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針對(duì)家具噴漆過(guò)程VOCs成分復(fù)雜、風(fēng)量大、濃度低的實(shí)際情況,本文重點(diǎn)介紹了沸石(分子篩)轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+熱力燃燒VOCs治理技術(shù),該技術(shù)特別適用于處理大風(fēng)量、低濃度有機(jī)廢氣,可以有效提高處理效率、降低運(yùn)行成本,VOCs去除效率可達(dá)到93%以上。

1 、引言

噴漆是家具制造行業(yè)最主要工藝之一，在很大程度上決定了家具制品的外觀、色彩、質(zhì)量、檔次與價(jià)值。就當(dāng)前家具行業(yè)來(lái)說(shuō)，VOCs主要來(lái)自于噴漆工序中涂料中有機(jī)溶劑和稀釋劑的揮發(fā)，而且不同種類的涂料在使用過(guò)程中所排放的VOCs種類和含量也不同，涂裝相同面積時(shí)，使用溶劑型涂料產(chǎn)生的v o c s量最多，水性涂料次之，粉末涂料最少。雖然目前國(guó)家要求家具行業(yè)大力推廣使用水性、紫外光固化涂料，到2 0 2 0 年底前，替代比例達(dá)到6 0 % 以上，但是鑒于家具行業(yè)噴漆程水性、紫外光固化涂料技術(shù)的不成熟，業(yè)內(nèi)目前仍以溶劑型涂料為主，噴漆過(guò)程產(chǎn)生大量的漆塵和VOCs，因此對(duì)家具行業(yè)VOCs治理提出了很高的要求。

以無(wú)錫某大型家居企業(yè)為例，企業(yè)設(shè)置兩條噴漆線，進(jìn)行木門和浴室柜噴涂，噴涂廢氣具體包括:調(diào)漆廢氣、噴漆廢氣、烘干廢氣，主要污染物為醋酸乙酯、苯乙烯、二甲苯、醋酸丁酯、乙醇、甲基異丁酮、異氰酸酯單體、2 - 羥基- 2 - 甲基- 1 - 苯基- 1 - 丙酮、甲苯、2- 甲基- 2 - 丙烯酸- 2 - 羥乙基酯磷酸酯、丙烯酸、3- 氯- 1 , 2 - 環(huán)氧丙烷、乙苯、甲基乙基酮、環(huán)己酮、石油、1 ，2 , 4 -三甲基苯、乙二醇、顆粒物，該過(guò)程風(fēng)量約為 215000m3/h ,噴涂、VOCs 產(chǎn)生濃度為 120 ~ 3 3 0 mg/m3，該廢氣具有風(fēng)量大、濃度低、廢氣組分復(fù)雜、無(wú)回收價(jià)值等主要特點(diǎn)。

對(duì)于大風(fēng)量、低濃度的有機(jī)廢氣經(jīng)過(guò)沸石分子篩吸后，可轉(zhuǎn)換成小風(fēng)量、中高濃度的有機(jī)廢氣，因此企業(yè)噴漆廢氣選用沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+ RTO 處理，具有凈化效率高、投資低等優(yōu)點(diǎn)，可以確保噴漆廢氣達(dá)標(biāo)排放，工藝技術(shù)合理、可行。

2、沸石轉(zhuǎn)輪濃縮+ RTO技術(shù)原理

本技術(shù)是沸石轉(zhuǎn)輪吸附同蓄熱式焚燒技術(shù)的組合工藝，凈化系統(tǒng)主要由三級(jí)干式過(guò)濾裝置、沸石轉(zhuǎn)輪濃縮吸附裝置、RT0、風(fēng)機(jī)、換熱器、PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)組成。該組合技術(shù)通過(guò)沸石轉(zhuǎn)輪的吸附濃縮使大風(fēng)量、低濃度有機(jī)廢氣濃縮為小風(fēng)量、高濃度濃縮氣體，高濃度濃縮氣再經(jīng)RTO高溫燃燒分解為(CO2和H2O等無(wú)機(jī)成分。沸石轉(zhuǎn)輪濃縮裝置是利用吸附-脫附-濃縮三項(xiàng)連續(xù)變溫的吸附、脫附程序，通過(guò)轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)輪(被分割成吸附區(qū)、脫附區(qū)、冷卻區(qū))上同時(shí)完成VOCs的吸附、脫附再生。

組合技術(shù)工藝過(guò)程:經(jīng)三級(jí)干式過(guò)濾裝置去除粉塵、顆粒物后的有機(jī)廢氣流過(guò)濃縮轉(zhuǎn)輪時(shí)，其中的有機(jī)物在轉(zhuǎn)輪吸附區(qū)域會(huì)被吸附下來(lái)，經(jīng)過(guò)吸附凈化后的廢氣(約占處理風(fēng)量的85% ~ 95% )排放到大氣中，一小部分廢氣(約占處理風(fēng)量的5% ~ 15% )對(duì)轉(zhuǎn)輪冷卻區(qū)降溫后經(jīng)換熱器被加熱到180 ~ 220oC的脫附溫度后，流人脫附區(qū)，脫附區(qū)有機(jī)物從吸附劑一沸石上脫離到加熱的氣流中，轉(zhuǎn)輪得以再生，脫附后的高濃度VOCs被送人RT0高溫焚燒，反應(yīng)后的高溫?zé)煔膺M(jìn)人規(guī)整蜂窩陶瓷蓄熱體，95% 的熱量被蓄熱體吸收并“儲(chǔ)存”起來(lái)，溫度降低到接近RTO人口溫度，通常不超過(guò)50oC。蓄熱體溫度升高后，通過(guò)切換閥或旋轉(zhuǎn)裝置切換氣流流向，分別進(jìn)行蓄熱和放熱，實(shí)現(xiàn)熱量的有效回收利用。

3、沸石轉(zhuǎn)輪濃縮+RTO簡(jiǎn)介

案例所采用沸石轉(zhuǎn)輪濃縮+ RTO廢氣處理設(shè)備主要包括混合總管單元、三級(jí)干式過(guò)濾器、升溫調(diào)濕單元、沸石轉(zhuǎn)輪濃縮單元、蓄熱氧化爐單元。

3.1 三級(jí)干式過(guò)濾器

三級(jí)干式漆霧過(guò)濾器能較完全地去除粉塵、漆霧，氣體中0.5um 以上的塵凈化效率大于等于98% 。它的原理是通過(guò)材料纖維改變漆霧顆粒的慣性力方向從而將其從廢氣中分離出來(lái)，材料逐漸加密的多重纖維經(jīng)增加撞擊率，提高過(guò)濾效率。過(guò)濾時(shí)能有效通過(guò)不同過(guò)濾材料組合，利用材料空間容納漆霧，達(dá)到更高的過(guò)濾效率是干式材料的特有性能。

當(dāng)過(guò)濾系統(tǒng)壓力達(dá)到設(shè)定報(bào)警值時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，報(bào)警信號(hào)接人中央控制室，提醒操作人員更換濾材。

三級(jí)干式過(guò)濾器技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

3.2 沸石轉(zhuǎn)輪

沸石濃縮轉(zhuǎn)輪被分為吸附區(qū)、脫附區(qū)、冷卻區(qū)三個(gè)功能區(qū)，沸石分子篩轉(zhuǎn)輪在各個(gè)功能區(qū)域內(nèi)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

在吸附區(qū)：廢氣通過(guò)前置的過(guò)濾器后，送至沸石分子篩轉(zhuǎn)輪的吸附區(qū)。在吸附區(qū)(吸附區(qū)面積為S1 )有機(jī)廢氣中的VOCs被沸石分子篩吸附，未被吸附的廢氣在吸附風(fēng)機(jī)的帶動(dòng)下，直接排人煙囪達(dá)標(biāo)排放。在脫附區(qū):沸石轉(zhuǎn)輪上吸附的VOCs,在脫附區(qū)(脫附區(qū)面積為S2 ) 被高溫逆向脫附、濃縮，脫附溫度約200oC：，濃縮倍數(shù)一般為5 ~ 25倍。濃縮倍數(shù)：n = (S1 x V1)/(S2 xV2 ) ，其中 S1/S2 = 10:1 ,V1/V2 = ( 0.5 ~ 2.5 )。脫附氣在脫附風(fēng)機(jī)的帶動(dòng)下進(jìn)人RTO焚化系統(tǒng)。

在冷卻區(qū)：為保證高的吸附效率，需對(duì)高溫脫附后的轉(zhuǎn)輪進(jìn)行冷卻。冷卻空氣冷卻轉(zhuǎn)輪吸附材后自身被預(yù)熱，作為脫附氣的源氣，再與來(lái)自RTO燃燒室來(lái)的高溫凈化氣換熱，溫度提升至180 ~ 200oC 后逆向進(jìn)人轉(zhuǎn)輪脫附區(qū)進(jìn)行高溫脫附。

沸石分子篩轉(zhuǎn)輪的設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2 。

沸石分子篩轉(zhuǎn)輪設(shè)備整體密閉，污染源主要為沸石分子篩更換產(chǎn)生的廢沸石材料，但根據(jù)工程實(shí)際案例運(yùn)營(yíng)情況，吸附材料一般壽命在5 年以上。

3.3 蓄熱氧化爐

采用三床式RTO。RTO蓄熱式氧化爐，是在高溫下將可燃廢氣氧化成對(duì)應(yīng)的氧化物和水，從而凈化廢氣，并回收廢氣分解時(shí)所釋放出來(lái)的熱量，廢氣分解效率達(dá)到99% 以上，熱回收效率達(dá)到95% 以上。主體結(jié)構(gòu)由燃燒室、陶瓷填料床和切換閥等組成。根據(jù)客戶實(shí)際需求，選擇不同的熱能回收方式和切換閥方式。建設(shè)單位將調(diào)漆、噴涂廢氣收集后,經(jīng)過(guò)濾除漆霧、吸附濃縮后，引人RTO進(jìn)行焚燒處置。經(jīng)焚燒處理后的廢氣通過(guò)換熱后，廢氣高空排放。RTO可實(shí)現(xiàn)廢氣安全、穩(wěn)定地焚燒，在工作過(guò)程中需定期鼓人新鮮空氣用以維持燃燒，空氣中的氮在高溫條件下氧化會(huì)產(chǎn)生熱力型氮氧化物。根據(jù)文獻(xiàn)記載，熱力型氮氧化物的生成量主要取決于溫度，在相同條件下，氮氧化物的生成量隨溫度增高而增大，當(dāng)溫度低于1350oC時(shí)，幾乎不生成熱力型氮氧化物，建設(shè)項(xiàng)目RTO工作溫度約為760 ~ 850oC,在此情況下，熱力氧化器氮氧化物的產(chǎn)生量極少，因此建設(shè)項(xiàng)目廢氣處理系統(tǒng)內(nèi)不設(shè)氮氧化物處理裝置。

蓄熱式焚燒爐的工作原理:將有機(jī)廢氣預(yù)熱至760oC以上,在燃燒室加熱升溫至800oC左右，使廢氣中的碳、氫、氧元素氧化分解成為無(wú)害的CO2和H2O ;氧化時(shí)的高溫氣體的熱量被特制的陶瓷蓄熱體“貯存”起來(lái)，用于預(yù)熱新進(jìn)人的有機(jī)廢氣。從而節(jié)省升溫所需要的料消耗，降低運(yùn)行成本。

RTO內(nèi)部構(gòu)造示意圖見(jiàn)圖3 。

RTO設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表3。

4 、實(shí)際應(yīng)用效果

無(wú)錫某家居企業(yè)沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+ RTO 設(shè)備已投人運(yùn)行,VOCs 設(shè)計(jì)處理效率為95% ,調(diào)試運(yùn)行中目前處理效率平均值為93.4% 。

沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+ RTO設(shè)備運(yùn)行測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

表4顯示，經(jīng)沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+ RTO設(shè)備處理后，VOCs濃度從進(jìn)口的129 ~327.2 mg/m3 ,降到7.786 ~ 17.3mg/m3,平均去除效率93.4% ,均可以滿足《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16297 - 1996)中“新污染源大氣污染物排放限值”標(biāo)準(zhǔn)。

5 、結(jié)論與展望

沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+ RTO工藝先采用轉(zhuǎn)輪吸附濃縮，降低了 RTO設(shè)備廢氣處理量，使得RTO規(guī)模變小，降低了設(shè)備投資費(fèi)用;盡管有機(jī)廢氣濃度比較低，但經(jīng)濃縮后，有機(jī)廢氣濃度達(dá)到自持濃度以上，所以RTO除了首次開(kāi)機(jī)預(yù)熱需要消耗天然氣(RTO輔助燃料)外，其他時(shí)間RTO輔助加熱系統(tǒng)無(wú)需開(kāi)啟，同時(shí)脫附風(fēng)熱源來(lái)自于有機(jī)廢氣氧化釋放的熱能，系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用低。沸石轉(zhuǎn)輪濃縮一RTO凈化系統(tǒng)采用PLC全自動(dòng)化控制并配備液晶觸摸顯示屏?？刂瞥绦虮O(jiān)視所有控制器、驅(qū)動(dòng)器、壓力開(kāi)關(guān)、壓力變送器、熱電偶、限位開(kāi)關(guān)、生產(chǎn)線連鎖信號(hào)和儀表連鎖信號(hào)。如發(fā)生任何異常，人機(jī)界面就會(huì)顯示故障信息，然后通過(guò)程序控制采取適當(dāng)動(dòng)作，確保系統(tǒng)的安全。

由上分析可知，沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+ RTO設(shè)備對(duì)于家具廠大風(fēng)量、低濃度噴漆廢氣有良好的去除效果，VOCs總?cè)コ蔬_(dá)到93%，且控制簡(jiǎn)單，安全性能高，最終實(shí)現(xiàn)VOCs穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。