王曉飛

（內蒙古杉杉科技有限公司，內蒙古 包頭 014030）

隨著社會經濟的迅速發(fā)展，工業(yè)產業(yè)的振興，我國受到不同程度的環(huán)境污染。經濟飛速發(fā)展中，影響了大氣環(huán)境，使我國21世紀以來出現(xiàn)較為嚴重的大氣污染情況，如臭氧污染、霧霾嚴重等。其中VOC氣體不僅會造成大氣污染，并且還會威脅人體健康，是環(huán)境污染的一個重要原因。所以，保護環(huán)境不受污染首要治理VOC，降低污染廢氣排放、按照環(huán)保局要求合理，保護我國的大氣環(huán)境，為社會發(fā)展和生活質量提供基礎保障。本文為鋰電池負極生產廢氣處理設備分析，采用西門子1200系列CPU控制廢氣處理設備的運行。

1 鋰電池負極石墨材料

1.1 石墨材料的廢氣產生過程及成分

將石墨原料與瀝青按不同比例混合，進入混料機混合一段時間后，投料至反應釜系統(tǒng)，在高溫作業(yè)下使用螺帶攪拌，反應過程中空氣置換為氮氣，反應釜屬于密閉空間，在設定目標壓力的條件下，按照工藝設定溫度曲線，使用電阻絲加熱爐體，反應釜反應過程會產生的大量的廢氣，由離心風機抽出，通入殘夜罐冷凝焦油，其余廢氣由廢氣站離心風機，抽至廢氣站處理，廢氣成分經檢測,石墨生產過程中廢氣參考成分如表1。

表1 廢氣參考成分表

1.2 VOC廢氣的危害

VOC是揮發(fā)性有機物，包括除金屬碳化物、金屬碳酸鹽、CO2、CO、H2CO3和碳酸銨外，參與大氣進行光學反應的碳化合物，包括含氮有機物、含氯有機物、含硫有機物、非甲烷烴類（炔烴、烯烴、烷烴、芳香烴等）、含氧有機物（醛、醇、酮等）等，是產生細顆粒物PM2.5和污染破壞臭氧O3的重要前體物。VOC不僅對大氣造成破壞，還會影響人體健康。如大氣中VOC超標，人體若長期接觸或吸入，將會給神經系統(tǒng)及造血功能帶來危害，危害人的肝腎和神經，造成嚴重后果。

2 沸石轉輪吸附濃縮+RTO的應用

2.1 沸石轉輪吸附濃縮+RTO處理工藝

沸石轉輪吸附濃縮+RTO處理工藝是目前有機廢氣處理中處理低濃度、大風量的主流技術。由于低濃度廢氣用RTO廢氣處理工藝直接燃燒需要補充天然氣等大量燃料，運行成本很高經濟上不劃算。因此需要把低濃度的廢氣濃縮后，變成高濃度的廢氣再進行燃燒。這樣既節(jié)約了能源又減小了設備的尺寸，如80000風量廢氣需要很大的處理設備，但通過濃縮后的廢氣風量會變得很小，一般根據沸石的濃縮比確定濃縮后的風量。對沸石轉輪而言，80000風量的大風量、低濃度廢氣經吸附后脫附出來只需要5000風量的RTO設備即可處理，這樣就大大節(jié)約了成本和運行費用。

2.2 控制系統(tǒng)硬件配置

本廢氣處理項目使用西門子1215C可編程PLC處理器，搭配1個ET200SP從站擴展機架，使用的信號包括數(shù)字量DO輸出信號26個，數(shù)字量DI輸入94個，模擬量AI輸入信號24個，模擬量AO輸出信號4個。配置KTP1200觸摸屏來操作系統(tǒng)，編程使用博圖V16編譯下載（圖1）。

圖1

2.3 沸石轉輪吸附濃縮+RTO的工作過程（圖2）

圖2 運行控制流程圖

蓄熱式燃燒爐+沸石轉輪，其中沸石轉輪一區(qū)為吸附區(qū)域，負責轉輪吸附VOC成分；二區(qū)為脫附區(qū)域，為脫附氣體流通空間；脫附溫度要求180～300℃，三區(qū)為冷卻區(qū)域，負責通入室外新風，降低沸石溫度恢復分活性，蓄熱式燃燒爐安裝脫附風機，由脫附風機循環(huán)脫附沸石上的VOC，排放至蓄熱式燃燒爐高溫分解處理，分解要求溫度750～900℃，蓄熱式燃燒爐分上下兩層，上層VOC分解氧化區(qū)，下層蓄熱區(qū)，吸收維持爐內溫度，降低燃氣能源消耗，及控制系統(tǒng)等。

沸石轉輪運行流程，廢氣經過濾器后進入轉輪的吸附區(qū)，沸石吸附VOC氣體，轉輪轉動運行至脫附區(qū)后，經過180～350℃的脫附氣流脫附，脫附后濃縮VOC廢氣進入下一工序處理。轉輪沸石分子在冷卻區(qū)中通過冷氣降溫恢復活性，循環(huán)工作，其中沸石轉輪系統(tǒng)對VOC廢氣按照濃縮比例1:10吸附濃縮。

蓄熱式燃燒爐運行流程，高濃度VOC廢氣通過脫附風機進入蓄熱式燃燒爐，首先流經蓄熱A塔的蓄熱層，蓄熱磚釋放熱量加熱途徑的VOC廢氣，廢氣離開蓄熱層進入750～900℃的高溫分解室。在分解室中，VOC廢氣高溫中分解完成后排放。

蓄熱式燃燒爐處理流程，廢氣首先流入燃燒爐A塔蓄熱層，升溫后進入分解室氧化分解，處理后的廢氣離開分解室，進入B塔蓄熱層，釋放熱量后降溫排放，而蓄熱B塔蓄熱層吸收熱量后升溫，同時吹掃蓄熱C塔。完成往復后，進氣提升閥與出氣提升閥門完成切換，然后，廢氣流入B塔蓄熱層、分解室，由蓄熱C塔排放，吹掃蓄熱A塔。循環(huán)運行。由于廢氣先進入蓄熱層內預熱升溫，可大幅度節(jié)約燃氣能源。

2.4 沸石轉輪吸附濃縮+RTO的閥門組成及作用

如圖，TV108是沸石過濾器的入口閥門，此閥門常開；TV109為沸石轉輪的旁通閥，此閥門常閉，調試時使用，生產中禁止開啟；SV08和SV09是沸石轉輪著火后的消防水和氮氣閥門；TV101為新風冷氣去換熱器換熱的閥門；TV102是脫附旁通比例閥，通過PID來控制保持脫附溫度；TV103為換熱器出口比例閥，PID控制保持換熱器出口溫度，為脫附溫度提供熱量來源；TV105為RTO新風入口比例閥，根據RTO溫度PID控制閥門開度；RTO有中A、B、C三個蓄熱室，每個蓄熱室分為上中下三層，共9個溫區(qū)，底部為提升閥，切換A、B、C三塔中廢氣。

2.5 脫附溫度的自動控制

脫附溫度設定值為180℃，如果溫度低脫附效果下降，VOC會積留在沸石上面，如果溫度高，降低沸石的吸附效率和使用壽命。脫附溫度低于180℃時，根據實際脫附溫度PID控制，脫附旁通比例閥TV102開度降低，脫附新風閥TV101開度增大。圖3和圖4是控制程序。

圖3 脫附溫度控制圖

圖4 脫附溫度控制程序

2.6 換熱器溫度的自動控制

換熱器設置溫度為400℃，需要PID調節(jié)換熱器出口比例閥TV103的開度來控制換熱器溫，圖5是控制程序。

圖5 換熱器溫度PID控制程序

2.7 蓄熱室中A、B、C塔中溫差較大的解決方法

項目統(tǒng)計一般提升閥切換時間固定在120～200s，但是如果A、B、C塔的溫度相差較大，則需要程序實現(xiàn)提升閥切換時間自動調節(jié)，程序如圖6和圖7。

圖6 RTO運行流程圖

圖7 陶瓷溫度調節(jié)控制程序

3 廢氣中可燃氣體暴增應對方法

3.1 可燃氣體暴增后的安全措施

生產中因成分比例的調節(jié)，可燃氣體增加到一定條件會發(fā)生燃爆，實際監(jiān)測尾氣中H2和甲烷烴類監(jiān)測中超過11%，RTO中廢氣可自燃，超過一周未通天然氣，溫度穩(wěn)定在700～800℃。

沸石轉輪和RTO增加2000Pa的卸爆片，消防水和氮氣自動閥門，如果沸石轉輪溫度高自動噴消防水和填充氮氣。

增加在線可燃其他監(jiān)測，在尾氣入口前增加氮氣管道輸入自動比例閥門，如果超過可燃其他比例超過安全值，自動打開氮氣閥門補充氮氣，降低可燃氣體濃度，氮氣閥門開度大小，由實際可燃其他測量值和安全設定值PID控制。

3.2 可燃氣體暴增后蓄熱室溫度異常解決方法

可燃氣體暴增后脫附溫度不能低于下限，如果溫度低于下限，脫附效率降低，沸石轉輪積留大量VOC，溫度突然升高后容易著火。

蓄熱室因可燃氣體濃度高，溫度位于設定范圍內，天然氣不需要輸入，此時若蓄熱下層溫度達到450℃以上，廢氣會在下層直接燃燒，短時間內下層溫度超過上層溫度，下層為預熱溫度如果溫度太高，會燒壞提升閥及反吹閥門。解決方法：監(jiān)控下層溫度，達到300℃時打開RTO新風閥補充新風降低RTO溫度。

蓄熱室上層溫度如果超過850℃，換熱器溫度會升高，為避免換熱器燒壞，需要關閉換熱器出口閥門，并打開RTO新風閥對RTO進行降溫。

4 結語

綜上所述，VOC治理是環(huán)境治理中的重點工作，但是VOC治理還存在很多問題，尤其是設備的穩(wěn)定性，不同行業(yè)產生出不同成分的廢氣，處理需要采用不同的工藝和設備，可燃氣體含量偏高時，應優(yōu)先考慮安全的問題，并增加在線監(jiān)測設備，實時分析上報廢氣排放成分及濃度，加強廢氣治理宣傳力度，完善廢氣管控措施。保護環(huán)境已列為世界各國政府和人類的共同行動目標和主要任務之一，中國已把保護環(huán)境列為中國的一項基本國策，如果環(huán)境污染問題得到解決，我國的環(huán)境質量將有進一步的提升，我國環(huán)境管理也會達到更高的標準，同時促使我國環(huán)境管理工作進一步提升，對實現(xiàn)經濟的可持續(xù)發(fā)展、建設小康社會、最終實現(xiàn)人類社會的全面和諧有著重大理論和實踐意義。