涂装车间VOCs治理方案应用研究_隋晓辉.pdf

问题探讨84节能 ENERGY CONSERVATIONNO.05 2023涂装车间VOCs治理方案应用研究隋晓辉（惠生（南通）重工有限公司，江苏 南通 226009）摘要：从工作原理、工艺特点、优缺点以及适用性等方面，对比沸石转轮吸附浓缩+催化氧化和沸石转轮吸附浓缩+蓄热式氧化两种治理方案，选择适用于船舶涂装车间挥发性有机物（VOCs）治理的方案，并通过采用GC-FID技术的实时在线监测装置对经过处理后的废气进行监测，最终验证其排放浓度完全满足江苏省的最新排放标准要求。关键词：涂装车间；沸石转轮吸附浓缩；催化氧化中图分类号：X701 文献标识码：B 文章编号：1004-7948（2023）05-0084-03 doi：10.3969/j.issn.1004-7948.2023.05.022Research on the application of VOCs treatment scheme in painting workshopSUI Xiao-huiAbstract：The two treatment schemes of zeolite rotor adsorption concentration+catalytic oxidation and zeolite rotor adsorption concentration+regenerative oxidation were compared from the aspects of working principle,process characteristics,advantages and disadvantages and applicability,and the scheme suitable for ship painting workshop VOCs treatment was selected.Through the real-time online monitoring device using GC-FID technology to monitor the exhaust gas after treatment,the final verification of its emission concentration fully meet the requirements of the latest emission standards of Jiangsu Province.Key words:painting workshop;zeolite rotor adsorption and concentration;catalytic oxidation引言挥发性有机物(VOCs)指参与大气光化学反应的有机化合物，主要包括非甲烷烃类、含氧有机物、含氯有机物、含氮有机物等，是形成臭氧和细颗粒物污染的重要前体物。2017年9月，环境保护部、财政部等六部门联合印发的“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案明确提出，到2020年建立健全以改善环境空气质量为核心的VOCs污染防治管理体系，实施重点地区、重点行业VOCs污染减排，排放总量下降10%以上。同时要求船舶制造行业强化车间废气的收集与处理，有机废气收集率不低于80%，建设吸附燃烧等高效治理设施，实现达标排放。2021年5月14日，江苏省发布最新的大气污染物综合排放标准，明确各行业大气污染物有组织排放限值，同时在标准中对船舶制造预处理及室内涂装工艺给出明确要求。我国国家和地方层面对VOCs污染防治技术中的源头替代、过程控制、末端治理及精细管控均提出了更加严格的要求。目前，船舶行业使用的传统VOCs末端治理设备已明显不能满足新的排放标准要求。近几年，船舶行业涂装车间VOCs有组织排放治理工艺设备主要采用沸石转轮吸附浓缩+催化氧化或沸石转轮吸附浓缩+蓄热式燃烧两种治理方案。1VOCs治理方案对比1.1催化燃烧（CO）催化燃烧可以在较低的温度下实现完全燃烧，对改善燃烧过程、降低反应温度、促进完全燃烧、抑制有毒有害物质形成等具有重要作用1。含有VOCs的废气经前端风道进入催化氧化炉时，催化剂使VOCs反应活化能降低，并使其在较低的起燃温度(200300)下燃烧，产生CO2和H2O2。另外，因其氧化反应温度低，可以大幅度抑制空气中的N2形成高温氮氧化合物3。催化氧化设备占地小，能够更好地适应用地受限的工况，冷启动时间短，对生产连续性弱的工况具有更好的适用性。1.2蓄热式燃烧（RTO）蓄热式燃烧炉属于高温分解炉，在炉膛内装填蓄热载体，可以回收热量，降低系统的能量消耗，热回收效率可达90%。含有VOCs的废气经进口风道，通过切换阀的动作将气体引入蓄热室，气体在从陶瓷蓄热室到燃烧室的过程中被加热，进入燃烧室进行高温（约800）氧化分解，燃烧净化的高温尾气通过另1个陶瓷蓄热床时将热量留在其中，使净化尾气得到降温，出口温度略高于RTO作者简介：隋晓辉（1986），男，硕士，工程师，研究方向为机械工程设备。收稿日期：2023-01-05引用本文：隋晓辉.涂装车间VOCs治理方案应用研究 J.节能，2023，42（5）：84-86.问题探讨85NO.05 2023节能 ENERGY CONSERVATION进口温度，通常情况下温升最高不超过5070 4-5。系统VOCs浓度达到一定值时，RTO不需辅助燃料便能够维持VOCs氧化分解，同时可对外输出系统余热。1.3工艺对比两种治理方案工艺对比如表1所示。2VOCs治理方案的确定及应用在船舶涂装车间实际分段涂装施工过程中，船舶分段大小、油漆种类、漆膜厚度、喷枪数量等外部条件均会对产生的VOCs浓度具有影响，但规律大致一样。喷漆阶段，VOCs浓度瞬时达到峰值；固化晾干阶段，VOCs浓度随着时间推移迅速降低，具有浓度波动范围大的特点6。结合催化燃烧和蓄热式燃烧的工艺特点及公司现场实际使用情况，确定本次涂装车间VOCs治理设备改造方案采用沸石转轮吸附浓缩+催化氧化。2.1治理方案工艺流程沸石转轮吸附浓缩+CO工艺流程如图1所示。含VOCs的废气经过车间内漆雾处理箱，进入预过滤箱进行预处理，去除废气中的颗粒物、胶质等杂质，大量无粉尘及胶质废气进入沸石转轮浓缩机的吸附区，经净化后通过排气筒达标排放7。少量无粉尘及胶质废气进入沸石转轮浓缩机冷却区冷却沸石，同时自身被加热，进入热交换器被加热后，重新进入沸石转轮浓缩机的脱附区，进行沸石脱附，形成高浓度废气，通过风机进入催化燃烧装置，与氧气在高温下进行氧化反应，生成H2O和CO2等符合环保排放标准的混合气体，经热交换器从烟囱排出。2.2治理方案工艺设计参数单套设备主要工艺设计参数如表2所示。假设有机废气浓度分别为 1 000 m3/h、450 m3/h 和250 m3/h，处理后废气浓度可达标排放。不同有机废气浓度的工艺计算如表3所示。表2单套设备主要工艺设计参数项目废气风量/(m3/h)主风机/kWCO催化去除率/%助燃风机/kWCO风机/kW转轮浓缩倍数燃烧器/(kJ/h)催化剂设计空速/h换热器1/(kJ/h)换热器2/(kJ/h)设计寿命/a数值80 00090987.530101 569 75024 000837 2001 883 70015表3不同有机废气浓度的工艺计算名称废气温度/废气浓度/(mg/m3)废气VOCs量/(kg/h)转轮浓缩倍数转轮去除率/%浓缩出口浓度/(mg/m3)脱附需求热量/(kJ/h)CO催化效率/%烟囱排放浓度/(mg/m3)有机物VOC热值（估值）/(kJ/kg)有机物氧化提供热量/(kJ/h)CO出口（燃烧）温升/CO表面散热量/(kJ/h)CO空车运行需求热量/(kJ/h)CO运行总需求热量/(kJ/h)需要补充热量/(kJ/h)天然气热值/(kJ/m3)正常运行消耗天然气量/(m3/h)有机废气浓度/(mg/m3)1 000251 0008010979 700750 1319846.437 6742 865 03231083 720857 293941 013不需要36 000不消耗450254503610979 700750 1319820.937 6741 289 26331083 720857 293941 013不需要36 000不消耗250252502010979 700750 1319811.637 674716 25831083 720857 293941 013224 75536 0006图1沸石转轮吸附浓缩+CO工艺流程表1两种治理方案工艺对比项目净化效率/%冷启动时间/h氧化温度/适用性热回收率/%入口浓度范围优点缺点催化燃烧(CO)970.5300不能处理含S、卤素等有机物65，金属换热器。010 g/m3起燃温度低，可配电加热实现无焰燃烧，对于间歇性生产随用随开。催化剂需定期更换、热回收效率低蓄热式燃烧(RTO)98（多室）2.03.0（冷启动）、1.01.5（热启动）760850可处理含S、卤素等有机物90，蓄热陶瓷。025%LEL对有机物基本无选择性，热回收效率高，适用于连续性生产。投资高、占地大、间歇生产启动能耗高问题探讨86节能 ENERGY CONSERVATIONNO.05 20232.3治理方案安全风险分析及预防措施本治理方案最大的安全风险为火灾爆炸风险：管道内可燃气体达到爆炸极限时，可能在管道内或经过动设备时发生火灾爆炸；天然气外泄漏引起环境处于可燃或达到爆炸范围以及天然气在CO炉内泄漏可能引起炉膛爆炸。针对上述可能发生的风险，采取如下措施进行预防：（1）在废气入口管道安装红外式LEL，检测废气的爆炸下限，VOCs浓度高于爆炸下限15%时，系统立即发出声光报警，提醒操作人员对设备进行检查；VOCs浓度高于爆炸下限25%时，开启新风补充阀门，对高浓度废气进行稀释。（2）针对天然气外泄漏，在燃烧器阀组上安装可燃气体在线监测仪，天然气产生微量泄漏时进行报警提示；针对CO炉内天然气泄漏，在燃烧器阀组上天然气管道安装双切断阀和压力开关，切断阀前后压差低于设定值时，连锁燃烧器的安全控制器无法进入点火程序。2.4治理方案应用根据设计要求完成新治理设备的制作，组织对现场原有设备进行拆除并完成新设备的安装及调试。老治理设备拆除和新治理设备现场如图2、图3所示。在整机设备投入运行一段时间后，对监测污染物非甲烷总烃(NMHC)的排放量进行实时监测。选取某天的（3把喷枪）设备出口废气实时监测情况，NMHC排放浓度如图4所示。经设备处理后的NMHC浓度远低于江苏省2021年5月14日发布的大气污染物综合排放标准（DB 32/40412021）中，船舶制造室内涂装工艺中NMHC的有组织排放的最高允许排放浓度70 mg/m3。3结语目前，案例治理工程已完成当地政府的环保和安全验收，在线监测装置与省环保厅联网。通过日常监测数据（在线监测装置）的连续记录反映，沸石转轮吸附浓缩+催化氧化的VOCs治理方案在涂装车间应用可以满足当前的环保要求。由于沸石转轮吸附浓缩+催化氧化是多工艺系统相结合的集成设备，设计过程中应特别注意各系统之间的联系，尤其需要在前期策划和设计中重点考虑使用过程中的设备系统安全。参考文献1 田凌燕，蔡烈奎，汪军平，等.催化燃烧技术的应用进展 J.节能，2010，29（2）：22-25.2 李守信，苏建华，马德刚.挥发性有机物污染控制工程 M.北京：化学工业出版社.2017.3 范恩荣.催化燃烧方法概况 J.煤气与热力，1997（4）：32-35.4 张刚.VOCs治理及废气处理热力氧化技术演化史及其优缺点对比分析 J.黑龙江环境通报，2021（1）：12-13.5 王昊.九室 RTO 处理大风量 VOCs 废气设备研究 J.辽宁化工，2021，50（12）：1887-1893.6 董浩，杨安海，于津伟，等.船舶分段涂装VOCs有组织排放治理工艺J.造船技术，2021，49（3）：64-68.7 王磊，李梁.沸石转轮+TNV焚烧装置在汽车涂装车间的应用 J.设备管理与维修，2020（9）：72-73.图2老治理设备拆除现场图3新治理设备现场图4NMHC排放浓度