隨著(zhù)全國各地陸續推行大氣環(huán)保政策,法規明確了VOCs(揮發(fā)性有機化合物)排放必須滿(mǎn)足限值要求才允許企業(yè)正常運營(yíng)??紤]到廢氣的特點(diǎn),各大企業(yè)涂裝車(chē)間基本都采用了“沸石轉輪濃縮吸附+氧化燃燒”的方式進(jìn)行處理。這種廢氣處理方式在近5年內遍及了整個(gè)涂裝行業(yè),經(jīng)過(guò)廣泛的應用,設備前期的策劃和設計的不足逐漸暴露出來(lái)。
通過(guò)與供應商進(jìn)行技術(shù)交流,以及對廢氣濃縮轉輪焚燒技術(shù)方案的研究,發(fā)現問(wèn)題主要集中在法規、工藝與維護,以及安全這3個(gè)方面。
為避免項目在實(shí)施過(guò)程中出現功能遺漏和制造返工問(wèn)題,本項目總結了沸石轉輪濃縮吸附和氧化燃燒設備在規劃及設計過(guò)程中需注意的要點(diǎn)。
今天結合我公司經(jīng)過(guò)驗收的某涂裝廢氣治理項目,給大家分析一下;
1設計關(guān)注點(diǎn)
1.1法規要求
在考慮增設設備之前,首先需要明確廢氣處理的目標,熟悉地方法規對揮發(fā)性有機廢氣的要求。目前各地要求測定的揮發(fā)性有機廢氣的成分不一致:有的僅要求非甲烷總烴值(NMHC),有的是VOCso其實(shí)二者有一定區別:NMHC指除甲烷以外的碳氫化合物,其中主要是C2-C12之間的烴類(lèi)物質(zhì);VOCs的范疇比NMHC要大,檢測值也會(huì )更高。因VOCs的成分較復雜,目前全國各地在線(xiàn)監測和取樣多是檢測NMHC,如果參照的地方標準為VOCs,那么在設備選型時(shí)需以VOCs和NMHC要求的較低值為準。另外,為了更好地檢測廢氣處理效果,有的法規要求進(jìn)行含氧量折算,但在實(shí)際計算時(shí)發(fā)現,含氧量折算只適用于化工行業(yè)的無(wú)氧廢氣,并不適合噴漆廢氣,這是因為涂裝廢氣本身就是VOCs與空氣的混合物。因法規覆蓋行業(yè)較廣,故含氧量折算只能作為參考。在廢氣處理過(guò)程中還應考慮到別的排放物超標的問(wèn)題,例如:在對VOCs廢氣進(jìn)行高溫焚燒處理時(shí),空氣中的氮氣和氧氣會(huì )發(fā)生化學(xué)反應,氮氧化物的排放量將增大,因此需要選配低氮燃燒機,以避免氮氧化物超標。
除了關(guān)注環(huán)保法規的要求,還要關(guān)注與之對應的檢測標準的要求。HJ75-2017《固定污染源煙氣(SO2,NOx、顆粒物)排放連續監測技術(shù)規范》對在線(xiàn)監控設備的采樣平臺與采樣孔大小及數量有新要求:監測平臺寬度不小于2m;采樣孔也由80mm加大至90mm;采樣或監測平臺要求設置斜梯,且平臺距離地面高度不低于20m時(shí),應有通往平臺的升降梯。此類(lèi)對監測平臺的要求在項目設計中需要重點(diǎn)關(guān)注,否則容易遺漏。
1.2廢氣的初始參數
項目改造效果好壞,廢氣的初始參數至關(guān)重要。廢氣的成分和濃度關(guān)系到轉輪的處理效率和使用壽命,而且一旦導致濃縮氣體濃度超高,就有爆炸的風(fēng)險。某些特殊物質(zhì)(如石腦油)對轉輪的吸附脫附能力影A向非常大,甚至會(huì )引起高溫變異等。如果廢氣進(jìn)氣的濃度高,在風(fēng)量一定的情況下,濃縮效率會(huì )受影響,處理效率也會(huì )降低,且存在進(jìn)RTO(蓄熱式熱力氧化爐)的廢氣濃度超過(guò)爆炸極限的風(fēng)險。規劃之初,很多企業(yè)對自身需處理的廢氣的原始數據不清楚,當設備運行時(shí)總會(huì )發(fā)生廢氣濃度超標或有特殊物質(zhì)堵塞轉輪的問(wèn)題,運行風(fēng)險增高。
另外,廢氣的濃度、成分、溫濕度、風(fēng)量等還對轉輪選型有很大影響。廢氣濃度過(guò)高或過(guò)低都將影響轉輪的處理效率,就如篩漏一樣,進(jìn)入的廢氣總濃度過(guò)高,轉輪吸附飽和后多余的廢氣物質(zhì)只能因過(guò)濾吸附不完全而被排放,此時(shí)為了保證環(huán)保要求的處理效率,轉輪選型必須增大增多。廢氣在溫度≤32℃、相對濕度≤80%的情況下處理效率*佳,若進(jìn)氣濕度過(guò)高,則設備設計時(shí)需增加除濕設備以保證
處理效果。規劃設計階段收集準確的廢氣原始參數有利于設備的設計和應用。
1.3設備
1.3.1系統規劃
目前,要將“涂裝VOCs廢氣沸石轉輪濃縮吸附+氧化焚燒處理系統”應用在現有的涂裝車(chē)間,改造難度較大。受改造空間影響,需要考慮的因素很多。不僅要分析增設廢氣處理設備后怎樣保證原有系統的風(fēng)平衡,旁通是否允許直排,還要結合生產(chǎn)線(xiàn)設備的維護狀態(tài),考慮風(fēng)管的走向與原有風(fēng)管的對接方式、風(fēng)門(mén)的位置,以及怎樣避免各噴漆室排風(fēng)相互影響等方面。
在實(shí)際改造中,常常會(huì )發(fā)生因原有涂裝排風(fēng)系統清渣不及時(shí),積漆嚴重,在改造清渣后反而破壞了風(fēng)平衡的問(wèn)題。如果不能及時(shí)分析出原因,判斷不出是設計問(wèn)題,還是原有設備因改造而導致?lián)p壞所造成的,就會(huì )延長(cháng)設備調試周期,造成一定的浪費。此外,在規劃時(shí)不能局限于實(shí)現設備自身功能,還要考慮增加廢氣處理設備后過(guò)濾袋的使用量增大,需新增足夠大的區域來(lái)存儲用于更換的過(guò)濾袋。而更換下來(lái)的過(guò)濾袋屬于危廢,還要考慮危廢放置空間和處理措施。
1.3.2過(guò)濾箱
過(guò)濾箱設計的好壞直接影響到轉輪的使用壽命。過(guò)濾箱必須保證過(guò)濾器框架與壁板之間的間隙采用全滿(mǎn)焊,確保無(wú)泄露,不漏風(fēng),所有廢氣都必須經(jīng)過(guò)過(guò)濾袋。其室體內壁板及框架均以304不銹鋼制作,中間使用巖棉保溫。為防止框架因風(fēng)阻而出現變形、漏風(fēng),骨架應加固。過(guò)濾器與過(guò)濾框之間的接觸面要緊密、不漏風(fēng),需采用快開(kāi)結構壓緊裝置。每套過(guò)濾箱的每級過(guò)濾材料必須具有在線(xiàn)壓降測量功能,以保證廢氣處理系統正常、安全、穩定地運行。每一個(gè)壓差檢測有2個(gè)設定報警值:當過(guò)濾系統壓力達到第*個(gè)值時(shí),報警系統發(fā)出報警信號,并接入中央控制室,提醒操作人員更換過(guò)濾袋;當過(guò)濾系統壓力達到第二個(gè)值時(shí),直接關(guān)閉系統。壓差恢復正常后,需要人工復位。過(guò)濾框架兩側壓差檢測位置需避
免風(fēng)流和過(guò)濾袋對測量口造成影響。過(guò)濾箱配置壓差計,能現場(chǎng)顯示,并與壓力變送器一起上傳數據至PLC(可編程邏輯控制器)系統,方便維護管理。
每級過(guò)濾箱應配備檢修門(mén)及維修用照明燈一LED(發(fā)光二極管)節能燈。維修燈應輕便,便于旋轉,以便更換不同位置的過(guò)濾器。過(guò)濾箱室體內配有維修平臺,可方便后期維護等。每個(gè)過(guò)濾箱前端設置有新風(fēng)風(fēng)閥(關(guān)閉時(shí)必須確保氣體不外泄),還需設置防風(fēng)、防雨、防冰雹的保護措施。當設備待機、停機或檢修時(shí),新風(fēng)閥開(kāi),進(jìn)過(guò)濾箱前的閥門(mén)關(guān)閉;設備正常生產(chǎn)時(shí),進(jìn)過(guò)濾箱前的閥門(mén)開(kāi)啟,新風(fēng)閥關(guān)閉。
1.3.3轉輪
濃縮轉輪以玻璃纖維為載體,表面涂布一層高效疏水性吸附材料—沸石。濃縮轉輪格化區分為吸附區(占83.3%)、脫附區(占8.3%)和冷卻區(占8.3%)。廢氣中的VOCs在吸附區被轉輪中的特殊分子篩吸附,轉到脫附區后經(jīng)過(guò)小風(fēng)量的高溫再生氣體作用而脫離,轉輪經(jīng)過(guò)冷卻后循環(huán)使用。分區采用V-zone型中空密封條隔離開(kāi)來(lái),濃縮轉輪周邊則用硅膠的復合式平帶型密封條密封。轉輪通常采用連續旋轉(2-6 r/m)的方式通過(guò)3個(gè)區。沸石在相對濕度≤80%、溫度≤40℃的條件下均可保證高效吸附,且不會(huì )解附脫離到高溫氣體內燃燒。
目前涂裝行業(yè)中涉及濕式處理的廢氣濕度較大,可以將RTO高溫排風(fēng)混入原始廢氣進(jìn)風(fēng)段,以將相對濕度調節至≤80%。此方法簡(jiǎn)單實(shí)用,但增大了系統廢氣處理風(fēng)量,且RTO高溫排氣中的焦油會(huì )污染過(guò)濾器和轉輪。也可以在過(guò)濾箱內設置換熱器進(jìn)行間接換熱,適當提高廢氣溫度(5℃左右),降低相對濕度至≤80%,進(jìn)而提升轉輪的吸附效率。
沸石轉輪可用多種方式進(jìn)行維修保養:以壓縮空氣吹掃或水洗;采用約300℃的高溫脫附熱風(fēng)進(jìn)行反吹掃,以處理正常運行時(shí)不易脫附的高沸點(diǎn)物質(zhì)。
每套沸石轉輪濃縮系統設置有溫度、壓力和轉輪轉速的在線(xiàn)監測:當轉輪溫度高于警報設定值或壓力達到設定值,又或轉輪轉速偏離設定值時(shí),系統立即發(fā)出聲光報警,提醒操作人員進(jìn)行檢查或保潔;當超過(guò)危險值時(shí),立即發(fā)出報警信號,同時(shí)自動(dòng)切斷原始廢氣和焚燒系統的天然氣供給,開(kāi)啟焚燒系統旁通功能,原始廢氣自動(dòng)切換為緊急模式。
經(jīng)過(guò)近幾年的使用,陸續暴露出部分轉輪易出現堵塞,甚至需要報廢的情況。經(jīng)初步分析,有過(guò)濾箱漏風(fēng),廢氣本身有雜質(zhì),過(guò)濾器不合適,維護保養不當等原因。轉輪是系統的關(guān)鍵部件,規劃時(shí)需要對影響其效率及壽命的因素進(jìn)行有效控制,并應充分考慮后期的維護保養及更換的便捷性。
1.3.4風(fēng)機
風(fēng)機是整個(gè)系統中主要的耗電設備,耗能費用約占系統的80%??紤]到風(fēng)平衡及各種運行節能模式,通常選用變頻風(fēng)機。在整套系統啟動(dòng)的過(guò)程中,風(fēng)機的頻率慢慢往上升,能夠避免所有風(fēng)機同時(shí)啟停而造成共振及對電網(wǎng)的沖擊,通常設定風(fēng)機是按順序依次啟動(dòng)的,相互間有幾秒的時(shí)間差。在風(fēng)機出口通常也會(huì )設置逆止閥或電動(dòng)調節閥,從而避免各套轉輪之間串風(fēng)。
吸附風(fēng)機與原始廢氣排風(fēng)機的信號連鎖,根據不同工況自動(dòng)調整吸附風(fēng)機開(kāi)啟的頻率,控制風(fēng)機排風(fēng)量,保證涂裝車(chē)間排氣壓力穩定和風(fēng)平衡,以免影響車(chē)間生產(chǎn)。吸附風(fēng)機的功率比較大,需要考慮降噪隔音,減少噪音對外界的影響。
脫附風(fēng)機是通過(guò)220℃的高溫氣體令濃縮后的廢氣脫附,送至RTO系統,因此必須耐高溫。要確保風(fēng)機外部的保溫效果,風(fēng)機進(jìn)出口設置有耐高溫軟連接,軟連接盡量選擇防水、防火、防腐、耐酸雨、韌性好的材料,例如內置鋼絲骨架的阻燃布、耐酸堿布等。
風(fēng)機需設計為軸承,這樣拆卸方便,且不拆葉輪的結構??蛇x擇風(fēng)冷一體式軸承座結構,傳動(dòng)軸為光軸。若采用效率更好的直聯(lián)式傳動(dòng)離心風(fēng)機,其軸連接方式要求采用便于維修更換的聯(lián)軸器。此外,風(fēng)機幾乎都布置在室外,電機的維修和更換需要考慮吊裝軌道,設置防雨棚以提高電機的防雨等級。
1.3.5 RTO
RTO可將有機廢氣加熱到760℃以上,使VOCs在氧化室中分解成CO2和H20。由此產(chǎn)生的高溫氣體流經(jīng)特制的陶瓷蓄熱體,令其升溫而“蓄熱”,并用于預熱后續進(jìn)入的有機廢氣,從而節省使廢氣升溫的燃料消耗。
陶瓷蓄熱體應至少分成2個(gè)室或區。每個(gè)蓄熱室依次經(jīng)歷蓄熱、放熱、清掃等程序,周而復始,連續工作。蓄熱室“放熱”后應立即引入己處理合格的潔凈排氣的一部分對該蓄熱室進(jìn)行清掃(以保證VOCs去除率在95%以上),只有清掃完成后才能進(jìn)入“蓄熱”程序。
RTO燃燒室的設計溫度通常為1000℃,操作溫度820-850℃。合理規劃蓄熱體的擺放能確保熱效率達到%%以上,以及廢氣停留時(shí)間≥1s。性能優(yōu)越的RTO的處理效率能至少有99%,*終排煙溫度≤120℃。在廢氣進(jìn)RTO系統前的風(fēng)管上安裝在線(xiàn)VOCs濃度檢測儀(LEL)和報警連鎖裝置。當進(jìn)氣VOCs濃度高于某一設定值時(shí),系統立即發(fā)出聲光報警,并自動(dòng)開(kāi)啟新風(fēng)閥以稀釋濃度;當VOCs濃度超過(guò)規定的危險值時(shí),系統除了立即報警,還會(huì )自動(dòng)切斷原始廢氣和焚燒系統的天然氣供給,開(kāi)啟焚燒系統旁通功能,自動(dòng)切換為緊急模式。為了確保檢測儀器在Ss以?xún)茸鞒龇磻?,從VOCs濃縮后到RTO的風(fēng)管要有足夠的長(cháng)度,以保證利用切斷閥在濃縮廢氣到達RTO之前執行關(guān)斷,同時(shí)在切斷閥前安裝緊急排放口和新鮮空氣入口,以保證RTO的安全性。RTO系統的燃燒室還需要設置高溫旁通管路,當燃燒室因故障或其他特殊原因導致超高溫或超高壓報警,室體不能自主降溫時(shí),應實(shí)行緊急旁通排放操作程序。
另外,RTO系統的啟動(dòng)和加熱由燃燒器點(diǎn)燃天然氣與少量廢氣的混合氣來(lái)實(shí)現。為安全起見(jiàn),RTO的啟動(dòng)和停止只用新鮮空氣,且系統需配置燃燒器閥組和爐內燃氣泄漏檢測裝置。結合環(huán)保趨勢,建議采用低氮排放燃燒器,避免因高溫焚燒VOCs廢氣而導致氮氧化物超標。
1.4安全設計
近幾年噴漆排風(fēng)系統發(fā)生的火災較多,因此在廢氣末端治理系統中,安全設計尤為重要。安全設計分主動(dòng)和被動(dòng)。為避免設備爆燃、悶燃,要充分考慮設備的雙安全保護措施,各種狀態(tài)模式下設備的安全程序控制,設備急停下的壓縮空氣吹掃,安全旁通等。在被動(dòng)安全防護上,考慮到廢氣處理設備的風(fēng)管和過(guò)濾箱是VOCs排氣經(jīng)過(guò)的區域,且通風(fēng)量大、管路截面較大,建議根據國家消防規范,
單獨為此區域設置噴淋閥組,并作為涂裝車(chē)間消防系統的一個(gè)獨立分區,水源來(lái)自原有的消防管路系統,消防報警和控制信號需要接入涂裝車(chē)間消防控制室,以便集中監控和管理,同時(shí)廢氣處理設備的消防信號需要跟風(fēng)機、轉輪、RTO、車(chē)間內噴漆室、供排風(fēng)等設備做好相應的聯(lián)鎖,確保整個(gè)系統的安全。由于過(guò)濾箱和通風(fēng)管路內部的廢氣比較潮濕,且具有腐蝕性,系統內部布置的管路和噴頭均要求采用304不銹鋼。RTO燃氣閥組需要設置可燃氣體泄露檢測及報警裝置,并將信號傳給消防控制室和設備控制間。
1.5電氣控制
新增的廢氣處理控制系統要求采用集中監控PLC分布式控制,以滿(mǎn)足廢氣處理系統安全、長(cháng)期、穩定、可靠地運行的需求,即采用PLC+觸摸屏與電源柜、電氣控制柜、PLC控制柜、電磁閥箱、現場(chǎng)就地操作箱、現場(chǎng)儀表等組成整個(gè)控制系統,實(shí)現系統的獨立監控。PLC系統具備設備工況監視、流程畫(huà)面顯示、參數顯示、報警顯示、自動(dòng)連鎖保護、接收數據軟件、數據顯示、數據傳輸、數據存儲等功能,并設有緊急停車(chē)功能。在控制柜上設有觸摸屏,對系統進(jìn)行集中動(dòng)態(tài)監視和自動(dòng)控制,自動(dòng)生成工藝系統設備狀態(tài)和報警參數報表,并且所有信息保存至少3年以上??删幊炭刂破鲬獛в谢ユi以保證生產(chǎn)和設備的安全運行。電氣控制柜由于使用了大量的變頻器等發(fā)熱元件,必須配備降溫裝置,通常給控制室設置獨立的空調系統或每組電控柜配備足夠的電柜空調,確保電氣元件在30℃以下的環(huán)境中穩定運行。
廢氣處理系統的工作狀態(tài)要求全自動(dòng)化控制,操作人員能通過(guò)觸摸屏對整個(gè)工藝流程及工藝參數和設備運行情況進(jìn)行監控,并達到如下控制水平。
(1)全自動(dòng):操作人員只要選擇了運行的裝置,按下啟動(dòng)鍵后系統即能完成各設備之間的運行、連鎖、控制,而不需要操作人員的干預(特殊情況除外)。
(2)半自動(dòng):當現場(chǎng)某個(gè)部件(如閥門(mén))需要即時(shí)執行開(kāi)或關(guān)操作時(shí),操作人員可以通過(guò)觸摸屏實(shí)現。
(3)手動(dòng):當現場(chǎng)某個(gè)設備的PLC出現故障或需要調試時(shí),操作人員可以就地在控制柜上實(shí)現其開(kāi)、關(guān)操作。
吸附濃縮焚燒凈化廢氣設備被越來(lái)越多的企業(yè)采用。雖然這對企業(yè)而言是很大的投入,但是為了建設一個(gè)可持續發(fā)展的社會(huì ),這些投入具有很大的社會(huì )效益。本項目對此種技術(shù)在涂裝車(chē)間的應用情況進(jìn)行了總結,希望能給大家一點(diǎn)有益的參考。
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