。

1 治理工藝選擇

河北省某企業(yè)膠粘劑輥涂車間含兩條生產(chǎn)線，連續(xù)生產(chǎn)，正常工作一班/天，生產(chǎn)訂單多時(shí)兩班/天，生產(chǎn)過程中排放的VOCs風(fēng)量中等、濃度適中，基本參數(shù)見表1，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，詳細(xì)成分及相關(guān)物化性質(zhì)見表2。

表1 廢氣基本參數(shù)表

表2 成分及物化性質(zhì)表

廢氣經(jīng)治理后排放除了符合河北省地標(biāo)DB 13/2322-2016《工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放控制標(biāo)準(zhǔn)》外，還能滿足其他要求見表3。

表3 排放要求表

綜上所述，在滿足VOCs排放要求的情況下，整體設(shè)備的去除效率需≥95%，由于采用單一處理工藝如催化燃燒（CO）、蓄熱式焚燒（RTO）、蓄熱式催化燃燒（RCO）能耗高、投資大、經(jīng)濟(jì)性差，其他單一工藝如活性炭吸附、UV光解氧化等不能滿足效率要求，因此綜合考慮設(shè)備性能、投資、運(yùn)維及安全性，選用沸石轉(zhuǎn)輪+蓄熱式焚燒爐（RTO）治理工藝，確保在線監(jiān)測VOCs長期、穩(wěn)定、達(dá)標(biāo)排放。

2 工藝流程及原理

沸石轉(zhuǎn)輪+蓄熱式焚燒爐（RTO）工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

本工藝主要包括吸附流程及冷卻-脫附-焚燒流程。其中吸附流程為廢氣收集→干式過濾→吸附風(fēng)機(jī)→沸石轉(zhuǎn)輪吸附區(qū)→煙囪，概述為收集后的有機(jī)廢氣經(jīng)管路進(jìn)入干式過濾裝置，干式過濾裝置去除掉99%1um以上的顆粒物及其他雜質(zhì)，防止顆粒物及其他雜質(zhì)進(jìn)入沸石轉(zhuǎn)輪造成堵塞影響性能，潔凈的有機(jī)廢氣經(jīng)管路接入風(fēng)機(jī)，由風(fēng)機(jī)送風(fēng)至沸石轉(zhuǎn)輪吸附區(qū)，有機(jī)廢氣被吸附在沸石轉(zhuǎn)輪上，凈化后滿足排放要求的氣體經(jīng)煙囪排向大氣。

冷卻-脫附-焚燒流程為前端過濾后的廢氣沸石轉(zhuǎn)輪冷卻區(qū)→沸石轉(zhuǎn)輪脫附區(qū)→脫附風(fēng)機(jī)→蓄熱式焚燒爐（RTO）→RTO風(fēng)機(jī)→煙囪，概述為經(jīng)過過濾及吸附風(fēng)機(jī)后的氣體有一少部分進(jìn)入沸石轉(zhuǎn)輪冷卻區(qū)，冷卻后的沸石轉(zhuǎn)輪可繼續(xù)使用，冷卻區(qū)出口的氣體約110～140℃，該氣體進(jìn)入換熱器與RTO爐膛引出的高溫氣體換熱，換熱后的氣體約200～220℃，然后進(jìn)入沸石轉(zhuǎn)輪脫附區(qū)將沸石轉(zhuǎn)輪上吸附的有機(jī)廢氣脫附下來，脫附后的氣體約30～55℃，該高濃度有機(jī)廢氣經(jīng)脫附風(fēng)機(jī)進(jìn)入RTO焚燒，焚燒后的潔凈氣體經(jīng)RTO風(fēng)機(jī)排向煙囪，最后排向大氣。

沸石轉(zhuǎn)輪分為12等份，由三個(gè)分區(qū)組成，分別為吸附區(qū)、脫附區(qū)、冷卻區(qū)，等分比例為10:1:1，運(yùn)行時(shí)沸石轉(zhuǎn)輪一直在轉(zhuǎn)動(dòng)，吸附區(qū)處理有機(jī)廢氣，然后轉(zhuǎn)至脫附區(qū)，脫附區(qū)將吸附的VOCs解析下來，使沸石轉(zhuǎn)輪再生，再生后的沸石轉(zhuǎn)輪進(jìn)入冷卻區(qū)，經(jīng)過冷卻后再轉(zhuǎn)至吸附區(qū)，沸石轉(zhuǎn)輪運(yùn)轉(zhuǎn)原理見圖2。

圖2 沸石轉(zhuǎn)輪運(yùn)轉(zhuǎn)原理圖

RTO取代了以前的換熱式燃燒技術(shù)，利用高溫氧化原理，將揮發(fā)性有機(jī)物廢氣在一定溫度及反應(yīng)時(shí)間下，經(jīng)燃燒分解成CO2和H2O；其主要由蓄熱室、燃燒室、閥門系統(tǒng)、蓄熱系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、天然氣管道系統(tǒng)及閥組等組成，每個(gè)蓄熱室底部有三套閥門，運(yùn)行時(shí)每個(gè)蓄熱室底部只有一個(gè)閥門處于開啟狀態(tài)，其余閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，循環(huán)交替運(yùn)行，三室蓄熱式焚燒爐運(yùn)行過程見表4。

表4 三室蓄熱式焚燒爐運(yùn)行過程表

3 沸石轉(zhuǎn)輪+蓄熱式焚燒爐（RT〇）參數(shù)及優(yōu)化設(shè)計(jì)

該設(shè)備主要由干式過濾系統(tǒng)、沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)、蓄熱式焚燒爐、電控系統(tǒng)等組成。

3.1 干式過濾系統(tǒng)

干式過濾系統(tǒng)是通過多孔的過濾介質(zhì)（濾料）分離捕捉氣體中的固體、液體粒子的凈化裝置，含顆粒物、塵氣體進(jìn)入過濾器后，通過濾料層，濾塵粘附在濾料的迎風(fēng)面，由濾料背風(fēng)面逸出的氣體進(jìn)入下一道處理工序或排出。每級(jí)過濾器設(shè)置壓差傳感器，保證廢氣處理系統(tǒng)正常、安全、穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)干式過濾器達(dá)到需更換的條件（通過壓差計(jì)設(shè)定的數(shù)值）時(shí)，系統(tǒng)控制提前發(fā)出報(bào)警提示更換。系統(tǒng)設(shè)置四級(jí)過濾器，主要參數(shù)見表5。

表5 干式過濾系統(tǒng)參數(shù)表

3.2 沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)

沸石轉(zhuǎn)輪采用國產(chǎn)中國能建-敬源品牌，其廣泛應(yīng)用于各行業(yè)VOCs治理，轉(zhuǎn)輪以一定的速度在轉(zhuǎn)動(dòng)，吸附后的沸石自動(dòng)轉(zhuǎn)入脫附區(qū)域進(jìn)行脫附再生，再生后的沸石自動(dòng)轉(zhuǎn)入冷卻區(qū)，然后再轉(zhuǎn)入吸附區(qū)，實(shí)現(xiàn)吸附濃縮、脫附再生及轉(zhuǎn)輪冷卻同時(shí)運(yùn)行，保證系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行，主要參數(shù)見表6。

表6 沸石轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表

3.3 蓄熱式焚燒爐

系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)前，需提前進(jìn)行起機(jī)預(yù)熱，到達(dá)設(shè)定溫度后，廢氣進(jìn)入高溫氧化區(qū)燃燒，燃料及廢氣本身的熱可使燃燒室保持一定的溫度，使廢氣分解成CO2和H2O；蓄熱式焚燒爐(RTO)的操作溫度不低于760℃，確保VOCs物質(zhì)可在足夠的溫度下破壞完全，燃燒室設(shè)計(jì)使VOCs廢氣停留時(shí)間≧1.2s，保證廢氣充分燃燒，燃燒室保溫厚度不小于250mm，使設(shè)備表面溫度不超過60℃。設(shè)備主要參數(shù)見表7。

表7 蓄熱式焚燒爐主要參數(shù)表

3.4 電控系統(tǒng)

電控系統(tǒng)采用集中監(jiān)控PLC分布式控制，實(shí)現(xiàn)廢氣處理系統(tǒng)安全、長期、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行，即采用PLC+觸摸屏與動(dòng)力柜、電氣控制柜、現(xiàn)場就地操作箱、現(xiàn)場儀表等組成整個(gè)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的獨(dú)立監(jiān)控。

PLC系統(tǒng)具有設(shè)備工況監(jiān)視、流程畫面顯示、參數(shù)顯示及調(diào)整優(yōu)化、報(bào)警顯示、自動(dòng)連鎖保護(hù)、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存等功能，預(yù)留數(shù)據(jù)通訊接口，且實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)手動(dòng)、自動(dòng)、待機(jī)控制功能的切換，手動(dòng)控制時(shí)各項(xiàng)設(shè)備可獨(dú)立啟動(dòng)，自動(dòng)控制時(shí)各項(xiàng)設(shè)備自動(dòng)按程序啟動(dòng)。

3.5 創(chuàng)新設(shè)計(jì)

（1）廢氣進(jìn)入沸石轉(zhuǎn)輪前安裝有PID濃度檢測儀，既能實(shí)時(shí)監(jiān)測入口廢氣濃度，也可以根據(jù)濃度實(shí)現(xiàn)沸石轉(zhuǎn)輪運(yùn)行參數(shù)。

（2）沸石轉(zhuǎn)輪入口前端安裝有濕度計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測入口廢氣濕度，當(dāng)入口濕度高于設(shè)定值時(shí)蓄熱式焚燒爐排氣的一路氣體回引至前端，對(duì)氣體升溫除濕，確保廢氣濕度低于設(shè)定值，保證沸石轉(zhuǎn)輪凈化效率。

（3）沸石轉(zhuǎn)輪設(shè)有壓力及溫度監(jiān)控，同時(shí)配有消防水系統(tǒng)，保證沸石轉(zhuǎn)輪安全運(yùn)行。

（4）沸石轉(zhuǎn)輪脫附出口與蓄熱式焚燒爐入口之間裝有PID濃度檢測儀，既能實(shí)時(shí)監(jiān)測廢氣濃度，也可以更精確設(shè)定報(bào)警及補(bǔ)新風(fēng)濃度，確保進(jìn)入蓄熱式焚燒爐廢氣濃度低于25%LEL（爆炸下限）。

（5）蓄熱式焚燒爐爐膛設(shè)有壓力監(jiān)測，實(shí)時(shí)監(jiān)測爐膛內(nèi)壓力變化，壓力異常時(shí)報(bào)警并執(zhí)行連鎖。

（6）蓄熱式焚燒爐裝有緊急高溫排放閥，爐膛溫度高于設(shè)定值時(shí)，氣體直接排放至煙囪，實(shí)現(xiàn)高溫保護(hù)，確保設(shè)備安全。

（7）蓄熱式焚燒爐頂部安裝泄爆片，防止其他措施均采取后仍不能起到作用時(shí)泄爆片爆破，確保焚燒爐不發(fā)生爆炸。

4 運(yùn)行效果

設(shè)備投運(yùn)后運(yùn)行情況較好，設(shè)備見圖3；煙囪在線監(jiān)測數(shù)據(jù)非甲烷總烴排放濃度始終≤15mg/m3，整體設(shè)備處理效率≥97%，見圖4、圖5。

圖3 沸石轉(zhuǎn)輪+RT〇廢氣治理設(shè)備

圖4 入口濃度在線數(shù)據(jù)表

圖5 煙囪在線監(jiān)測數(shù)據(jù)及處理效率表

5 結(jié)語

沸石轉(zhuǎn)輪+蓄熱式焚燒爐（RTO）較適用于中、大風(fēng)量及濃度通常不大于1000mg/m3、處理效率要求較高情況，其中沸石轉(zhuǎn)輪及蓄熱式焚燒爐（RTO）均具有較高的處理效率，兩者組合后能長期、穩(wěn)定、較好地解決生產(chǎn)單位有機(jī)廢氣治理的環(huán)保問題。另外，該工藝在不同行業(yè)應(yīng)用的過程中根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用情況及要求如何不斷進(jìn)行完善、優(yōu)化及更新，投入上如何降低成本及設(shè)備應(yīng)用上如何能給企業(yè)帶來附加價(jià)值是未來發(fā)展中值得關(guān)注和研究的地方。