以集裝箱涂裝生產(chǎn)線烘房VOCs廢氣治理為例,分別采用蓄熱式熱力焚燒（RTO）-熱能回用工藝與活性炭吸附-蒸汽脫附-冷凝再生工藝,通過工程應(yīng)用中采集的各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù),對2種工藝在集裝箱烘房VOCs廢氣處理中的特點(diǎn)進(jìn)行了分析和探討.結(jié)果表明,2種工藝均能實(shí)現(xiàn)廢氣回收利用的目的;相對活性炭吸附-蒸汽脫附-冷凝再生工藝,RTO-熱能回用工藝具有更好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益.
集裝箱生產(chǎn)過程耗用大量有機(jī)溶劑，并產(chǎn)生大量有機(jī)廢氣，每生產(chǎn)一個(gè)標(biāo)箱(TEU)約需使用0.1t的有機(jī)溶劑，其中絕大部分有機(jī)溶劑揮發(fā)到空氣中，給生態(tài)環(huán)境和人體健康帶來嚴(yán)重危害.據(jù)統(tǒng)計(jì)，2008年我國集裝箱產(chǎn)量超過400萬TEU，耗用溶劑40萬t，廢氣排放超過30萬t，一個(gè)年產(chǎn)15萬TEU的箱廠，每年有機(jī)廢氣排放量達(dá)1.2萬t，集裝箱生產(chǎn)是典型的揮發(fā)性有機(jī)化合物(volatileorganiccompounds，VOCs)重污染行業(yè)].目前大部分生產(chǎn)干貨箱的工廠對主要漆房配套了廢氣凈化裝置，如吸附-催化燃燒裝置等，取得較好的凈化效果.烘房廢氣是集裝箱生產(chǎn)廢氣的重要部分，但大部分烘房廢氣沒有得到有效處置.
烘房廢氣產(chǎn)生于集裝箱噴涂后加熱烘干過程中，廢氣成分主要為甲苯、二甲苯等.由于加熱升溫加速了溶劑揮發(fā)，使廢氣濃度大大提高，然而為了降低能耗控制成本，一般采用小風(fēng)量通風(fēng)，致使烘房廢氣具有濃度高、溫度高、風(fēng)量小的特點(diǎn).本研究以集裝箱涂裝生產(chǎn)線烘房VOCs廢氣治理為例，分別采用蓄熱式熱力焚燒(regenerativethermaloxidizers，RTO)-熱能回用工藝與活性炭吸附-蒸汽脫附-冷凝再生工藝，通過工程應(yīng)用中采集的各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析比較2種工藝在集裝箱烘房VOCs廢氣處理中的特點(diǎn)，以期為烘房VOCs廢氣治理工藝的選擇提供參考.
1烘房VOCs廢氣凈化工藝介紹
1.1吸附-催化燃燒工藝
吸附-催化燃燒工藝主要應(yīng)用于大風(fēng)量、低濃度有機(jī)廢氣的治理，適用于治理集裝箱生產(chǎn)過程中噴漆工段產(chǎn)生的有機(jī)廢氣，具有運(yùn)行成本低、凈化*的優(yōu)點(diǎn).但由于烘房廢氣濃度較高，且風(fēng)量相對較低，在我公司以往的工程案例中一般不對烘房廢氣進(jìn)行單獨(dú)治理，而是并入噴漆車間的有機(jī)廢氣治理系統(tǒng)中進(jìn)行集中治理.
1.2活性炭吸附-蒸汽脫附-冷凝再生工藝
活性炭吸附-蒸汽脫附-冷凝再生工藝(簡稱“吸附-溶劑回收工藝”)可以實(shí)現(xiàn)廢氣的再生循環(huán)利用.在揮發(fā)性有機(jī)廢氣的治理中，對于組分少、濃度高的VOCs，吸附-溶劑回收工藝具有較高的實(shí)用價(jià)值，能回收其中有用成分，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，針對集裝箱烘房有機(jī)廢氣單獨(dú)處理，目前部分廠家采用了該工藝.
吸附-溶劑回收工藝主要以顆粒狀或纖維狀活性炭為吸附材料，工藝流程一般包含預(yù)處理、吸附、蒸汽脫附、冷凝等處理單元，典型的工藝流程示意圖如圖1所示.
從烘房收集的有機(jī)廢氣先經(jīng)過表冷、降溫等預(yù)處理過程后進(jìn)入活性炭床吸附處理，吸附后凈化氣體直接外排.活性炭床吸附飽和后，由PLC程序控制轉(zhuǎn)入脫附再生過程，導(dǎo)入飽和蒸汽對活性炭脫附，脫附后的蒸汽和有機(jī)氣體的混合氣體在冷凝器中冷卻液化成水和有機(jī)溶劑的混合液，之后水和有機(jī)溶劑的混合物流入自動油水分離器中，實(shí)現(xiàn)自動分離，分離后的有機(jī)溶劑進(jìn)入溶劑儲槽，工藝廢水進(jìn)入廢水處理系統(tǒng)凈化處理后達(dá)標(biāo)排放.
1.3RTO-熱能回用工藝
通過廢氣燃燒產(chǎn)生熱能，實(shí)現(xiàn)能量循環(huán)利用.RTO技術(shù)是一種治理中高濃度有機(jī)廢氣比較理想的治理技術(shù)，該技術(shù)是在傳統(tǒng)燃燒技術(shù)上發(fā)展起來的一種新型有機(jī)廢氣治理技術(shù)，它以規(guī)整陶瓷材料作為蓄熱體，通過流向變換操作回用有機(jī)廢氣氧化過程中產(chǎn)生的熱量，熱回用效率一般高達(dá)95%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的列管式換熱器.該法對有機(jī)物的氧化溫度高，一般在800℃左右，凈化效率高，對大部分有機(jī)物的凈化效率可達(dá)98%以上.
一般來說，烘房工藝段排放的有機(jī)廢氣濃度較高(濃度4000mg˙m-3左右)，且正常運(yùn)行時(shí)風(fēng)量和濃度都較為穩(wěn)定，RTO設(shè)備在這種條件下運(yùn)行不需外加能耗，并可產(chǎn)生高于進(jìn)風(fēng)溫度的熱風(fēng)，通過管道回用于烘房，達(dá)到資源的循環(huán)利用.工藝流程示意圖見圖2.
烘房排放的廢氣經(jīng)集氣管路收集，通過過濾阻火器，進(jìn)入RTO設(shè)備內(nèi)高溫焚燒降解.降解后的凈化氣體經(jīng)過蓄熱體后，會產(chǎn)生高于廢氣進(jìn)口溫度約100℃的氣體，通過管道將該熱風(fēng)直接回用于烘房供熱，可以將熱風(fēng)回用管道接至烘房燃油/燃?xì)鉄犸L(fēng)爐的進(jìn)口風(fēng)道處，因此從某種意義上說，RTO設(shè)備可以看成一種特殊的燃燒機(jī)，在降解有機(jī)廢氣的同時(shí)通過蓄熱體的切換換熱原理，在高換熱效率下使烘房出來的較高濃度有機(jī)廢氣降解并轉(zhuǎn)換成熱量，并通過管道回用于烘房.
另外，在熱風(fēng)回用控制系統(tǒng)中可以通過采集烘房內(nèi)的溫度信號并與烘房供熱的燃油/燃?xì)鉄犸L(fēng)爐進(jìn)行聯(lián)動控制，根據(jù)回用熱量的大小調(diào)節(jié)熱風(fēng)爐的燃料耗量，降低原有燃油/燃?xì)鉄犸L(fēng)爐的燃料耗量，達(dá)到節(jié)能降耗的目的.理論上，在烘房排放的廢氣流量和有機(jī)廢氣濃度足夠的情況下，可通過RTO的回?zé)崽娲娣繜犸L(fēng)爐的供熱.
目前在汽車涂裝線烘干工藝中，大多應(yīng)用了RTO技術(shù)，獲得了良好的凈化效果。
2RTO-熱能回用工藝與吸附-溶劑回收工藝對比分析
2個(gè)集裝箱廠分別采用RTO-熱能回收工藝和吸附-溶劑回收工藝治理烘房廢氣，根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)及運(yùn)行數(shù)據(jù)，綜合分析比較RTO-熱能回用工藝與吸附-溶劑回收工藝的設(shè)備配置、公用工程及經(jīng)濟(jì)效益等參數(shù).
有機(jī)廢氣參數(shù)取值:流量10000m3˙h-1，溫度60℃，VOCs濃度4000mg˙m-3.
2.1設(shè)備配置及公用工程
根據(jù)上述排氣參數(shù)，2種治理工藝參數(shù)如表1所示.
由表1可知，由于吸附-溶劑回收工藝一般采用顆粒狀或纖維狀活性炭作為吸附材料，設(shè)備阻力大，因此在風(fēng)機(jī)選型上需要選用壓頭較大的風(fēng)機(jī);而RTO設(shè)備采用阻力小的蜂窩狀陶瓷蓄熱體，系統(tǒng)阻力小，選用功率較小的風(fēng)機(jī)，大大降低了主風(fēng)機(jī)的能耗。
活性炭一般在溫度低于40℃下具有較好的吸附性能，由于烘房廢氣出口溫度>60℃，因此對于吸附-溶劑回收系統(tǒng)的前處理需要配置表冷器對進(jìn)口廢氣降溫.目前的溶劑回收系統(tǒng)多采用水蒸氣脫附解析，因此溶劑回收分離后會產(chǎn)生工藝廢水，該廢水COD很高，需要進(jìn)一步處理后方可達(dá)標(biāo)排放.
RTO設(shè)備內(nèi)部焚燒爐爐溫>800℃，氣體停留時(shí)間>0.5s，對有機(jī)廢氣凈化率高于98%，處理后的氣體可穩(wěn)定達(dá)標(biāo).采用活性炭吸附的溶劑回收工藝由于受活性炭飽和吸附量的影響，吸附效率不穩(wěn)定，工藝控制不當(dāng)時(shí)易出現(xiàn)排氣超標(biāo).
2.2經(jīng)濟(jì)效益分析
以集裝箱高溫烘房廢氣參數(shù)為例，對吸附-溶劑回收工藝及RTO-熱能回用工藝的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析，結(jié)果見表2.
由表2的分析結(jié)果可知，采用RTO-熱能回用工藝在運(yùn)行成本和經(jīng)濟(jì)效益上均優(yōu)于吸附-溶劑回收工藝.此外，一方面，隨著使用時(shí)間的延長，活性炭吸附率降低，吸附-溶劑回收工藝中的活性炭一般1～2a需要更換一次，而RTO設(shè)備中采用的蜂窩陶瓷蓄熱體壽命一般都在8a以上;另一方面，由于水蒸氣的引入，導(dǎo)致吸附-溶劑回收設(shè)備的腐蝕，降低了設(shè)備的使用壽命.綜上而言，相比吸附-溶劑回收工藝，RTO-熱能回用工藝具有更好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益.
3結(jié)論
(1)集裝箱烘房VOCs廢氣污染嚴(yán)重，若采取適當(dāng)?shù)膬艋に?，可變廢為寶，實(shí)現(xiàn)回收利用目的.
(2)烘房VOCs廢氣治理采用RTO-熱能回用工藝與活性炭吸附-蒸汽脫附-冷凝再生工藝均可實(shí)現(xiàn)回收利用的目的.
(3)相比活性炭吸附-蒸汽脫附-冷凝再生工藝，RTO-熱能回用工藝具有凈化效率高、運(yùn)行成本低、占地面積少、工藝配置簡單、無二次污染等優(yōu)點(diǎn).
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