1.工程設(shè)計

（1）工程概況

某廠在精加工件噴漆生產(chǎn)過程中,會用到易揮發(fā)有機溶劑。其中如二甲苯、甲苯、乙酸乙酯、丁酮等低沸點、高揮發(fā)性溶劑含有的芳香烴既有毒,又易燃。

在生產(chǎn)過程中噴漆車間會產(chǎn)生大量的涂層漆霧,而且廢氣中含有較高濃度的甲苯,產(chǎn)生刺鼻的味道。若不經(jīng)處理直接排入大氣,不僅會污染周圍的環(huán)境,而且會導致原物料消耗,同時影響企業(yè)的形象,因此要進行處理。

（2）設(shè)計范圍

設(shè)計范圍:對其噴漆機和噴碼機廠房設(shè)置通風系統(tǒng),以排除廠房噴漆過程中的空氣污染,改善工作環(huán)境。原有的自然通風效果較差,不能滿足工業(yè)環(huán)境的要求。本設(shè)計針對三條輸油管噴漆生產(chǎn)線、噴漆機和噴碼機的局部通風系統(tǒng)及有機廢氣凈化進行設(shè)計。由于工藝設(shè)備的限制,三條生產(chǎn)線分別獨立設(shè)計。本設(shè)計含局部排風系統(tǒng)和凈化系統(tǒng)設(shè)計。

（3）設(shè)計原則

①采用先進、實用、可靠的處理工藝,凈化效率高,確保漆霧經(jīng)處理后達標排放,改善工作環(huán)境。

②采用合理的工藝布置,盡量降低工程投資及占地,在保證達標的前提下,以最小的資金達到預期的處理效果。

③運行費用低,運行穩(wěn)定。

④采用先進可靠的技術(shù)設(shè)備,操作、維護、管理方便。

（4）設(shè)計參數(shù)與指標

①設(shè)計參數(shù)

根據(jù)實際情況,因為對工廠靜音及工藝的要求,應(yīng)該控制風速。噴漆機、噴碼機上集氣罩控制風速為0.25m/s,地上風管控制風速為5～6m/s,地下風管控制風速為7～8m/s。

②有害污染物基本性質(zhì)

漆霧處理系統(tǒng)處理的漆霧主要含有甲苯、二甲苯,它們的主要性質(zhì)如下。

甲苯:沸點為110.63℃,不溶于水,可與甲醇、乙醇、氯仿、丙酮、乙醚、冰醋酸、苯等有機溶劑混溶,低毒類,有麻醉作用。

二甲苯:沸點為138.5～141.5℃,不溶于水,可與乙醇、乙醚、苯等有機溶劑混溶,在乙二醇、甲醇、2-氯乙醇等極性溶劑中部分溶解,一級易燃液體,低毒類。

甲苯和二甲苯均屬于有機溶劑,具有溶脂性（對油脂具有良好的溶解作用）。所以,當溶劑進入人體后能迅速與含脂肪類物質(zhì)作用,特別是對神經(jīng)組織產(chǎn)生麻痹作用,產(chǎn)生行動和語言障礙。

③排放標準

有關(guān)污染物的排放及廠界標準,見表3-7枟大氣污染物綜合排放標準枠（GB 16297—1996）。

表3-7　廢氣執(zhí)行排放標準值（GB 16297—1996,二級、新擴改）

注:排氣筒高度設(shè)為15m。

（5）噴漆車間廢氣處理設(shè)計方案

①密閉罩的設(shè)計

密閉罩是用來捕集有害物的。它的性能直接影響局部排風系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟指標。性能良好的密閉罩,只要較小的風量就可以獲得良好的工作效果。圖3-11為密閉罩剖面圖。

設(shè)計中的一號、二號線密閉罩,上口面積A＝1.482m2,吸入速度υ＝0.25m/s,安全系數(shù)β＝1.15,通風量Q＝3600Aυβ＝1533.87m3/h。三號線密閉罩,上口面積A＝1.519m2,吸入速度υ＝0.25m/s,安全系數(shù)β＝1.15,通風量Q＝1572.17m3/h。

圖3-11　密閉罩剖面圖（單位:mm）

②通風管道的設(shè)計

系統(tǒng)中的各種設(shè)備或部件連成一個整體需要通風系統(tǒng)中的風管幫助。合理選定風管中的氣體流速,管路力求短、直,對提高系統(tǒng)的經(jīng)濟性有很大幫助。設(shè)計中通風量主要來自局部排風罩,三條生產(chǎn)線風量大致相等。考慮經(jīng)濟因素,地上部分矩形鍍鋅鋼板風道設(shè)計為風速υ＝5.56m/s,風道尺寸為320mm×250mm。風量調(diào)節(jié)閥采用鋼板制作。地下水泥風道設(shè)計風速υ＝7.11m/s,風道尺寸為250mm×250mm。地下混凝土風道每20～25m應(yīng)設(shè)置一道伸縮縫,縫寬20～40mm,縫內(nèi)用瀝青填實,縫外用V形鐵皮及卷材密封。地下風道的采用,有效地利用了廠房空間,不會對工人的正常工作生產(chǎn)產(chǎn)生影響。圖3-12～圖3-14分別為一號線、二號線、三號線側(cè)視圖。

圖3-12　一號線側(cè)視圖（單位:mm）

圖3-13　二號線側(cè)視圖（單位:mm）

圖3-14　三號線側(cè)視圖（單位:mm）

③廢氣凈化設(shè)備

A.工藝的比較及選擇。噴涂廢氣主要由兩部分組成:液態(tài)的漆霧和氣態(tài)的VOCs噴漆廢氣。噴涂廢氣的處理方法種類繁多,特點各異,常用的有冷凝回收法、吸收法、直接燃燒法、催化燃燒法、吸附法、過濾水洗法等。

a.冷凝回收法:該法是將廢氣直接冷凝或吸附濃縮后冷凝,冷凝液經(jīng)分離回收有價值的有機物。該法適用于濃度高、溫度低、風量小的廢氣處理。但此法投資大、能耗高、運行費用大,因此如無特殊需要,一般不用此法。

b.吸收法:該法可分為化學吸收和物理吸收,但“三苯”廢氣化學活性低,一般不采用化學吸收。物理吸收是選用具有較小揮發(fā)性的液體吸收劑,它與被吸收組分有較高的親和力,吸收飽和后經(jīng)加熱解析冷卻后重新使用。該法適用于大氣量、溫度低、濃度低的廢氣,但裝置復雜、投資大,吸收液的選用比較困難,存在二次污染。

c.直接燃燒法:利用燃氣或燃油等輔助燃料燃燒放出的熱量將混合氣體加熱到一定溫度（700～800℃）,停留一定的時間,使可燃的有害氣體燃燒。該法工藝簡單、設(shè)備投資少,但能耗大、運行成本高。

d.催化燃燒法:在催化劑（例如鉑、鈀）的作用下,在較低的溫度下可以將廢氣中的有機污染物氧化成二氧化碳和水。催化起燃溫度約為250℃。催化燃燒處理方式雖然在一定程度上解決了活性炭飽和問題,但耗電量較高,且使用一段時間后,催化劑會中毒,同時燃燒時的能耗高,能量沒有回收造成浪費。所謂“中毒”,就其本質(zhì)而言是指反應(yīng)混合物中所含雜質(zhì)和毒物通過可逆或不可逆的強化學吸附而占據(jù)了催化劑活性位所導致的催化劑失活現(xiàn)象。第一類是如果毒物與活性組分作用較弱,可用簡單方法使活性恢復,稱為可逆中毒或暫時中毒；第二類是不可逆中毒,不能用簡單方法恢復活性。有機廢氣催化燃燒凈化裝置價格大約為4.5萬元人民幣。目前常用的貴金屬催化劑由于資源稀少、價格昂貴且易中毒,本方案不建議采用。

e.吸附法:活性炭吸附處理的主要問題在于活性炭易于飽和,同時由于活性炭阻力較大,需要壓頭較高的風機,能耗大。活性炭的再生可分為兩類,即通過吸附在活性炭上的物質(zhì)（吸附質(zhì)）脫附和吸附質(zhì)的分解進行再生。改變活性炭的環(huán)境至吸附質(zhì)容易脫離狀態(tài)的操作稱為脫附。一般有以下3種情況:降低壓力或者濃度；提高溫度；使用化學藥品。在水處理之類的場合中使用過的活性炭,吸附了分子量大、沸點高的多種物質(zhì),有時不能通過脫附再生。因此,通常使用分解的方法進行再生。

f.過濾水洗法:將車間產(chǎn)生的漆霧通過風機的負壓值,引至過濾器,過濾器中裝有多個螺旋噴頭,并掛了多個濕簾進行過濾。該方案適用于低濃度、小風量的廢氣處理。該法簡單、成本造價低,但只能處理表面的漆粒,而不能除去廢氣中的化學成分。

經(jīng)過綜合比較,對于液態(tài)漆霧,采用過濾水洗法濕法除塵,有一定效果（涂料進入水體后要考慮廢水處理）,但對不溶于水的VOCs,需采用活性炭吸附法。

B.廢氣凈化工藝流程。廢氣凈化工藝流程簡圖見圖3-15。

圖3-15　廢氣凈化工藝流程圖

工藝流程設(shè)計說明:涂裝漆霧采用捕集—過濾洗滌—吸附的治理工藝。該工藝由捕集罩、水簾機、吸附器、排風機及控制系統(tǒng)等主要設(shè)備組成。

水簾機實際上是一臺帶有水簾的排風機,它投資少,運行費用低,使用效果好。它是提供噴漆作業(yè)的專用環(huán)保設(shè)備,能將噴漆過程中產(chǎn)生的噴霧限制在一定的區(qū)域內(nèi),并得到處理。采用以水為介質(zhì)的濕式處理方法,通過水捕捉集中在噴漆作業(yè)區(qū)域內(nèi)的漆霧,再對含漆霧廢水進行處理,過濾后循環(huán)使用。

目前水簾機中所設(shè)置的噴霧處理裝置只能處理噴霧中的樹脂成分,不能處理其中的溶劑蒸氣,噴霧排入大氣中仍然要造成污染,所以需另設(shè)專門的廢氣處理裝置來處理。

水簾機側(cè)吸收塔安裝在現(xiàn)有面漆排風口（室外）處,并與水簾機煙氣聯(lián)通。吸收塔里面裝有噴淋裝置,所有噴頭均選擇無堵塞型噴頭,且所有噴淋管實現(xiàn)法蘭連接,可在線更換拆除清理。所有噴淋管道、閥門均采用UPVC管材。加裝風門閘板,可實現(xiàn)旁路排放。

煙氣經(jīng)過旋流板后,進入了干式過濾器,過濾掉多余的水分后,進入活性炭凈化器,脫除不溶解于水的有機氣體后,由引風機達標排放。凈化后的氣體達到環(huán)保排放要求。

④風機的選擇

風機向機械排風系統(tǒng)提供空氣流動的動力。為了防止風機的磨損和腐蝕,通常把它放在凈化設(shè)備的后面。一般風機選型應(yīng)遵循以下4條原則。

a.要滿足使用風壓和風量的要求。系統(tǒng)所使用的風壓和風量是兩個關(guān)鍵數(shù)值,必須經(jīng)過準確的分析和計算,最好以實測值為基礎(chǔ)。計算數(shù)據(jù)與實際運行值之差不應(yīng)超過10%,因為在這樣的范圍內(nèi),可使風機在高效區(qū)工作。

b.根據(jù)負荷類型確定調(diào)節(jié)方案。負荷類型不同,風機的調(diào)節(jié)方式也有所不同。負荷類型一般分4種:高流量型、低流量型、多變流量型、間歇流量型。

c.根據(jù)高效、節(jié)能、低噪原則選型。

d.根據(jù)使用環(huán)境、某些特殊要求及輸送介質(zhì)的類型選型。由于本設(shè)計風機設(shè)置在吸收塔后面,該問題不需考慮。

如果要求風機性能較高,風量、風壓較高,而風機噪聲要求不是很嚴格時,可選風機轉(zhuǎn)速高一些的；如要求風機噪聲較低,可選風機轉(zhuǎn)速低一些,這樣為滿足相同的風量,風壓性能就需要加寬葉片或增加葉片數(shù),風機成本上升。風機直徑規(guī)格、轉(zhuǎn)速可在滿足條件的范圍內(nèi)任意選定。但為了風機的標準化,如無特殊要求還是盡量按標準的直徑規(guī)格和風機轉(zhuǎn)速選用。

考慮到管道可能漏風等原因,一般在系統(tǒng)所需風量、風壓的基礎(chǔ)上乘以一個安全系數(shù),來確定風機的風量和風壓。風量附加安全系數(shù):一般送風、排風系統(tǒng)為1.10；除塵系統(tǒng)為1.10～1.15；氣力輸送系統(tǒng)為1.15。風壓附加安全系數(shù):一般送風、排風系統(tǒng)為1.10～1.15；除塵系統(tǒng)為1.15～1.20；氣力輸送系統(tǒng)為1.2。風機選型的關(guān)鍵是正確地確定系統(tǒng)風量、風壓。風壓偏高、風量偏大,與實際需要相差太大,不但會有大量的能源浪費,而且會給運行帶來很大困難。由前面設(shè)計計算,本設(shè)計一號線風量取1535m3/h,選型風壓取291Pa；二號線風量取1535m3/h,選型風壓取60Pa；三號線風量取1575m3/h,選型風壓取166Pa。所有風機均選擇渦流式工頻離心風機。

2.案例評析

本設(shè)計中采用的局部排風系統(tǒng)需要的風量小,效果好。防止工業(yè)有害物污染室內(nèi)空氣的最有效方法是在有害物產(chǎn)生地點直接把它們捕集起來,經(jīng)過凈化處理,排至室外。在局部排風系統(tǒng)設(shè)計中采用了密閉罩,用較小的排風量即獲得了最佳的控制效果,這可為今后同類工程作參考。

有害氣體的凈化方法主要有燃燒法、冷凝法、吸收法和吸附法四種。目前比較成熟的技術(shù)還是活性炭吸附法,但該工程在調(diào)試運營過程中,發(fā)現(xiàn)油漆霧有黏性,對活性炭吸附塔偶爾有堵塞現(xiàn)象,需加強巡查。本設(shè)計所采用的水簾機具有投資少、運行費用低、使用效果好等優(yōu)點,很受生產(chǎn)企業(yè)歡迎。