涂料建設項目有機廢氣治理工程設計方案與探討

文_伍濟昆 廣東環科院環境科技有限公司

1 概況

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

2 設計參數確定

2.1 污染物種類及濃度

項目產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。在生產過程中，會排放顆粒物及二甲苯、丙酮等有機廢氣，廢氣的溫度為常溫。由于原系統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對顆粒物進行去除。參考類似行業的VOCs排放特點，VOCs的平均排放濃度約為200mg/m3。

2.2 廢氣系統設計

2.2.1 廢氣設計風量

本項目的廢氣主要來自于移動罐分散區、小桶包裝區、下料區、研磨區和固定罐包裝區。

（1）移動罐分散區

現有11臺分散機，收集裝置利用現有，不新增集氣罩，新增收集管道。分散缸利用原有吸風軟管，另外增加一臺萬向集氣臂，萬向臂規格Ф160mm，每個攪拌罐設計總廢氣收集量為1000m3/h，此區域總廢氣量為11000m3/h。

（2）小桶包裝區（包裝平臺）

小桶包裝區圍閉尺寸為12.5m×7.5m×3.5m，設計抽風風量參考圍閉區域換氣次數為30次/h，則廢氣收集總量為9843.75m3/h（取10000m3/h）。

（3）下料區

下料區分為兩部分，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，設計30次/h的換氣次數，同時考慮頂部和底部抽風，兩個操作間的換氣風量分別為4233.6m3/h（取4300m3/h）、3982.5m3/h（取4000m3/h）。

（4）研磨區

現有一臺研磨機，考慮到生產調整將新增兩臺，故按3臺研磨機設計總風量1000m3/h。

（5）固定罐包裝區

廢氣設計風量按設備滿負荷的一半進行設計，每個儲罐有兩個廢氣點，每個儲罐的廢氣量為1500m3/h，每個包裝機的廢氣量為200m3/h，根據現場實際情況和滿負荷一半設計分量，設計同時開啟9臺設備時的風量：15300m3/h。此外，該區域內還有3個30m3和2個16m3樹脂儲罐。儲罐為全密封已設置廢氣收集管路。廢氣量為200m3/h，產生的有機廢氣總量為15500m3/h。

（6）檢驗車間及助劑間

檢驗車間為實驗室，設計風量2000m3/h。助劑間為助劑暫存區，尺寸為8.5m×5m×4m，此部分廢氣濃度高，故設計40次/h的換氣次數，換氣風量為6800m3/h（取7000m3/h），設計風量7000m3/h。

2.2.2 廢氣收集設計

考慮風管走向、設備的制作規范和車間的設備布局以及設備風量的控制范圍。共設計兩套收集系統，一套為收集檢驗車間、固定罐包裝區3臺、研磨區、助劑間、1臺移動分散罐，設計風量為16100m3/h。考慮到漏風率、系統風量設計余量、生產臨時變更計劃等因素，選用風機風量為20000m3/h，風機為變頻控制。

另一套為收集固定罐包裝區6臺、下料區、包裝平臺、移動分散罐10臺和立方儲罐，設計風量為38700m3/h。考慮到漏風率和系統風量設計余量以及生產臨時變更計劃等因素，設計風機為40000m3/h，風機為變頻控制。

2.3 廢氣排放設計

廢氣排放要求具體如表1。

表1 廢氣排放要求

3 處理工藝設計

3.1 工藝流程設計

目前常用的有機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。涂料生產車間產生的有機廢氣，屬于低濃度、成分復雜、大風量的有機廢氣。目前，對該類有機廢氣的治理，最徹底的方法是燃燒法（包括直接燃燒和催化燃燒）。

但由于本項目的有機廢氣濃度低且風量大，若直接采用焚燒法，投資及運行費用極大。雖然生產過程中會使用UV漆和不飽和樹脂的原料，但管道收集系統復雜，且生產常規涂料產品的廢氣量較少，因此本方案不考慮分開收集。對此類氣體，設計采用“過濾器+筒式沸石轉輪-蓄熱式催化燃燒（RCO）”的方案進行處理，如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

3.1.1 氣體預處理流程

移動分散罐、包裝平臺、下料區、研磨區和固定罐包裝區產生的低濃度有機廢氣經布袋除塵器（此部分為業主負責）除去粉塵后由一次風機引出。廢氣經過預處理后，再通過吸收塔內部的吸收劑將廢氣中的有機物吸收、捕獲，再通過二次風機送入煙囪。

3.1.2 脫附流程

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

3.2 處理設備設計

方案設計中的主要設備包含過濾器、吸附器、催化燃燒設備、風機和控制系統組成。

3.2.1 催化燃燒設備（旋轉式RCO）

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

RCO設備采用8室旋轉結構，把蓄熱催化床分成八等份，其中三份是進氣區，三份是排氣區，一份是吹掃區，一份是盲區。主要由電加熱器、催化劑、蓄熱體、旋轉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公司產品。催化床啟動采用電加熱，采用不銹鋼電加熱管，使用壽命1a。具體參數見表2。

表2 再生設備技術參數

3.2.2 過濾器

過濾器的作用是濾除氣體中的細小顆粒物，防止污染后面的吸附轉輪。過濾器采用三級過濾：①一級過濾為袋式結構，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粒活性炭；③三級過濾為袋式結構，過濾材料為無紡布，過濾精度F8級。處理風量60000m3/h，活性炭體積1.5m3，過濾袋個數24個。

3.2.3 筒式沸石轉輪

筒式沸石轉輪中的吸附劑采用疏水性沸石，處理風量為60000m3/h，型號：TSFZS-60，吸附段速率3.22m/s，濃縮倍數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入RCO內置的換熱通道內進行預熱，預熱后的氣體溫度再通過脫附氣體加熱器繼續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 風機

方案共有4臺風機，風機的參數見表3。

表3 風機技術參數

3.2.6 控制系統

系統運行采用PLC自動控制運行，其中：吸附風機、脫附風機、RCO風機采用變頻啟動。吸附風機的運行頻率通過過濾器后的壓力傳感器自動調節其運行頻率。為保證處理系統的正常運行，本設計通過采集與傳輸溫度、時間參數的變化信號來達到脫附的安全保護功能。

4 運營費用分析估算

4.1 電費

廢氣處理系統裝機容量為152.38kW。 生產車間按設計風量每天工作8h，每年工作300d，電費按0.8元/kWh計，電機功率系數按0.8計，即電機電費為14.43萬元/a。

RCO電加熱費用與氣體濃度有關，根據濃縮比，脫附氣體中的有機物濃度足于維持系統的運行，即RCO啟動后不需要補充能量，但RCO啟動需要加熱，加熱時間為1h，即每天需要啟動一次，年啟動300次，脫附時間按每小時補充10%的熱量計算，加熱電費為2.59萬元/a；因此，總耗電費為17.02萬元/a。

4.2 天然氣費用

脫附風升溫需要加熱，天然氣連續加熱，天然氣用量為11m3/h，天然氣按3.8元/m3，因此，天然氣費用為10.03萬元/a。

4.3 吸附材料更換費用

沸石轉輪的裝填量為2m3，按沸石的壽命1a計算，更換費用約為45萬元/a，危險廢物處置按1.2萬元/a即吸附劑的平均年更換費用為46.2萬元/a。

4.4 過濾材料更換費用

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

4.5 催化劑更換費用

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

綜上所述，年運行費用為86.27萬元/a，與傳統處理技術相比，具有較高的經濟效益。

5 結語

經過分析可知，采用“過濾器+筒式沸石轉輪-蓄熱式催化燃燒（RCO）”的技術方案，具有起燃溫度低、節約能源、凈化率高、無二次污染的顯著優點，可有效處理高濃度有機廢氣。因此，項目所采用的技術方案是可靠的、合理的，涂料建設項目實施該改造方案后，可以有效改善車間操作環境，使廢氣穩定達標排放。