1.工程設(shè)計(jì)

（1）工程概況

某家具廠位于沿海某市,是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售為一體的大型專業(yè)家具工藝品制造企業(yè)。該廠廢氣主要來自水簾柜噴漆過程中產(chǎn)生的有機(jī)廢氣。廢氣中污染物主要含有懸浮顆粒物、芳香族化合物、苯、甲苯、二甲苯等。

根據(jù)該市枟關(guān)于開展家具制造企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)化合物污染治理的通知枠,為了保護(hù)大氣環(huán)境,該廠特委托相關(guān)設(shè)計(jì)單位為其車間產(chǎn)生的噴漆廢氣設(shè)計(jì)治理設(shè)施。經(jīng)對該公司現(xiàn)場情況的了解,設(shè)計(jì)單位根據(jù)該廠廢氣排放的具體情況及排放量設(shè)計(jì)相應(yīng)治理方案。

（2）設(shè)計(jì)范圍

根據(jù)廠方要求,設(shè)計(jì)單位承擔(dān)該廠廢氣治理的工藝、設(shè)備、風(fēng)管、電氣的設(shè)計(jì),包括設(shè)備的選型、制作、購買、安裝、運(yùn)行調(diào)試和培訓(xùn)操作人員。

（3）設(shè)計(jì)原則

①認(rèn)真貫徹執(zhí)行國家關(guān)于環(huán)境保護(hù)的方針政策,遵守國家有關(guān)法規(guī)、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)。

②根據(jù)氣體污染程度及有害物質(zhì)治理要求,選擇合適的工藝路線,要求處理技術(shù)先進(jìn)、處理后的氣體質(zhì)量達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn),運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。

③合理利用場地,整個(gè)工程具有布局合理、占地空間小、外形結(jié)構(gòu)美觀、投資小等特點(diǎn)。

④設(shè)備選型要綜合考慮性能,要求高效、節(jié)能,運(yùn)行成本低、設(shè)備使用壽命長,維護(hù)簡單,管理方便。

（4）設(shè)計(jì)參數(shù)與指標(biāo)

①處理風(fēng)量

根據(jù)現(xiàn)場勘察,該廠有5座水簾柜,其中有3座投入使用,表面尺寸為5.7m×3.0m,單套產(chǎn)生的最大廢氣量為18000m3/h,總廢氣量為54000m3/h,設(shè)計(jì)處理量為54000m3/h。

②污染物成分及濃度

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)并參照同類型廢氣污染物濃度特點(diǎn),該廠車間廢氣污染物濃度:顆粒物約為200～350mg/m3；苯約為20～30mg/m3；甲苯約為80～120mg/m3；二甲苯約為100～150mg/m3。

③排放標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)有源自標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施之日（2010年11月1日）起按表3-7規(guī)定執(zhí)行第Ⅰ時(shí)段標(biāo)準(zhǔn),自2012年6月1日起按表3-7規(guī)定執(zhí)行第Ⅱ時(shí)段標(biāo)準(zhǔn)。新源自本標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施之日起按表3-11規(guī)定執(zhí)行第Ⅱ時(shí)段標(biāo)準(zhǔn)。

表3-11　企業(yè)排氣筒VOCs排放限值

（5）廢氣處理工藝比選

有機(jī)廢氣的處理方法種類繁多,特點(diǎn)各異,常用的有水噴淋法、冷凝法、吸收法、燃燒法、催化法、吸附法等。

①水噴淋法

該法在大氣污染處理上有著廣泛的應(yīng)用,在噴涂工序中也得到使用,如水簾柜就是一例,原理是通過用水噴淋廢氣,將廢氣中的水溶性或大顆粒成分沉降下來,達(dá)到污染物與潔凈氣體分離的目的。該法具有水資源易得,同時(shí)經(jīng)過過濾、沉淀后可回用,最大限度降低水資源的浪費(fèi)等優(yōu)點(diǎn)。水噴淋法處理大顆粒成分效率很高,常作為廢氣處理的預(yù)處理方法。

②冷凝回收法

該法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(jià)值的有機(jī)物。該法用于濃度高、溫度低、風(fēng)量小的廢氣處理,但存在投資大、能耗高、運(yùn)行費(fèi)用大等缺點(diǎn),因此無特殊需要,一般不采用此法。

③吸收法

吸收法分為化學(xué)吸收和物理吸收,但“三苯”廢氣化學(xué)活性低,一般不采用化學(xué)吸收。物理吸收選用具有較小揮發(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。該法適合大氣量、溫度低、濃度低的廢氣,但存在裝置復(fù)雜、投資大,吸收液的選用比較困難,且有二次污染等缺點(diǎn)。

④直接燃燒法

該法是利用燃?xì)饣蛉加偷容o助燃料燃燒放出的熱量將混合氣體加熱到一定溫度（700～800℃）,駐留一定的時(shí)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(yùn)行成本高。

⑤催化燃燒法

該法是將廢氣加熱到200～300℃經(jīng)過催化床燃燒,達(dá)到凈化目的。該法能耗低、凈化率高、無二次污染、工藝簡單操作方便,適用于高溫高濃度的有機(jī)廢氣治理,不適用于低濃度、大風(fēng)量的有機(jī)廢氣治理。

⑥吸附法

吸附法分為直接吸附法和吸附回收法。直接吸附法是有機(jī)氣體直接通過活性炭,達(dá)到95%的凈化率,設(shè)備簡單、投資小、操作方便,但需經(jīng)常更換活性炭,用于濃度低、污染物不需回收的場合。吸附回收法是有機(jī)氣體經(jīng)活性炭吸附,活性炭飽和后用熱空氣進(jìn)行脫附再生。

經(jīng)過比較,考慮該家具廠的生產(chǎn)特點(diǎn)及規(guī)律,欲采用水噴淋預(yù)處理（主要處理漆霧、漆粉）、吸附—脫附—催化燃燒法深度凈化的工藝來治理該家具廠的有機(jī)廢氣。

（6）廢氣治理方案

①工藝流程

該廢氣源屬于大風(fēng)量、低濃度的有機(jī)混合氣體。在抽風(fēng)過程中有少量漆霧顆粒物,必須進(jìn)行預(yù)處理才能使廢氣進(jìn)入到吸附催化凈化裝置,設(shè)計(jì)采用預(yù)處理設(shè)備即水洗及干式過濾器,確保顆粒的凈化效果達(dá)到98%（80%）以上,吸附系統(tǒng)采用活性炭。具體處理工藝流程見圖3-18。

圖3-18　家具廠廢氣處理工藝流程

設(shè)備型號(hào):HXC—2000型系列化吸附—催化凈化裝置。工作方式:吸附系統(tǒng)與脫附催化燃燒系統(tǒng)間斷交替。

②主要設(shè)備簡介

a.水洗式凈化柜系統(tǒng)。水洗式凈化柜內(nèi)裝有若干層擋板,廢氣由進(jìn)氣口進(jìn)入,柜內(nèi)頂部裝有旋轉(zhuǎn)噴頭,廢氣進(jìn)入凈化柜因水噴淋沖滌作用,且經(jīng)過層層擋板逐板凈化,廢氣中的顆粒物進(jìn)入水中而去除,水體自流進(jìn)入循環(huán)水池。循環(huán)水池的水使用一段時(shí)間后排入廢水處理系統(tǒng)（或委托有資質(zhì)的公司回收處理）。

b.干式過濾器。為防止水及漆霧進(jìn)入活性炭吸附塔吸附層,該系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩層干式過濾系統(tǒng),過濾料為棉網(wǎng)。

（Ⅰ）原理。設(shè)備采用雙氣路間斷工作,設(shè)備吸附床吸附或脫附使用。含有機(jī)物的廢氣經(jīng)風(fēng)機(jī)的作用,經(jīng)過活性炭吸附層,有機(jī)物質(zhì)被活性炭特有的作用力截留在其內(nèi)部,潔凈氣體排出；經(jīng)過一段時(shí)間后,活性炭達(dá)到飽和狀態(tài),停止吸附,此時(shí)有機(jī)物已被濃縮在活性炭內(nèi)。

催化凈化裝置內(nèi)設(shè)加熱室,啟動(dòng)加熱裝置,進(jìn)入內(nèi)部循環(huán)；當(dāng)熱氣源達(dá)到有機(jī)物的沸點(diǎn)時(shí),有機(jī)物從活性炭內(nèi)跑出來,進(jìn)入催化室進(jìn)行催化,分解成CO2和H2O,同時(shí)釋放出能量。利用釋放出的能量再進(jìn)入吸附床脫附時(shí),此時(shí)加熱裝置完全停止工作,有機(jī)廢氣在催化燃燒室內(nèi)維持自燃,尾氣再生,循環(huán)進(jìn)行,直至有機(jī)物完全從活性炭內(nèi)部分離,至催化室分解?；钚蕴康玫搅嗽偕?有機(jī)物得到了催化分解處理。

（Ⅱ）技術(shù)性能及特點(diǎn)

（ⅰ）該設(shè)備設(shè)計(jì)原理先進(jìn),用材獨(dú)特,性能穩(wěn)定,操作簡單,安全可靠,無二次污染,占地面積小、質(zhì)量輕。吸附床采用抽屜式結(jié)構(gòu),裝填方便,更換容易。

（ⅱ）采用新型的活性炭吸附材料——蜂窩狀活性炭,其與粒（棒）狀相比具有優(yōu)勢的熱力學(xué)性能,低阻低耗,高吸附率等,適合于大風(fēng)量下使用。

（ⅲ）催化燃燒室采用陶瓷蜂窩體的貴金屬催化劑,阻力小,用低壓風(fēng)機(jī)就可正常運(yùn)轉(zhuǎn),不但耗電少,且噪聲低。

（ⅳ）催化燃燒裝置的風(fēng)量是廢氣源風(fēng)量的1/10,同時(shí)加熱功率維持時(shí)間為1h左右,節(jié)約能源。

（ⅴ）吸附有機(jī)物廢氣的活性炭床,可用催化燃燒處理廢氣產(chǎn)生的熱量進(jìn)行脫附再生,脫附后的氣體再送入催化燃燒室凈化,不需外加能量,運(yùn)行費(fèi)用低,節(jié)能效果顯著。

（Ⅲ）催化燃燒裝置。催化燃燒法是利用催化劑作中間體,使有機(jī)氣體在較低溫度下,變成水和二氧化碳?xì)怏w,即

將烘干室的有機(jī)廢氣通過引風(fēng)機(jī)作用送入凈化裝置,先通過阻火型除塵器,然后進(jìn)入換熱器,再送入到加熱室；通過加熱裝置,使氣體達(dá)到燃燒反應(yīng)的溫度；再通過催化床的作用,使有機(jī)氣體分解成二氧化碳和水；再進(jìn)入換熱器與低溫氣體進(jìn)行熱交換,使進(jìn)入的氣體溫度升高達(dá)到反應(yīng)溫度。如達(dá)不到反應(yīng)溫度,加熱系統(tǒng)就可以通過自控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償加熱,使它完全燃燒,這樣節(jié)省了能源,且廢氣有效去除率達(dá)到97%以上,符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

本裝置由主機(jī)、引風(fēng)機(jī)及電控柜組成,主機(jī)由換熱器、催化床、電加熱元件、阻火型除塵器和防爆裝置等組成,阻火型除塵器位于進(jìn)氣管道上,防爆裝置設(shè)在主機(jī)的頂部,其工藝流程示意如圖3-19所示。

圖3-19　催化燃燒裝置工藝流程示意

廢氣源:直排口廢氣源應(yīng)留有直接排放管路,用閥門控制,必要時(shí)使廢氣直接排空（如凈化裝置檢修時(shí)）。

阻火型除塵器:由特制的多層金屬網(wǎng)組成,可阻止火焰通過,過濾掉氣體中較大的顆粒污物,是本凈化裝置的安全裝置之一。

換熱器:板式換熱結(jié)構(gòu),利用催化反應(yīng)放出的熱量,加熱進(jìn)口廢氣,提高熱能利用率,減少加熱電能。

預(yù)熱室:由燃燒器加熱交換器預(yù)熱后的廢氣,提高進(jìn)氣溫度,達(dá)到催化反應(yīng)條件。

熱電偶:采用不銹鋼保護(hù)管測量進(jìn)氣加熱溫度及凈化溫度。

催化床:這是本裝置的核心,由多層蜂窩狀催化劑組成。

防爆器:為膜片泄壓方式,當(dāng)運(yùn)行出現(xiàn)異常時(shí),可及時(shí)裂開泄壓,防止意外事故發(fā)生。

風(fēng)機(jī):采用后引風(fēng)式,使本裝置在負(fù)壓下工作。

閥門:控制調(diào)節(jié)氣體流量大小。

③主要部件說明

a.吸附箱體。是整個(gè)裝置第一個(gè)主循環(huán)的主要部件及核心工序,內(nèi)裝活性炭層及各種氣流分布器等,以濃縮凈化有機(jī)廢氣；活性炭由抽屜裝填,更換極其方便。

b.催化凈化裝置。該裝置是將濃縮的有機(jī)廢氣引入分解的主要設(shè)備。有機(jī)廢氣經(jīng)內(nèi)裝的加熱裝置從活性炭層中將有機(jī)物分離后,通過催化劑的作用分解成CO2和H2O,同時(shí)釋放能量,由熱交換器置換能量,用于維持設(shè)備自燃的能源。同時(shí)也是烘干爐高溫廢氣處理設(shè)備。熱交換器和催化室體采用SUS304不銹鋼板制作,電加熱為不銹鋼翅片式。

c.主排風(fēng)機(jī)。第一循環(huán)系統(tǒng)的一個(gè)主要部件,引導(dǎo)廢氣在設(shè)定的通道中運(yùn)行。

d.脫附風(fēng)機(jī)。第二循環(huán)系統(tǒng)的一個(gè)主要部件,負(fù)責(zé)將熱氣流引入吸附箱脫附有機(jī)物,同時(shí)又將有機(jī)物引入催化燃燒裝置進(jìn)行分解。

e.補(bǔ)冷風(fēng)機(jī)。當(dāng)設(shè)備脫附氣流出現(xiàn)高溫時(shí),自動(dòng)補(bǔ)充冷氣流降低溫度。

f.電動(dòng)風(fēng)量蝶閥。負(fù)責(zé)各循環(huán)管路的開關(guān)切換,是設(shè)備實(shí)行自動(dòng)化控制的執(zhí)行者。

g.電控部分。是整個(gè)設(shè)備的中心樞紐,采用PLC＋觸摸屏控制,保證各設(shè)備的正常運(yùn)行,同時(shí)對各動(dòng)力點(diǎn)起保護(hù)、控制、監(jiān)控作用。關(guān)鍵元器件采用進(jìn)口產(chǎn)品。

h.管路。是廢氣源、潔凈氣源的通道。直排及排風(fēng)管道的標(biāo)高為15m。

④設(shè)計(jì)參數(shù)

a.進(jìn)風(fēng)風(fēng)管

風(fēng)管流速:10～12m/s。

工藝尺寸:700mm×700mm。

材質(zhì):1.0mm鍍鋅板。

數(shù)量:3條。

b.水洗凈化柜。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速為15m/s；每套系統(tǒng)的設(shè)計(jì)處理量為18000m3/h,共3套系統(tǒng)。每套系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)如下:

外形尺寸:4920mm×2320mm×1900mm。

材質(zhì):1.5mm鍍鋅板。

PP噴頭:120個(gè)。

空塔風(fēng)速:1.2m/s。

壓力損失:ΔP＝600Pa。

c.干式過濾器

外形尺寸:2310mm×900mm×500mm。

材質(zhì):1.5mm鍍鋅板。

壓力損失:ΔP＝100Pa。

過濾材料:網(wǎng)棉。

d.活性炭吸附塔。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)活性炭表面進(jìn)風(fēng)風(fēng)速為0.6m/s；每座系統(tǒng)的設(shè)計(jì)處理量為18000m3/h,共3座系統(tǒng)。每座系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)如下:

外形尺寸:2300mm×4000mm×3200mm。

過濾面積:9.2m2。

活性炭類型:蜂窩狀活性炭。

活性炭過濾層:2層。

過濾層厚度:250mm。

e.催化燃燒裝置。1套脫附催化燃燒系統(tǒng),處理量為2000m3/h,共設(shè)計(jì)3套,3套交替使用。總功率:64kW。

f.排風(fēng)風(fēng)管

風(fēng)管流速:10～12m/s。

工藝尺寸:700mm×700mm。

材質(zhì):1.0mm鍍鋅板。

數(shù)量:3條。

g.采樣平臺(tái)及采樣口

采樣口尺寸:150mm×150mm。

采樣平臺(tái):鋼質(zhì)。

護(hù)欄安全高度:1.05m。

h.車間抽風(fēng)機(jī)

型號(hào):4—72NO7C。

功率:15kW。

風(fēng)量:Q＝18360m3/h。

風(fēng)壓:1656Pa。

轉(zhuǎn)速:1600r/min。

數(shù)量:3臺(tái)。

i.補(bǔ)冷風(fēng)機(jī)

型號(hào):4—72NO3.6A。

功率:3kW。

風(fēng)量:Q＝3045m3/h。

風(fēng)壓:1531Pa。

轉(zhuǎn)速:2900r/min。

數(shù)量:1臺(tái)。

j.管道泵

型號(hào):GD65—19。

流量:Q＝25m3/h。

揚(yáng)程:H＝19m。

功率:2.2kW。

⑤方案實(shí)施說明及參數(shù)

a.處理設(shè)備型號(hào)為HXC—200型的吸附催化凈化裝置。設(shè)備采用單個(gè)吸附箱。整個(gè)脫附系統(tǒng)采用多點(diǎn)溫度控制保證設(shè)備的脫附效果,活性炭使用壽命為1～2年。

b.脫附設(shè)備采用HC—Ⅲ型催化凈化裝置,內(nèi)采用SUS304制作,電加熱元件采用翅片式不銹鋼材質(zhì),脫附時(shí)間為4～5h,內(nèi)部裝填的蜂窩狀陶瓷催化劑使用壽命為8000h。

c.過濾器采用框架式結(jié)構(gòu),過濾材料采用玻璃過濾棉,更換方便,同時(shí)在過濾棉兩側(cè)裝有指針式壓差計(jì)并可報(bào)警。

d.管路中的閥門均采用氣動(dòng)風(fēng)量蝶閥控制。該設(shè)備共由兩個(gè)系統(tǒng)組成:一是吸附系統(tǒng)；二是脫附系統(tǒng)。內(nèi)部之間自動(dòng)切換。

e.設(shè)備設(shè)有多種安全設(shè)施,如風(fēng)機(jī)過載保護(hù)、超溫保護(hù)。

f.正常使用時(shí)能耗低。由于采用的是蜂窩狀活性炭,其阻力低,所以使用過程中的能耗低,與正常送排風(fēng)功率相等,不會(huì)給用戶增加費(fèi)用。

2.案例評(píng)析

本工程采用水洗—吸附—脫附—催化工藝治理家具廠的有機(jī)廢氣,效果很好,有機(jī)廢氣治理后均能達(dá)標(biāo)排放。整套處理裝置運(yùn)行穩(wěn)定,管理方便,維護(hù)工作量小,可靠性高。經(jīng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)顯示,雖然用了水洗工藝,但因干式過濾器濾水效果好,所以沒有風(fēng)機(jī)出現(xiàn)帶水現(xiàn)象。治理過程中,廢水循環(huán)使用,運(yùn)行費(fèi)用低,易操作。本案例可作為參考。

本工程的缺陷在于循環(huán)水池中有一定的污泥,需要清理。