烘房VOCs废气治理技术路线探析

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    以集装箱涂装生产线烘房VOCs废气治理为例,分别采用蓄热式热力焚烧（RTO）-热能回用工艺与活性炭吸附-蒸汽脱附-冷凝再生工艺,通过工程应用中采集的各项运行数据,对2种工艺在集装箱烘房VOCs废气处理中的特点进行了分析和探讨.结果表明,2种工艺均能实现废气回收利用的目的;相对活性炭吸附-蒸汽脱附-冷凝再生工艺,RTO-热能回用工艺具有更好的经济效益和环境效益.
    集装箱生产过程耗用大量有机溶剂，并产生大量有机废气，每生产一个标箱(TEU)约需使用0.1t的有机溶剂，其中绝大部分有机溶剂挥发到空气中，给生态环境和人体健康带来严重危害.据统计，2008年我国集装箱产量超过400万TEU，耗用溶剂40万t，废气排放超过30万t，一个年产15万TEU的箱厂，每年有机废气排放量达1.2万t，集装箱生产是典型的挥发性有机化合物(volatileorganiccompounds，VOCs)重污染行业].目前大部分生产干货箱的工厂对主要漆房配套了废气净化装置，如吸附-催化燃烧装置等，取得较好的净化效果.烘房废气是集装箱生产废气的重要部分，但大部分烘房废气没有得到有效处置.
    烘房废气产生于集装箱喷涂后加热烘干过程中，废气成分主要为甲苯、二甲苯等.由于加热升温加速了溶剂挥发，使废气浓度大大提高，然而为了降低能耗控制成本，一般采用小风量通风，致使烘房废气具有浓度高、温度高、风量小的特点.本研究以集装箱涂装生产线烘房VOCs废气治理为例，分别采用蓄热式热力焚烧(regenerativethermaloxidizers，RTO)-热能回用工艺与活性炭吸附-蒸汽脱附-冷凝再生工艺，通过工程应用中采集的各项运行数据，分析比较2种工艺在集装箱烘房VOCs废气处理中的特点，以期为烘房VOCs废气治理工艺的选择提供参考.
    烘房VOCs废气净化工艺介绍
    吸附-催化燃烧工艺
    吸附-催化燃烧工艺主要应用于大风量、低浓度有机废气的治理，适用于治理集装箱生产过程中喷漆工段产生的有机废气，具有运行成本低、净化彻底的优点.但由于烘房废气浓度较高，且风量相对较低，在我公司以往的工程案例中一般不对烘房废气进行单独治理，而是并入喷漆车间的有机废气治理系统中进行集中治理。
    活性炭吸附-蒸汽脱附-冷凝再生工艺
    活性炭吸附-蒸汽脱附-冷凝再生工艺(简称“吸附-溶剂回收工艺”)可以实现废气的再生循环利用.在挥发性有机废气的治理中，对于组分少、浓度高的VOCs，吸附-溶剂回收工艺具有较高的实用价值，能回收其中有用成分，产生经济效益，针对集装箱烘房有机废气单独处理，目前部分厂家采用了该工艺。
    吸附-溶剂回收工艺主要以颗粒状或纤维状活性炭为吸附材料，工艺流程一般包含预处理、吸附、蒸汽脱附、冷凝等处理单元。
    从烘房收集的有机废气先经过表冷、降温等预处理过程后进入活性炭床吸附处理，吸附后净化气体直接外排.活性炭床吸附饱和后，由PLC程序控制转入脱附再生过程，导入饱和蒸汽对活性炭脱附，脱附后的蒸汽和有机气体的混合气体在冷凝器中冷却液化成水和有机溶剂的混合液，之后水和有机溶剂的混合物流入自动油水分离器中，实现自动分离，分离后的有机溶剂进入溶剂储槽，工艺废水进入废水处理系统净化处理后达标排放。
    RTO-热能回用工艺
    通过废气燃烧产生热能，实现能量循环利用.RTO技术是一种治理中高浓度有机废气比较理想的治理技术，该技术是在传统燃烧技术上发展起来的一种新型有机废气治理技术，它以规整陶瓷材料作为蓄热体，通过流向变换操作回用有机废气氧化过程中产生的热量，热回用效率一般高达95%以上，远远高于传统的列管式换热器.该法对有机物的氧化温度高，一般在800℃左右，净化效率高，对大部分有机物的净化效率可达98%以上。
    一般来说，烘房工艺段排放的有机废气浓度较高(浓度4000mg˙m-3左右)，且正常运行时风量和浓度都较为稳定，RTO设备在这种条件下运行不需外加能耗，并可产生高于进风温度的热风，通过管道回用于烘房，达到资源的循环利用。
    烘房排放的废气经集气管路收集，通过过滤阻火器，进入RTO设备内高温焚烧降解.降解后的净化气体经过蓄热体后，会产生高于废气进口温度约100℃的气体，通过管道将该热风直接回用于烘房供热，可以将热风回用管道接至烘房燃油/燃气热风炉的进口风道处，因此从某种意义上说，RTO设备可以看成一种特殊的燃烧机，在降解有机废气的同时通过蓄热体的切换换热原理，在高换热效率下使烘房出来的较高浓度有机废气降解并转换成热量，并通过管道回用于烘房.
    另外，在热风回用控制系统中可以通过采集烘房内的温度信号并与烘房供热的燃油/燃气热风炉进行联动控制，根据回用热量的大小调节热风炉的燃料耗量，降低原有燃油/燃气热风炉的燃料耗量，达到节能降耗的目的.理论上，在烘房排放的废气流量和有机废气浓度足够的情况下，可通过RTO的回热替代烘房热风炉的供热.
    目前在汽车涂装线烘干工艺中，大多应用了RTO技术，获得了良好的净化效果。
    2个集装箱厂分别采用RTO-热能回收工艺和吸附-溶剂回收工艺治理烘房废气，根据设计参数及运行数据，综合分析比较RTO-热能回用工艺与吸附-溶剂回收工艺的设备配置、公用工程及经济效益等参数.
    有机废气参数取值:流量10000m3˙h-1，温度60℃，VOCs浓度4000mg˙m-3。
    由于吸附-溶剂回收工艺一般采用颗粒状或纤维状活性炭作为吸附材料，设备阻力大，因此在风机选型上需要选用压头较大的风机;而RTO设备采用阻力小的蜂窝状陶瓷蓄热体，系统阻力小，选用功率较小的风机，大大降低了主风机的能耗。
    活性炭一般在温度低于40℃下具有较好的吸附性能，由于烘房废气出口温度>60℃，因此对于吸附-溶剂回收系统的前处理需要配置表冷器对进口废气降温.目前的溶剂回收系统多采用水蒸气脱附解析，因此溶剂回收分离后会产生工艺废水，该废水COD很高，需要进一步处理后方可达标排放.
    RTO设备内部焚烧炉炉温>800℃，气体停留时间>0.5s，对有机废气净化率高于98%，处理后的气体可稳定达标.采用活性炭吸附的溶剂回收工艺由于受活性炭饱和吸附量的影响，吸附效率不稳定，工艺控制不当时易出现排气超标。
    采用RTO-热能回用工艺在运行成本和经济效益上均优于吸附-溶剂回收工艺.此外，一方面，随着使用时间的延长，活性炭吸附率降低，吸附-溶剂回收工艺中的活性炭一般1～2a需要更换一次，而RTO设备中采用的蜂窝陶瓷蓄热体寿命一般都在8a以上;另一方面，由于水蒸气的引入，导致吸附-溶剂回收设备的腐蚀，降低了设备的使用寿命.综上而言，相比吸附-溶剂回收工艺，RTO-热能回用工艺具有更好的经济效益和环境效益。（来源：环境科学）

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关键词：废气治理 VOC Generative Volatile compound 涂装生产线 经济效益 废气处理 活性炭 化合物

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