許日高，管勤玲

（斯迪克新型材料（江蘇）有限公司，江蘇 宿遷 223900）

江蘇境內某新材料企業(yè)始建于2010年，坐落于中國五大淡水湖之洪澤湖畔，企業(yè)的主要產品包括功能性薄膜材料、電子級膠黏材料、熱管理復合材料和薄膜包裝材料四大類。該公司于2010年投資建設膠黏材料生產項目，針對其中的12條涂布生產線有機廢氣采用溶劑回收裝置進行治理，并完成“三同時”手續(xù)。隨著《江蘇省大氣污染物綜合排放標準》（DB 32/4041-2021）[1]的發(fā)布實施，要求“現有污染源自2022年7月1日執(zhí)行此標準的排放限值”，該企業(yè)于2021年啟動廢氣治理提標改造工程，新建兩臺蓄熱式氧化爐代替現有溶劑回收裝置治理涂布生產有機廢氣，項目具有極大的環(huán)境效益。

1 工程概況

該企業(yè)某號車間12條涂布生產線主要生產雙面膠帶、導電膠帶、保護膜、易拉膠帶、網格膠帶等涂布產品，屬訂單制生產，生產流程主要是將基膜涂上不同配比的溶劑型膠黏劑后，將其送入烘箱烘干，每條生產線烘箱都為八節(jié)，烘箱內的溫度根據產品結構控制在120～230 ℃范圍，涂完膠的基膜依次進入第一節(jié)至第八節(jié)烘箱，從第八節(jié)烘箱出來的成品收卷，根據客戶需求進行后續(xù)分切。涂膠基膜在烘箱內逐級移動過程中，烘箱內膠水中的溶劑（主要成分為乙酸乙酯，其次是甲苯及少量的丁酮等輔料）基本全部揮發(fā)至廢氣中，有機廢氣主要是烘箱內部有組織收集的氣體[2]；其次在供膠涂布頭區(qū)域產生相對較高濃度的有機廢氣，供膠涂布在密閉空間操作，廢氣實現有組織收集；再次就是膠水配制操作和車間少量無組織廢氣的揮發(fā)。生產線烘箱廢氣中，第一節(jié)至第四節(jié)濃度相對最高，從前到后廢氣濃度總體上逐節(jié)降低，考慮產品質量和節(jié)能環(huán)保需求，每條生產線末位四節(jié)熱風循環(huán)利用，第八節(jié)最低濃度高溫廢氣，利用風機抽出并鼓風進入第七節(jié)烘干產品，第七節(jié)進入第六節(jié)、第六節(jié)進入第五節(jié)、第五節(jié)進入第四節(jié)，第一節(jié)至第四節(jié)風機抽出后進入環(huán)保設施，低濃度廢氣實現逐級增濃，生產線排風濃度相對較高。此次改造，為滿足更加嚴格的排放標準和相關方需求，淘汰了現有低效的溶劑回收廢氣治理裝置，改為使用蓄熱式氧化爐RTO進行處理，項目具有極大的環(huán)境效益。目前國內外諸多文獻報導了有機廢氣治理的理論研究和工程應用，但很少涉及涂布生產有機廢氣治理提標升級的工程實例，本篇以江蘇境內某涂布生產線廢氣提標治理工程為例，詳細介紹并分析涉及到的環(huán)保工程技術的可靠性和適用性[3]。

2 廢氣的性質及排放控制

涂布生產運行產出的有機廢氣，溫度在80～90 ℃，廢氣中的有機溶劑（主要成分為乙酸乙酯、甲苯）濃度達到3 000～8 700 mg/m3，并含有少量硅油、塵埃、膠結物等物質，廢氣平均熱值約23 Kcal/m3；涂布頭區(qū)域收集的有機廢氣，廢氣溫度為常溫，廢氣中有機溶劑的濃度約為500～1 500 mg/m3，涂布區(qū)域在密閉房間內完成，通過頂部排風收集送入對應生產線，高濃度廢氣后續(xù)一起處理。配膠室廢氣屬無組織排放，廢氣濃度≤20 mg/m3。12條生產線滿負荷開機，前四節(jié)排風與涂布頭排風風量合計約為150 000 m3/h，廢氣中VOCs濃度與膠水中溶劑占比、涂層厚度、機速等有關，故廢氣風量和VOCs濃度有明顯波動，且呈現有規(guī)律的變化。在末端治理方面，在改造前利用溶劑回收裝置進行廢氣處理，執(zhí)行《大氣污染物綜合排放標準》（GB 19297-1996）[4]，非甲烷總烴≤120 mg/m3，實際排放接近排放限值。改造后，利用2臺蓄熱式氧化爐RTO進行處理，執(zhí)行《江蘇省大氣污染物綜合排放標準》（DB 32/4041-2021），非甲烷總烴≤120 mg/m3，實際排放≤20 mg/m3[5]。

3 溶劑回收

本文中溶劑回收指的是廢氣中有機溶劑進行活性吸附濃縮后，利用蒸汽將活性炭中的有機溶劑解吸出來，將蒸汽和溶劑的混合物引入冷凝器，冷凝液進入分離器，利用溶劑比水輕的特點進行分離回收。具體操作流程如下：廢氣經粗效過濾預處理，去除廢氣中的固體雜質和硅油后，通過主風機前后各一道的表冷器將廢氣降溫至25 ℃左右（廢氣溫度為80～90 ℃），表冷利用循環(huán)冷卻水進行。廢氣在主風機牽引下進入活性炭吸附罐，有機溶劑被顆粒活性炭補集吸附，吸附后的廢氣從罐體上部通過一根不低于15 m的排氣筒排入大氣。當吸附罐內活性炭吸附達到飽和狀態(tài)后，停止有機廢氣進入該罐，有機廢氣送入120 ℃左右蒸汽中進行吹脫解吸，恢復活性炭吸附能力，即“低位吸附，高溫解吸”，兩套溶劑回收裝置均是“四吸一脫”，系統在PLC的控制下自控運行。吹脫出的含有機溶劑的解吸液進行二級冷凝，冷凝利用循環(huán)冷卻水進行，冷凝液靜置分層后進入蒸餾和精餾工序進行提純，提純物作為低端產品的原料使用，或者作為危廢處置，具體操作流程見圖1[6]。溶劑回收工藝在該企業(yè)使用中存在以下問題。（1）單純的溶劑回收裝置無法滿足日趨嚴格的環(huán)保要求，往往需要在后面串聯其他高效的處理措施以滿足環(huán)保達標排放要求；（2）裝置投資成本大、投資回收期長，顆?；钚蕴垦b置體積大、重量重、吸附風阻大、解析需要蒸汽用量大，吸附劑有效使用壽命短、運行費用較高，有機溶劑回收率總體較低；（3）活性炭性能直接影響裝置效率和投資成本，高效的新炭購置費用高，失效的活性炭是危險廢物，處置成本較高；（4）脫附、冷凝、精餾、不凝廢氣、敞開液面、循環(huán)冷卻水泄露等造成溶劑無組織排放，現場氣味不易控制；（5）產生的有機廢水COD濃度為30 000～150 000 mg/m3，廢水的可生化性差、含鹽量較高、處理難度和成本較高，進一步濃縮精制成本高；（6）蒸餾、精餾工序危險性較高，動靜密封點多，泄露隱患大；（7）回收的溶劑中混入雜質和添加物，其使用價值降低，無法作為低端產品的原料時，作為危廢進行處置增加額外成本。

圖1 溶劑回收裝置操作流程圖

目前，溶劑回收裝置在使用過程中日臻完善，具有良好的技術性能和廣闊的應用前景，符合當下“碳減排”發(fā)展理念，達到了減少廢氣排放及資源再生利用的目標，是利國利民的可持續(xù)發(fā)展技術項目，比較適合從溶劑組分相對固定、成分相對簡單的廢氣中回收有用物質。但溶劑回收裝置在運行過程中，如果技術和裝備比較落后或管理不善等，也會帶來較大負面環(huán)境影響。如單純利用溶劑回收裝置進行廢氣處理，后續(xù)沒有進一步的廢氣治理措施，易造成廢氣排放超標；溶劑在精餾提純的過程中，沒有在負壓密閉區(qū)域操作，氣體易產生無組織溢散；廢水沒有妥善處理，造成水環(huán)境污染等，這些技術問題使得溶劑回收技術在未來仍有待探索和提高。

4 蓄熱式氧化爐

由于本項目地處蘇北某縣，臨近居民區(qū)，高效治理廢氣及管控無組織排放廢氣顯得尤為重要，因此提標改造迫在眉睫，該企業(yè)兩套溶劑回收裝置于2021年和2022年先后完成環(huán)保改造，溶劑回收裝置被RTO（蓄熱式氧化爐）取代。蓄熱式熱力焚化爐又稱蓄熱式氧化爐，英文名為“Regenerative Thermal Oxidizer”，簡稱“RTO”，其原理是把有機廢氣加熱到760 ℃以上，使廢氣中的VOCs氧化分解成二氧化碳和水，氧化產生的高溫氣體流經特制的陶瓷蓄熱體，使陶瓷體升溫而“蓄熱”，此“蓄熱”用于預熱后續(xù)進入的有機廢氣，從而節(jié)省廢氣升溫的燃料消耗。在有機廢氣濃度較高時，RTO可以對外輸出余熱，通過蒸汽、熱風、熱水、導熱油等形式加以利用，在滿足環(huán)保目標的同時，實現經濟效益。本文中涂布生產線產出廢氣濃度較高，具有極大的余熱利用價值，兩套RTO設計處理風量分別為100 000 m3/h和85 000 m3/h，分別配套導熱油余熱鍋爐和蒸汽余熱鍋爐，最大化利用有機廢氣焚燒產生的余熱，車間烘箱供熱回油先經過RTO進行初步加熱，不足溫度由配套的燃氣鍋爐提供。運行實踐表明，RTO投運后，極大減少了燃氣鍋爐供熱負荷，鍋爐燃氣消耗量明顯降低。本項目工程包含燃燒室、蓄熱室、布風箱、燃燒器、燃燒器風機、廢氣風機、導熱油換熱器、煙氣混合箱、空氣儲罐、煙囪、廢氣管道、煙氣管道、熱工控制系統、電控系統等，工程根據3T（溫度、時間、湍流）原則設計，確保廢氣在燃燒室內充分氧化、熱解、燃燒[7]。焚燒爐的技術性能指標：焚燒溫度≥800 ℃（760～1 000 ℃程序可調）；高溫煙氣滯留時間＞1.0秒（設計溫度800 ℃）；燃燒效率≥99.9%；蓄熱室熱閃換效率≥95%；焚燒去除率≥99%，燃燒室、蓄熱室壁面溫升15 ℃；凈化后氣體溫升50 ℃，在進氣切換閥門處設置零泄漏系統，杜絕了RTO進氣布風箱臥推閥在動作過程中的廢氣泄露。

系統包含RTO進口管道配套泄爆片、LEL在線檢測冗余設置、防火閥，系統設置安全可靠的火焰監(jiān)測、多點溫度控制、多點壓力控制系統，并進行了安全風險評估，極大保證了焚燒爐系統和周邊環(huán)境的安全。改造完成后，廢氣中VOCs去除效率大幅提升，在實際運行中，RTO排氣VOCs在線監(jiān)測數據顯示均值在6～10 mg/m3范圍內，產品換單造成的廢氣異常波動排放亦控制在≤20 mg/m3，極大提高了環(huán)境效益。在正常情況下，此項目廢氣能實現自供熱操作，不需要添加輔助燃料，如天然氣；廢氣濃度較高時，產生的余熱可以加熱導熱油和提供蒸汽供生產線使用，增加經濟效益；同時杜絕了溶劑回收裝置現場無組織廢氣排放導致的異味溢散、產生高濃度有機廢水、新炭購置及廢炭處置等弊端；RTO技術能處理不同組成成分、不同濃度的VOCs，對廢氣中少量的灰塵、固體物質不敏感，裝置使用壽命較長，運行維護工作量小，操作安全可靠。但與此同時，RTO運行也存在低濃度廢氣處理成本較高、低濃度廢氣進入需要配套濃縮裝置、天然氣助燃提溫產生氮氧化物等弊端；同時高溫、富氧條件不可避免地會促進熱力型NOx的形成，有機廢氣焚燒也會產生大量溫室氣體，如二氧化碳的排放，不符合目前倡導的“碳減排”理念；廢氣中硅油焚燒后變成二氧化硅晶體，需要定期清洗堵塞的蓄熱陶瓷體，以降低氣流阻力，保證RTO布風均勻，并根據運行條件定期清理沉積物及更換蓄熱體；由于安全裝置不足，可能導致發(fā)生安全事故，在處理閃點低、揮發(fā)性強的有機物時，即使廢氣濃度明顯低于爆炸下限，裝置仍可能會發(fā)生爆炸事故；廢氣中的酸性物質會腐蝕設備，含有的鹵素在預處理不充分時，會產生二噁英排放等，也是RTO在設計和實際運行過程中需要進行改進的；此外，RTO一次性投入較大，因設備開機需要較長的升溫時間和較多的燃料消耗，所以RTO運行需盡可能連續(xù)操作，大風量、低濃度有機廢氣亦會造成運行費用偏高。本文涉及項目采用兩臺RTO，分別是三床式和五床式，共治理12條涂布生產線廢氣，其中五床式RTO在布風均勻性、去除效率穩(wěn)定性方面都表現良好。RTO工藝流程見圖2。

圖2 RTO工藝流程圖

5 結語

近年來，大氣污染防治越來越受到各方重視，VOCs治理在各行業(yè)都引起關注，涂布行業(yè)亦是“減排”重點行業(yè)之一。本文針對具體項目涉及的VOCs兩種實效性的末端治理技術，溶劑回收和RTO進行了全面分析。RTO焚燒爐對于大風量、中低濃度的有機廢氣處理效果較好，在當前能源價格飆升的背景下，以資源循環(huán)利用為目的的RTO處理VOCs廢氣技術具有廣闊的前景。但RTO應用中的不足之處，主要是圍繞如何降低設備造價、提高裝置的安全性及穩(wěn)定性，以及避免二噁英、NOx等副產物產生等問題，還需研究人員繼續(xù)探索和改進。從廢氣中回收溶劑更符合當下“碳減排”的理念，它在從廢氣中回收資源循環(huán)利用方面有獨特的優(yōu)勢，這也決定了它有更大的應用前景和研發(fā)潛能，但其也對日常運行中的管理和技術提出了更高的要求，這也是今后各方的管控重點和技術提升方向。從環(huán)保方面來說，VOCs治理是一項系統工程，單一的末端處理無法從根本上解決廢氣污染問題，因此，必須從源頭進行控制，如在優(yōu)化工藝、提升裝備、協同治理、強化監(jiān)管等方面進行全面控制，才能切實有效地解決揮發(fā)性有機廢氣的污染問題。