楊永義

（友聯(lián)船廠（蛇口）有限公司，深圳 518054）

1 前言

10 年前大部分船廠涂裝房VOCs（含有機揮發(fā)物廢氣）處理設備為蜂窩活性炭吸附+CO 催化氧化燃燒。該工藝存在VOCs 處理效率低（約為80%）、頻繁更換活性炭、危廢活性炭處理費用高、環(huán)保壓力大、活性炭有燃燒的火災隱患等缺點。

目前船廠涂裝房新VOCs 處理設備的主流工藝為沸石轉(zhuǎn)輪吸附+CO（催化氧化燃燒），或沸石轉(zhuǎn)輪吸附+RTO（蓄熱氧化燃燒）。對于涂裝房施工不連續(xù)、大風量、VOCs 排放濃度約1 000 mg/m3的VOCs 處理設備，基本上都采用沸石轉(zhuǎn)輪吸附+CO（催化氧化燃燒）工藝。

針對某船廠6、7 號涂裝房的施工不連續(xù)、2 個房間不同時噴漆、每個房間噴漆時不超過2 把噴槍的工況，對6、7 號涂裝房采取共用1 套沸石轉(zhuǎn)輪吸附+CO工藝的VOCs 處理設備方案設計，取得了良好的處理效果和經(jīng)濟效益。

2 蜂窩活性炭吸附+CO 催化氧化燃燒的VOCs 處理設備缺點

2.1 處理設備簡介

涂裝房施工有機廢氣由吸塵罩進行收集，再通過管道在引風機的作用下進入催化燃燒設備進行處理；為避免顆粒狀漆霧影響后續(xù)的活性炭吸附過程，有機廢氣先進入干式預過濾裝置，將廢氣中的顆粒狀污染物截留下來，再進入活性炭吸附床進行吸附，廢氣中的有機污染物被吸附在活性炭表面，而干凈的氣流沿管道高空排放；活性炭對污染物吸附達到一定程度后，啟動活性炭脫附再生過程，將原來吸附在活性炭里的有機廢氣脫附出來，通過催化燃燒將氣態(tài)有機污染物轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水蒸汽，經(jīng)處理后的氣流高空達標排放。

2.2 處理設備的缺點

該設備主要參數(shù)：主風機功率55 kW、風量19 778～39 674 m3/h、風壓3 531～2 332 Pa；活性炭裝填量4.5 m3、催化劑量0.074 m3；脫附風機功率2.2 kW、風量1 688～3 517 m3/h、風壓1 300～792 Pa；加熱功率55 kW。

（1）活性炭裝填量少，吸附容量有限；

（2）有機廢氣經(jīng)過吸附箱體流速過快；

（3）活性炭吸附過程逐漸飽和衰減，雖然有在線脫附，由于加熱功率低、脫附時間短、催化劑量少等缺陷，實際催化燃燒、脫附效果差，隨著時間的累積活性炭很快吸附飽和、并降低吸附能力；

（4）處理效率低，約為涂裝房有機廢氣排放濃度的80%；

（5）活性炭更換頻繁、危廢活性炭處理費用高。每年活性炭采購和危廢處理費用約19.26 萬元。

3 沸 石 轉(zhuǎn) 輪+CO/RTO/RCO 新VOCs 處 理設備簡介

3.1 沸石轉(zhuǎn)輪+CO 處理設備工藝介紹

（1）基本原理

沸石轉(zhuǎn)輪是由有波浪形和水平陶瓷纖維處理粘結(jié)的蜂窩結(jié)構(gòu)卷繞而成，在陶瓷纖維蜂窩結(jié)構(gòu)涂覆有可吸附VOCS的沸石分子篩。

沸石轉(zhuǎn)輪+CO 吸附系統(tǒng)，主要由吸附VOCs 轉(zhuǎn)芯、氣體過濾裝置、轉(zhuǎn)動裝置、風機等組成，其中吸附VOCS轉(zhuǎn)芯為其核心部分。

VOCS吸入蜂窩狀轉(zhuǎn)輪后，被轉(zhuǎn)輪上的沸石吸附從空氣中分離出來；在解吸附區(qū)域，所吸附的VOCs 用一路很小的熱空氣（約180 ℃～250 ℃）吹掃從沸石上脫附下來，此時VOCS被濃縮5～30 倍，解吸后的沸石隨著轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)被轉(zhuǎn)回吸附區(qū)域繼續(xù)吸附VOCS。

（2）處理流程

① VOCs 經(jīng)過收集口進入主管道，先通過漆霧四級預過濾系統(tǒng)去除漆霧和粉塵；

② 過濾后的廢氣經(jīng)風機進入沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)中進行凈化處理，凈化達標后氣體直接經(jīng)煙囪排放；

③ 經(jīng)沸石轉(zhuǎn)輪處理后的一部分氣體先對沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)進行冷卻，冷卻后的氣體通過一級板式換熱器換熱至200 ℃～220 ℃，再進入沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)中對沸石進行高溫脫附；

④ 脫附后的氣體經(jīng)阻火器后進入二級換熱器預熱升溫，再經(jīng)電加熱器加熱至催化劑反應溫度（約330℃左右）進行催化氧化反應；催化燃燒技術(簡稱CO)可以在較低溫度(300 ℃～500 ℃)下對揮發(fā)性有機物在催化劑上進行氧化分解反應，氧化分解為 CO2和H2O，同時放出大量熱，凈化效率高達98%。

沸石轉(zhuǎn)輪+CO 處理工藝流程，見圖1。

圖1 沸石轉(zhuǎn)輪+CO 處理工藝流程

3.2 沸石轉(zhuǎn)輪+RTO 處理設備工藝介紹

（1）VOCS經(jīng)過收集、過濾處理進入沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)中進行脫附等，如同3.1 一樣；

（2）蓄熱氧化技術 (簡稱RTO)把有機廢氣加熱到760 ℃以上，使廢氣中的揮發(fā)性有機物氧化分解成CO2和H2O ，氧化產(chǎn)生的高溫氣體流經(jīng)特制的陶瓷蓄熱體，使陶瓷體升溫而蓄熱，此蓄熱用于預熱后續(xù)進入的有機廢氣，從而節(jié)省廢氣升溫的燃料消耗，凈化效率高達99%，熱回收效率高達95%。

3.3 沸石轉(zhuǎn)輪+RCO 處理設備工藝介紹

（1）VOCS經(jīng)過收集、過濾處理進入沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)中進行脫附等，如同3.1 一樣；

（2）蓄熱催化氧化技術 (簡稱RCO)是RTO 與CO 的結(jié)合技術，把有機廢氣加熱到300 ℃，使廢氣中的揮發(fā)性有機物在催化劑上中氧化分解成CO2和H2O，氧化產(chǎn)生的高溫氣體流經(jīng)特制的陶瓷蓄熱體，使陶瓷體升溫而蓄熱，此蓄熱用于預熱后續(xù)進入的有機廢氣，從而節(jié)省廢氣升溫的燃料消耗。凈化效率高達98%，熱回收效率高達95%。

3.4 沸石轉(zhuǎn)輪+CO/RTO/RCO 處理設備工藝情況對比。

見表1。

表1 沸石轉(zhuǎn)輪+CO/RTO/RCO 處理設備工藝對比

4 6、7 號涂裝房沸石轉(zhuǎn)輪+CO 工藝處理設備方案設計

4.1 涂裝房工況參數(shù)和要求

見表2。

表2 某船廠6、7 號涂裝房工況參數(shù)和要求

4.2 6、7 號涂裝房沸石轉(zhuǎn)輪+CO 工藝的處理設備方案

（1）6、7 號涂裝房由各自廢氣主管道進入VOCs處理設備之前加裝進風氣動蝶閥，控制蝶閥的不同開關比例組合對應不同作業(yè)模式組合，如表3 所列。

表3 6、7 號房作業(yè)組合模式和對應風閥開關比例

（2）在值班人員操作界面設置7 種作業(yè)模式按鈕，根據(jù)6、7 號房油漆的實際作業(yè)狀態(tài)，選擇相應模式按鈕進行VOCs 設備運行。

4.3 沸石轉(zhuǎn)輪+CO 工藝處理設備在自動控制和系統(tǒng)安全方面的優(yōu)勢

（1）自動控制方面

此套控制系統(tǒng)采用西門子1215CPU 和Proface 觸摸屏控制，分為自動模式和手動模式：

① 自動模式下，只需直擊自動開機和自動關機，系統(tǒng)自動運行，在手動模式下，可點擊開啟單臺設備；

② 自動模式下，系統(tǒng)包括預熱狀態(tài)、噴漆狀態(tài)、空脫狀態(tài)和冷卻狀態(tài)：預熱狀態(tài)：涂裝房主閥關閉，預過濾頂部新風閥打開，風機、轉(zhuǎn)輪和燃氣加熱啟動，在40 分鐘后達到脫附溫度和催化溫度，系統(tǒng)自動進入噴漆狀態(tài)；噴漆狀態(tài)：涂裝房主閥打開，風機頻率加大，預過濾器頂部新風閥關閉，系統(tǒng)不斷降低涂裝房低濃度，大風量的VOCs 氣體經(jīng)吸風口粗濾和四級過濾后，被沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮，大部分潔凈空氣直接排入大氣中，少部分VOCs 氣體經(jīng)濃縮后輸送到催化燃燒換熱一體機內(nèi)催化氧化成CO2和H2O 排放在大氣中；空脫狀態(tài)：在油漆作業(yè)結(jié)束后，觀察入口濃度低于200 mg/m3時，操作人員在觸摸屏上點擊自動關機，系統(tǒng)進入空脫狀態(tài)，此過程是為了清潔轉(zhuǎn)輪；冷卻狀態(tài)：此過程是為了將設備降到一個安全溫度，所有設備全部關閉。

（2）系統(tǒng)安全方面

系統(tǒng)裝有溫度探頭、壓力傳感器、壓差傳感器實時監(jiān)測系統(tǒng)，確保系統(tǒng)安全聯(lián)鎖；所有溫度傳感器采用雙支熱電偶，在一支熱電偶損壞時系統(tǒng)會立即報警并切換至正常傳感器上使用；系統(tǒng)安裝了7 個壓差傳感器，可根據(jù)壓差傳感器判斷是否堵塞，并進行聯(lián)鎖控制。

系統(tǒng)操作簡單，只需一鍵開機和關機，并且按鈕在程序上做了防抖處理，減少人為操作失誤，有效保證了系統(tǒng)穩(wěn)定安全運行。

轉(zhuǎn)輪脫附溫度和催化室催化前溫度，均采用PID算法控制，保證溫度可控，有效保證系統(tǒng)安全。

系統(tǒng)與燃燒機實現(xiàn)安全聯(lián)鎖，有重大故障時燃燒機將故障傳給系統(tǒng)報警，有效保證系統(tǒng)穩(wěn)定安全運行。

5 效果和經(jīng)濟性分析

5.1 處理效果

見表4、表5。

表4 7 號房噴漆6 號房固化模式

表5 高濃度模式

從表4 和表5 的排放出口修正濃度數(shù)據(jù)來看，最高排放濃度不超過20 mg/m3，遠低于設備采購規(guī)格書要求的50 mg/m3。

5.2 經(jīng)濟性分析

（1）6、7 號涂裝房共用一套沸石轉(zhuǎn)輪+CO 工藝VOCs 處理設備，該設備造價同6、7 號房2 套蜂窩活性炭吸附+CO 工藝VOCs 處理設備基本一樣；但2 套蜂窩活性炭吸附+CO 工藝處理設備每半年需要更換一次活性炭，每年活性炭采購和危廢處理費用約為19.26萬元；一套沸石轉(zhuǎn)輪+CO 工藝VOCs 處理設備每年換新濾袋的費用約為2 萬元；更主要的是，沸石轉(zhuǎn)輪+CO 工藝VOCs 處理設備最高排放濃度不超過20 mg/m3且穩(wěn)定。而蜂窩活性炭吸附+CO 工藝VOCs 處理設備排放濃度不穩(wěn)定，且經(jīng)常超過120 mg/m3；

（2）一套沸石轉(zhuǎn)輪+CO 工藝VOCs 處理設備的造價約為330 萬元，因為6、7 號房共用一套設備，故節(jié)約一套VOCs 處理設備的造價330 萬元；

（3）相對2 套VOCs 處理設備，共用1 套VOCs設備的維保費用也會降低，值班人員的工作量也會減少。

6 結(jié)論

通過本文論述，說明對于2 個涂裝房大風量、低濃度（低于1000 mg/m3）VOCs 排放工況下，共用1 套沸石轉(zhuǎn)輪+CO 設備方案的可行性，并驗證了1 套沸石轉(zhuǎn)輪+CO 設備處理2 個涂裝房VOCs 的效果和經(jīng)濟性。