1、VOCs廢氣處理簡介

　　金屬涂裝廢氣中VOCs的組分比較復雜，主要成分有：甲苯、二甲苯、醋酸乙脂、環己酮、丁酮、異丙醇、丁醇等，針對鋁涂裝含VOCs的廢氣處理，國內不少環保企業研發出多種設備及工藝，主要工藝方式有：

　1.1催化燃燒法

　　該法的工作原理是：利用廢氣中的VOCs在催化劑的作用下可以有效降低氧化轉化溫度的特點，在設備內增加催化劑作為觸媒來降低VOCs的氧化轉化溫度。

　　首先將廢氣通過外來熱源加熱到催化起燃最低溫度280℃導入到裝有催化劑的催化床層，使得含有VOCs的廢氣與催化劑充分接觸，并保持足夠的停留時間。被加熱后的VOCs依靠催化劑中的活性成分鉑Pt、鈀Pd的活性作用，使廢氣中的有機物轉化氧化為無害的水和二氧化碳從而達到凈化廢氣的目的。

　　該法的缺點是隨著設備使用周期的延長，催化劑的性能逐步降低，使得處理效果逐漸下降，同時存在二次維護費用較高，非甲烷總烴殘留量超標等缺點。

　　1.2熱力燃燒法

　　該法的工作原理是：利用廢氣中的VOCs在高溫下分子鏈容易被擊破產生氧化轉化的原理，直接采用外來熱源將含有VOCs的廢氣加熱到最低氧化轉化溫度750℃。

　　首先把含有VOCs的廢氣加熱到最低氧化轉化溫度750℃，并且停留足夠的分解時間，使廢氣中的VOCs充分轉化氧化為水和二氧化碳，從而達到凈化廢氣的目的。

　　且在合適的條件下可進行余熱利用，不僅凈化廢氣保護環境，同時余熱利用產生一定的經濟效益。

　　該方法適用于任何廢氣溫度的場合，廢氣VOCs濃度在中、高低的場合均能獲得較理想的處理效果，由于廢氣的裂解溫度高，燃料消耗較多，對于熱量不能充分利用的場合，造成運行成本高。

　　1.3活性炭(碳纖維)吸附脫附

　　該法的工作原理：利用活性炭(碳纖維)內部微孔的物理吸附作用，把廢氣中的VOCs吸附下來，從而達到凈化廢氣的目的。

　　由于活性炭吸附只是把VOCs吸附下來，并沒有把VOCs真正轉化為無害的物質，并且吸附到一定程度會達到飽和，所以必須進行脫附再生。

　　脫附的方法有飽和蒸汽脫附溶劑溶劑回收法、常壓過熱蒸汽脫附催化凈化法和直接催化燃燒熱空氣連續脫附。

　　采用活性炭吸附/脫附的方法適用于溫度<50℃且廢氣濃度<1,000mg/m3的場合。若廢氣溫度較高，有機物分子熱運動增強，則活性炭(碳纖維)的吸附效果明顯下降;廢氣濃度較高則活性炭(碳纖維)會迅速飽和，則必須采用連續脫附的方式。該法的缺點是對酮類物質可以吸附但是再生效果很差，活性炭容易飽和，相對凈化效率較底。

　　1.4蓄熱式熱力燃燒

　　其廢氣處理的原理和熱力燃燒方法相同。不同的是蓄熱式方法安裝了蓄熱材料代替了熱力燃燒方法的換熱器，由于蓄熱材料具有較大的傳熱面積和熱容量，所以依靠對廢氣進氣/排氣方向的不斷切換，從而使蓄熱材料不斷的吸收熱量和放出熱量，達到節能效果。

　　該方法的優點在于安裝了蓄熱材料有效提高了換熱效率，通常高達95%以上，遠高于普通熱交換器的60%以下的換熱效率，在較低的廢氣濃度時可達到最低的運行費用，廢氣濃度達到2g/m3即可實現無功運行，是目前國際通用且能源消耗最低的新型處理VCOs的工藝方法。

　　根據以上各種含VOCs廢氣的處理方法、原理并結合鋁涂裝行業的廢氣中VOCs的種類(苯類、酯類為主)、性質(有機物)、濃度(6g/m3)，結合國家最新標準GB16297-1996(二類地區)及廣東省地方標準廣東省地方標準《大氣污染物排放限值》DB44/27-2001(第一第二工藝段排放限值)要求，并考慮到未來國家可能進一步提高相關污染物排放要求將重要污染物排放標準提高10倍以上選擇工藝設備。

　　現行廣東省地方標準DB44/27-2001比國家標準GB16297-1996要求更高，因此應以廣東省DB44/27-2001標準執行。

　　通過對上述處理工藝進行比較，能夠處理6g/m3、能夠達到表格中的標準且排放濃度低于現行標準十倍以上的工藝僅有熱力燃燒及RTO，而RTO對比熱力燃燒更有能耗低的特點，非常適合24小時連續生產的鋁涂裝行業。因此，紅島實業(英德)有限公司做出了RTO方案及投資預算，經過良好的溝通，紅島公司毫不猶豫拍板敲定采用該工藝來處理鋁涂裝線的節能減排計劃。

　　2、RTO設備工作原理

　　160℃左右待處理有機廢氣進入蓄熱室1的陶瓷介質層(該陶瓷介質“儲存”了上一循環的熱量)，陶瓷釋放熱量，溫度降低，而有機廢氣吸收熱量，溫度升高，廢氣離開蓄熱室后以較高的溫度進入氧化室。

　　在氧化室中，有機廢氣再由燃燒器加熱升溫至設定的氧化溫度850℃，使其中的VOCs成分分解成二氧化碳和水。由于廢氣已在蓄熱室內預熱，燃料耗量大為減少。氧化室有兩個作用：一是保證廢氣能達到設定的氧化溫度，而是保證有足夠的停留時間使廢氣中的VOCs充分氧化，停留時間為1sec。

　　廢氣流經蓄熱室1升溫后進入氧化室氧化，成為凈化的高溫氣體后離開氧化室，進入蓄熱室2(在前面的循環中已被冷卻)，釋放熱量，降溫后排出，而蓄熱室2吸收大量熱量后升溫(用于下一個循環加熱廢氣)。處理后氣體離開蓄熱室2.

　　循環完成后，進氣與出氣閥門進行一次切換，進入下一個循環，廢氣由蓄熱室2進入，蓄熱室3排出。如此交替。

　　RTO氧化室抽取部分高溫氣體經換熱器加熱涂裝室廢氣自20℃升溫至400℃送入烘箱。830℃高溫煙氣降溫后返回氧化爐。

　　風機由變頻器控制，以適應不同的工況全自動運行。

　　4、節能經濟

　　4.1熱平衡計算

　　廢氣量50,000m³/h(26,000Nm³/h)，廢氣溫度160℃;溶劑排放150-400kg/h。

　　混合溶劑燃燒熱值：7,000kcal/kg。

　　廢氣中VOCs氧化產生的最大熱值為：Q1=450×7000=315×104kcal/h;考慮廢氣的去除率是99%，散熱損失5%，那么實際最大熱值為Q2=296×104kcal/h

　　RTO進出口溫差最小為50℃左右，則RTO系統正常運行需要的最小熱量：Q3=26000×0.31×50=41×104kcal/h

　　當Q2≥Q3，正常運行時不需要補充燃料。

　　則可理論余熱回收熱量：

　　Q4=Q2-Q3=255×104kcal/h

　　按余熱回收熱量250×104kcal/h考慮，返回熱風溫度420℃;新風溫度20℃。

　　則返回熱風量：19300Nm³/h。

　　總上所述，最高VOCs濃度時，RTO系統不用補充燃料，并回收余熱250萬kcal/hr。

　　4.2RTO工藝簡介

　　蓄熱式熱力焚化爐英文名為“RegenerativeThermalOxidizer”，簡稱“RTO”。是一種高效有機廢氣治理設備。原理是把有機廢氣加熱到760攝氏度以上，使廢氣中的VOCs被氧化分解成二氧化碳和少量的水蒸氣。氧化產生的高溫氣體流經特制的陶瓷蓄熱體，使陶瓷體升溫而“蓄熱”，此“蓄熱”用于預熱后續進入的有機廢氣。與傳統的催化燃燒、直燃式熱氧化爐(TO)相比，具有熱轉換效率高(≥95%)、運行成本低、能處理大風量低濃度廢氣等特點。

　　該法主要特點有：

　　(1)適用大風量，低濃度的有機廢氣處理。(5,000-100,000m³/h風量，有機廢氣濃度在100ppm-4,000ppm之間。)

　　(2)設備采用PLC程序控制，自動化程度高，適合長期運行。

　　(3)二室RTO的有機廢氣去除率在95%以上;三室RTO的有機廢氣去除率在99%以上。

　　(4)符合國家提倡的節能減排產業政策，是國外工業發達國家普遍采用的環保設備，與直燃式或催化焚燒爐相比，不僅節約能源90%以上，還可以大大減少溫室氣體的排放。

　　(5)應用廣泛，適用行業有：彩鋁、汽車、摩托車、印鐵制罐、彩鋼板、集成電路、化工、塑料、制藥行業的有機廢氣、惡臭、Nox、等廢氣的焚燒處理。

　　4.3RTO部件簡介

　　氧化室、蓄熱室、廢氣進出風室、陶瓷蓄熱體、燃燒系統、控制系統、風機、氣動閥門、新風過濾器箱、混合箱、換熱器、煙囪。

　　4.4RTO運行能耗測算

　　鋁涂裝行業廢氣中VOCs濃度一般為6g/m3，下面針對該廢氣源做熱平衡測算：

　　有機溶劑經過RTO凈化后可利用的熱量：

　　紅島實業(英德)有限公司新建2條多涂n印鋁涂裝線，設計按照零污染為基本原則，將所有烘箱排氣均接入RTO進行環保處理，按照設計要求配備50,000m3/h風量處理能力，廢氣濃度按照6g/m3(C8H10)估算如下：

　　RTO的換熱效率95%，氧化室溫度設定為850℃，廢氣溫度150℃，RTO排放溫度設定為t，則：

　　η=(850-t)/(850-150)=0.95,則RTO凈化后的排放溫度t=160℃

　　假設最終排放溫度為200℃，那么系統外排氣體中的熱量：Q1=77.5×104kcal/h

　　有機溶劑為：50000×6=300kg/h

　　VOCs平均熱值為10,000kcal/kg，那么廢氣中VOCs氧化后釋放熱量：

　　Q2=300×104kcal/h

　　考慮去除效率98%，那么有效氧化熱：Q3=300×104×98%=294×104kcal/h

　　考慮RTO系統5%散熱率，則：實際廢氣氧化熱Q4=0.95xQ3=279×104kcal/h

　　Q4>Q1

　　即RTO系統可實現無功運行，不消耗天然氣。

　　可利用能耗

　　則可余熱回收的熱量為Q5=Q4-Q1=201×104kcal/h

　　高溫850℃，新風20℃，最佳送入烘箱氣體溫度高于烘箱控制溫度150℃，即260+150=410℃，錯流熱交換最佳溫度差為150℃，則換熱后高溫850℃降低為510℃，則換熱器效率為：

　　?t=(?t1-?t2)÷ln(?t1÷?t2)=500℃

　　(0.31×500×m)÷(0.31×850×m)=58.8%

　　則可以為生產線提供的熱量為：

　　Q6=201×104×58.8%=118×104kcal/h

　　即不僅可以實現無功運行(不消耗天然氣，魔火偶爾運行)、解決生產線的環保問題，還能夠為生產線提供118萬kcal/h清潔的高溫熱量。

　　天然氣熱值8600kcal/m3，單價4元/m3，12小時工作制，年開機270個工作日，則年節約：

　　118×104÷8600×12×270×4=1775520元。

　　5、結論

　　金屬涂裝線外排廢氣采用蓄熱式焚燒工藝設備進行環保處理是非常合適和理想的，不僅處理效果優異，能夠完全達標排放，而且運行能耗最省，是金屬涂裝企業環保處理的最優選擇。