每個沸石轉(zhuǎn)輪分為吸附區(qū)、冷卻區(qū)、脫附區(qū)三個區(qū)域。先使企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的 VOCs 氣體(風量約 108000m3 /h)進入沸石轉(zhuǎn)輪的吸附區(qū),其中的 VOCs 組份被吸附凈化后直接通過煙囪高空
項目概況
上海市一區(qū)縣某印刷廠(以下簡稱“企業(yè)”),主要為國內(nèi)外的食品、醫(yī)藥、日化、通訊和服裝等行業(yè)提供復合包裝材料,設計生產(chǎn)能力約 800 噸 /年,主要生產(chǎn)工藝為凹版印刷、干復。在設計生產(chǎn)能力達綱的情況下,企業(yè)的揮發(fā)性物(VOCs)產(chǎn)生和排放量約 47.4t/a。完成本文所提的減排工程后,企業(yè) VOCs的總排放量由 47.4t/a 削減至 16.51t/a,總減排量為 30.89t/a,總減排效率為 65.2%,減排效果顯著。
2 處理工藝
對于揮發(fā)性廢氣,目前實際過程中運用比較多、工藝較成熟的處理方式有吸附、冷凝和燃燒這三種。根據(jù)《上海市工業(yè)固定源揮發(fā)性物治理技術(shù)指引》,推薦干復及凹印工序設置活性炭冷凝回收或蓄熱式熱氧化技術(shù)對廢氣進行處理。企業(yè)產(chǎn)生的廢氣以乙酸乙酯為主,內(nèi)含異丙醇、非甲烷總烴等雜質(zhì),且產(chǎn)品將用于醫(yī)藥及食品行業(yè),對使用的溶劑質(zhì)量要求較高,回收的溶劑無法使用,如作為危險廢物處置,運營成本過高,故本工程采用沸石濃縮轉(zhuǎn)輪焚化系統(tǒng)處理 VOCs 廢氣,處理工藝為“濃縮吸附(以下簡稱‘RC’)+ 蓄熱式高溫氧化爐(以下簡稱‘RTO’)”。
沸石濃縮轉(zhuǎn)輪焚化系統(tǒng)主要是由沸石轉(zhuǎn)輪串聯(lián)蓄熱式熱氧化爐所組成的高效率廢氣處理系統(tǒng),先由沸石轉(zhuǎn)輪吸附 VOCs污染物,再將濃縮轉(zhuǎn)輪脫附而出的高濃度廢氣進入溫度高于820℃的蓄熱式高溫氧化爐中進行氧化分解,燃燒處理后的高溫凈化氣加熱脫附氣以降低能耗。
2.1 RC工藝流程
每個沸石轉(zhuǎn)輪分為吸附區(qū)、冷卻區(qū)、脫附區(qū)三個區(qū)域。先使企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的 VOCs 氣體(風量約 108000m3 /h)進入沸石轉(zhuǎn)輪的吸附區(qū),其中的 VOCs 組份被吸附凈化后直接通過煙囪高空排放。脫附風量應為 5~10% 的吸附風量,故引入少部分廢氣(風量約 7200m3 /h)對轉(zhuǎn)輪分子篩過熱區(qū)冷卻后,與RTO 排放的高溫凈化廢氣換熱至 200℃,再進入轉(zhuǎn)輪對已經(jīng)吸附飽和部分進行脫附。脫附后氣體進 RTO 高溫氧化,氧化后氣體進換熱器換熱降溫后通過煙囪排放。如此,往復。
2.2 RTO設備工藝流程
蓄熱式熱氧化爐有三個蓄熱床,其中一個用于預加熱,另一個用于蓄熱降溫排氣,還有一個用于吹掃,吹掃可避免蓄熱床換向時產(chǎn)生沖擊排放。廢氣(風量約 7200m3/h)進入蓄熱室 1 的陶瓷介質(zhì)層(該陶瓷介質(zhì)“貯存”了上一的熱量),陶瓷釋放熱量,溫度降低,而 VOCs 廢氣吸收熱量,溫度升高,隨后以較高的溫度進入氧化室。在氧化室中,VOCs廢氣再由燃燒器加熱升溫至設定的氧化溫度(820℃以上),使其中的 VOCs 成分氧化分解成二氧化碳和水,本工程設計停留時間為 1 秒。凈化后的高溫氣體離開氧化室,進入降溫蓄熱室 2,釋放熱量,降溫后排出,而蓄熱室 2 吸收大量熱量后升溫(用于下一個加熱廢氣)。凈化后的廢氣先后經(jīng)煙囪排入大氣。同時引小股凈化氣清掃蓄熱室 3。完成后,進氣與出氣閥門進行一次切換,進入下一個,廢氣由蓄熱室 2 進入,蓄熱室 3排出。在切換之后,清掃蓄熱室 1,如此交替。
3 處理單元設計參數(shù)
3.1 RC設備
RC 設備包含了濃縮吸附器、過濾器以及凈化排風機等附件。沸石濃縮轉(zhuǎn)輪的主要成分為高硅鋁比沸石,沸石作為吸附劑,可利用沸石特定孔徑對于污染物具高吸附 / 脫附效率的特性,使原本高風量、低濃度的 VOCs 廢氣,經(jīng)沸石濃縮轉(zhuǎn)換成低風量、高濃度的 VOCs 廢氣,降低后端廢氣處理設備一次性投資及運行成本。沸石轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)吸附 VOCs 污染物所產(chǎn)生的壓降相當?shù)?,可使風機所需之電力減到少。由于處理濃縮后的風量為進入系統(tǒng)風量的 4% 到 20%,因此可相對縮小焚化尺寸,以維持低的燃料成本,濃縮倍率介于 8 到 25 倍之間時,本工程選取 15 倍濃縮率。運行參數(shù)如表 1 所示。
3.2 RTO設備
RTO 設備包括了 RTO 爐體、爐體內(nèi)保溫材料、陶瓷蓄熱體、燃燒系統(tǒng)和脫臭風機等附件。運行參數(shù)如表 2 所示。
4 技術(shù)可行性論證
根據(jù)《上海市工業(yè)固定源揮發(fā)性物治理技術(shù)指引》,蓄熱式熱氧化爐可使用于高 VOCs 濃度約 10g/Nm3 場合,各污染物濃度不宜達到爆炸下限的 25% 或 50%,顆粒物濃度不大于35mg/m3 或在檢修期間可以地顆粒物。企業(yè)產(chǎn)生的廢氣為 47.4t/a,收集效率約 70%,企業(yè)
系統(tǒng)總風量為 108000m3 /h,全年工作時間為 6000 小時,混合廢氣進口濃度的 VOCs 濃度為 53.20mg/m3 ,經(jīng)一套轉(zhuǎn)輪吸附,吸附效率為 95%,大部分廢氣直接排放至煙囪,煙囪高度大于15m,小部分廢氣 7200m3 /h 進轉(zhuǎn)輪對已經(jīng)吸附飽和部分進行解析后進 RTO 高溫氧化,則經(jīng)濃縮后的污染物濃度約為732.2mg/m3。
本工程廢氣濃縮后高 VOCs 濃度≤ 10g/Nm3 ,且未達到爆炸下限的 25%,此外企業(yè)生產(chǎn)中不包含噴漆、噴塑等產(chǎn)生大量顆粒物的工藝,故設備運行且合理。
5 設備調(diào)試及運行效果
廢氣治理設施風機由變頻器控制,根據(jù)入口壓力參數(shù)自動調(diào)節(jié)風機頻率,以適應不同的廢氣運行工況,風機兩側(cè)設置壓差計,可對風機故障及時報警。燃燒器采用進口比例調(diào)節(jié)燃氣燃燒器,當 VOCs 廢氣濃度波動時,可自動調(diào)節(jié)燃氣補燃量,穩(wěn)定氧化室溫度,實現(xiàn) RTO 連續(xù)穩(wěn)定運行。在轉(zhuǎn)輪入口處配置溫濕度儀,對廢氣濕度進行監(jiān)控,相對濕度低于 70% 時可確保轉(zhuǎn)輪的吸附效率。企業(yè)配置 1 個 VOCs 在線檢測儀(PID),對脫附后高濃度 VOCs 廢氣的濃度進行監(jiān)控,以保證系統(tǒng)的性。同時企業(yè)配備兩名技術(shù)人員對系統(tǒng)進行實時監(jiān)控及操作。經(jīng)三方檢測,企業(yè) VOCs 排氣筒處乙酸酯類、異丙醇、非甲烷總烴的濃度和速率均可符合上海市地方標準《大氣污染物綜合排放標準》(DB31/933-2015)、《印刷業(yè)大氣污染物排放標準》(DB31/872-2015)相關排放限值,達標排放。
主要經(jīng)濟指標
企業(yè)完成此套 VOCs 減排工程的投資費用共計 493.4萬元;年費用包括設備運行費用、日常監(jiān)測費用,共計 35.1 萬元。
結(jié)論
采用“濃縮吸附(RC)+ 蓄熱式高溫氧化爐(RTO)”工藝處理印刷行業(yè)廢氣,排放口的各項廢氣污染可以做到達標排放,減排效果顯著,技術(shù)上具有可行性。蓄熱式燃燒技術(shù)熱利用效率較高,設備運行費用相對較低,經(jīng)濟上具備可行性。