文_伍濟(jì)昆 廣東環(huán)科院環(huán)境科技有限公司

1 概況

某涂料企業(yè)主要進(jìn)行家具漆、乳膠漆、UV漆生產(chǎn)，現(xiàn)項(xiàng)目生產(chǎn)過程中使用苯乙烯量約為30t/a，丙烯酸量約為30t/a。油漆的生產(chǎn)流程為投料—分散—檢驗(yàn)—包裝，在油漆生產(chǎn)過程中的攪拌、包裝等工序會排放一定的有機(jī)廢氣污染物，污染物的主要成份是顆粒物、VOCs。

2 設(shè)計(jì)參數(shù)確定

2.1 污染物種類及濃度

項(xiàng)目產(chǎn)品涉及原材料為滑石粉、醇酸樹脂、聚胺酯樹脂、乙酯、丁酯、二甲苯、丙酮、丁酮、乙酸乙酯。在生產(chǎn)過程中，會排放顆粒物及二甲苯、丙酮等有機(jī)廢氣，廢氣的溫度為常溫。由于原系統(tǒng)的顆粒物去除效果較佳，本次改造仍采用原有布袋除塵系統(tǒng)對顆粒物進(jìn)行去除。參考類似行業(yè)的VOCs排放特點(diǎn)，VOCs的平均排放濃度約為200mg/m3。

2.2 廢氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2.1 廢氣設(shè)計(jì)風(fēng)量

本項(xiàng)目的廢氣主要來自于移動(dòng)罐分散區(qū)、小桶包裝區(qū)、下料區(qū)、研磨區(qū)和固定罐包裝區(qū)。

（1）移動(dòng)罐分散區(qū)

現(xiàn)有11臺分散機(jī)，收集裝置利用現(xiàn)有，不新增集氣罩，新增收集管道。分散缸利用原有吸風(fēng)軟管，另外增加一臺萬向集氣臂，萬向臂規(guī)格Ф160mm，每個(gè)攪拌罐設(shè)計(jì)總廢氣收集量為1000m3/h，此區(qū)域總廢氣量為11000m3/h。

（2）小桶包裝區(qū)（包裝平臺）

小桶包裝區(qū)圍閉尺寸為12.5m×7.5m×3.5m，設(shè)計(jì)抽風(fēng)風(fēng)量參考圍閉區(qū)域換氣次數(shù)為30次/h，則廢氣收集總量為9843.75m3/h（取10000m3/h）。

（3）下料區(qū)

下料區(qū)分為兩部分，尺寸分別為5.6m×5.6m×4.5m、5.9m×5m×4.5m。由于該部分廢氣濃度較高，設(shè)計(jì)30次/h的換氣次數(shù)，同時(shí)考慮頂部和底部抽風(fēng)，兩個(gè)操作間的換氣風(fēng)量分別為4233.6m3/h（取4300m3/h）、3982.5m3/h（取4000m3/h）。

（4）研磨區(qū)

現(xiàn)有一臺研磨機(jī)，考慮到生產(chǎn)調(diào)整將新增兩臺，故按3臺研磨機(jī)設(shè)計(jì)總風(fēng)量1000m3/h。

（5）固定罐包裝區(qū)

廢氣設(shè)計(jì)風(fēng)量按設(shè)備滿負(fù)荷的一半進(jìn)行設(shè)計(jì)，每個(gè)儲罐有兩個(gè)廢氣點(diǎn)，每個(gè)儲罐的廢氣量為1500m3/h，每個(gè)包裝機(jī)的廢氣量為200m3/h，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況和滿負(fù)荷一半設(shè)計(jì)分量，設(shè)計(jì)同時(shí)開啟9臺設(shè)備時(shí)的風(fēng)量：15300m3/h。此外，該區(qū)域內(nèi)還有3個(gè)30m3和2個(gè)16m3樹脂儲罐。儲罐為全密封已設(shè)置廢氣收集管路。廢氣量為200m3/h，產(chǎn)生的有機(jī)廢氣總量為15500m3/h。

（6）檢驗(yàn)車間及助劑間

檢驗(yàn)車間為實(shí)驗(yàn)室，設(shè)計(jì)風(fēng)量2000m3/h。助劑間為助劑暫存區(qū)，尺寸為8.5m×5m×4m，此部分廢氣濃度高，故設(shè)計(jì)40次/h的換氣次數(shù)，換氣風(fēng)量為6800m3/h（取7000m3/h），設(shè)計(jì)風(fēng)量7000m3/h。

2.2.2 廢氣收集設(shè)計(jì)

考慮風(fēng)管走向、設(shè)備的制作規(guī)范和車間的設(shè)備布局以及設(shè)備風(fēng)量的控制范圍。共設(shè)計(jì)兩套收集系統(tǒng)，一套為收集檢驗(yàn)車間、固定罐包裝區(qū)3臺、研磨區(qū)、助劑間、1臺移動(dòng)分散罐，設(shè)計(jì)風(fēng)量為16100m3/h?？紤]到漏風(fēng)率、系統(tǒng)風(fēng)量設(shè)計(jì)余量、生產(chǎn)臨時(shí)變更計(jì)劃等因素，選用風(fēng)機(jī)風(fēng)量為20000m3/h，風(fēng)機(jī)為變頻控制。

另一套為收集固定罐包裝區(qū)6臺、下料區(qū)、包裝平臺、移動(dòng)分散罐10臺和立方儲罐，設(shè)計(jì)風(fēng)量為38700m3/h?？紤]到漏風(fēng)率和系統(tǒng)風(fēng)量設(shè)計(jì)余量以及生產(chǎn)臨時(shí)變更計(jì)劃等因素，設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)為40000m3/h，風(fēng)機(jī)為變頻控制。

2.3 廢氣排放設(shè)計(jì)

廢氣排放要求具體如表1。

表1 廢氣排放要求

3 處理工藝設(shè)計(jì)

3.1 工藝流程設(shè)計(jì)

目前常用的有機(jī)廢氣治理工藝有熱力燃燒法、催化燃燒法、吸收法、冷凝回收法、吸附法、低溫等離子法、生物法等。涂料生產(chǎn)車間產(chǎn)生的有機(jī)廢氣，屬于低濃度、成分復(fù)雜、大風(fēng)量的有機(jī)廢氣。目前，對該類有機(jī)廢氣的治理，最徹底的方法是燃燒法（包括直接燃燒和催化燃燒）。

但由于本項(xiàng)目的有機(jī)廢氣濃度低且風(fēng)量大，若直接采用焚燒法，投資及運(yùn)行費(fèi)用極大。雖然生產(chǎn)過程中會使用UV漆和不飽和樹脂的原料，但管道收集系統(tǒng)復(fù)雜，且生產(chǎn)常規(guī)涂料產(chǎn)品的廢氣量較少，因此本方案不考慮分開收集。對此類氣體，設(shè)計(jì)采用“過濾器+筒式沸石轉(zhuǎn)輪-蓄熱式催化燃燒（RCO）”的方案進(jìn)行處理，如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

3.1.1 氣體預(yù)處理流程

移動(dòng)分散罐、包裝平臺、下料區(qū)、研磨區(qū)和固定罐包裝區(qū)產(chǎn)生的低濃度有機(jī)廢氣經(jīng)布袋除塵器（此部分為業(yè)主負(fù)責(zé)）除去粉塵后由一次風(fēng)機(jī)引出。廢氣經(jīng)過預(yù)處理后，再通過吸收塔內(nèi)部的吸收劑將廢氣中的有機(jī)物吸收、捕獲，再通過二次風(fēng)機(jī)送入煙囪。

3.1.2 脫附流程

工廠所排放出VOCs廢氣進(jìn)入系統(tǒng)后，首先經(jīng)過疏水性沸石轉(zhuǎn)輪，在轉(zhuǎn)輪上進(jìn)行吸附；進(jìn)而把部分沸石轉(zhuǎn)輪排放氣與CO反應(yīng)器燃燒室熱氣進(jìn)行混風(fēng)后加熱為熱氣（約150～180℃），使其通入轉(zhuǎn)輪內(nèi)利用高溫將有機(jī)物脫附下來，而脫附下來的高濃廢氣進(jìn)入300℃以上的CO中氧化。本筒式轉(zhuǎn)輪的是選用東洋紡的沸石模塊，處理效率達(dá)90%以上，濃縮倍數(shù)為30倍，不需要冷卻段。

3.2 處理設(shè)備設(shè)計(jì)

方案設(shè)計(jì)中的主要設(shè)備包含過濾器、吸附器、催化燃燒設(shè)備、風(fēng)機(jī)和控制系統(tǒng)組成。

3.2.1 催化燃燒設(shè)備（旋轉(zhuǎn)式RCO）

本方案中的沸石是采用熱空氣吹掃再生，吹掃出來的有機(jī)物送至蓄熱式催化燃燒（RCO）設(shè)備焚燒處理，同時(shí)利用有機(jī)物燃燒放熱來維持再生設(shè)備的運(yùn)行所需的能量。

RCO設(shè)備采用8室旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，把蓄熱催化床分成八等份，其中三份是進(jìn)氣區(qū)，三份是排氣區(qū)，一份是吹掃區(qū)，一份是盲區(qū)。主要由電加熱器、催化劑、蓄熱體、旋轉(zhuǎn)換向閥及溫度傳感器等組成。

催化劑采用蜂窩陶瓷催化劑，活性組分為貴金屬催化劑,貴金屬負(fù)載量≥0.6g/L，使用壽命3a。蓄熱體采用陶瓷蓄熱體，采用美國LANTEC公司產(chǎn)品。催化床啟動(dòng)采用電加熱，采用不銹鋼電加熱管，使用壽命1a。具體參數(shù)見表2。

表2 再生設(shè)備技術(shù)參數(shù)

3.2.2 過濾器

過濾器的作用是濾除氣體中的細(xì)小顆粒物，防止污染后面的吸附轉(zhuǎn)輪。過濾器采用三級過濾：①一級過濾為袋式結(jié)構(gòu)，過濾材料為無紡布，過濾精度F6級；②二級過濾的過濾材料為顆?；钚蕴?；③三級過濾為袋式結(jié)構(gòu)，過濾材料為無紡布，過濾精度F8級。處理風(fēng)量60000m3/h，活性炭體積1.5m3，過濾袋個(gè)數(shù)24個(gè)。

3.2.3 筒式沸石轉(zhuǎn)輪

筒式沸石轉(zhuǎn)輪中的吸附劑采用疏水性沸石，處理風(fēng)量為60000m3/h，型號：TSFZS-60，吸附段速率3.22m/s，濃縮倍數(shù)18，阻力600～850Pa，凈化效率≥90%。

3.2.4 脫附氣體加熱器

筒式沸石轉(zhuǎn)輪脫附采用熱空氣脫附，氣體的脫附溫度為160～200℃，從吸附氣流引一部分氣體首先進(jìn)入RCO內(nèi)置的換熱通道內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱后的氣體溫度再通過脫附氣體加熱器繼續(xù)升溫至需要的脫附溫度。需配置一臺脫附氣體加熱器，用于提升脫附氣體的溫度，加熱器采用天然氣加熱，燃燒器加熱功率10萬kcal。

3.2.5 風(fēng)機(jī)

方案共有4臺風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)的參數(shù)見表3。

表3 風(fēng)機(jī)技術(shù)參數(shù)

3.2.6 控制系統(tǒng)

系統(tǒng)運(yùn)行采用PLC自動(dòng)控制運(yùn)行，其中：吸附風(fēng)機(jī)、脫附風(fēng)機(jī)、RCO風(fēng)機(jī)采用變頻啟動(dòng)。吸附風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率通過過濾器后的壓力傳感器自動(dòng)調(diào)節(jié)其運(yùn)行頻率。為保證處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行，本設(shè)計(jì)通過采集與傳輸溫度、時(shí)間參數(shù)的變化信號來達(dá)到脫附的安全保護(hù)功能。

4 運(yùn)營費(fèi)用分析估算

4.1 電費(fèi)

廢氣處理系統(tǒng)裝機(jī)容量為152.38kW。 生產(chǎn)車間按設(shè)計(jì)風(fēng)量每天工作8h，每年工作300d，電費(fèi)按0.8元/kWh計(jì)，電機(jī)功率系數(shù)按0.8計(jì)，即電機(jī)電費(fèi)為14.43萬元/a。

RCO電加熱費(fèi)用與氣體濃度有關(guān)，根據(jù)濃縮比，脫附氣體中的有機(jī)物濃度足于維持系統(tǒng)的運(yùn)行，即RCO啟動(dòng)后不需要補(bǔ)充能量，但RCO啟動(dòng)需要加熱，加熱時(shí)間為1h，即每天需要啟動(dòng)一次，年啟動(dòng)300次，脫附時(shí)間按每小時(shí)補(bǔ)充10%的熱量計(jì)算，加熱電費(fèi)為2.59萬元/a；因此，總耗電費(fèi)為17.02萬元/a。

4.2 天然氣費(fèi)用

脫附風(fēng)升溫需要加熱，天然氣連續(xù)加熱，天然氣用量為11m3/h，天然氣按3.8元/m3，因此，天然氣費(fèi)用為10.03萬元/a。

4.3 吸附材料更換費(fèi)用

沸石轉(zhuǎn)輪的裝填量為2m3，按沸石的壽命1a計(jì)算，更換費(fèi)用約為45萬元/a，危險(xiǎn)廢物處置按1.2萬元/a即吸附劑的平均年更換費(fèi)用為46.2萬元/a。

4.4 過濾材料更換費(fèi)用

處理系統(tǒng)新增一臺過濾器，內(nèi)有F6/碳慮/F8三級過濾。其中一級過濾F6級，安裝了24個(gè)過濾袋，一級過濾按每月更換一次，年更換12次，年耗288個(gè)，一級過濾價(jià)格為80元/個(gè)；二級過濾為顆粒活性炭，每3個(gè)月更換一次，年耗活性炭6m3，約3t，活性炭價(jià)格為5000元/t；三級過濾袋每6個(gè)月更換一次，年耗48個(gè)，過濾袋價(jià)格為120元/個(gè)。即過濾材料的年更換費(fèi)用為4.38萬元/a。

4.5 催化劑更換費(fèi)用

催化劑的使用壽命約為2a。假設(shè)2a后全部更換，需要催化劑576L，價(jià)格為300元/L，即其平均每年的更換為8.64萬元/a。

綜上所述，年運(yùn)行費(fèi)用為86.27萬元/a，與傳統(tǒng)處理技術(shù)相比，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語

經(jīng)過分析可知，采用“過濾器+筒式沸石轉(zhuǎn)輪-蓄熱式催化燃燒（RCO）”的技術(shù)方案，具有起燃溫度低、節(jié)約能源、凈化率高、無二次污染的顯著優(yōu)點(diǎn)，可有效處理高濃度有機(jī)廢氣。因此，項(xiàng)目所采用的技術(shù)方案是可靠的、合理的，涂料建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施該改造方案后，可以有效改善車間操作環(huán)境，使廢氣穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。