浙江省印刷废气处理设施选择及工艺设计详解

杭州博尔环保科技有限公司博尔环保，专注VOCs防治领域十五年摘要对高浓度、溶剂种类单一的有机废气，如出版物凹版印刷、软包装复合工艺排放的甲苯、乙酸乙酯溶剂废气，宜采取冷凝或吸附浓缩冷凝回收法进行回收利用，烘干过程原则上应安装吸附浓缩冷凝回收等设备回收有机溶剂。使用溶剂型油墨（光油或胶水）的生产线，难以回收的调配、涂墨、上光、涂胶等废气宜采用吸附浓缩蓄热燃烧法处理，也可采用吸附浓缩催化燃烧法处理。——《浙江省印刷和包装行业挥发性有机物污染整治规范》浙江省包装印刷行业原辅料仍以溶剂型为主,VOCs废气收集、处理设施及运行管理亟待完善,主要排放污染因子为乙酸乙酯、异丙醇、乙醇、乙酸丙酯、乙酸丁酯等9种物质.经核算,浙江省包装印刷行业VOCs平均排放系数为0.485kg˙kg-1,其中溶剂型企业为0.689kg˙kg-1、水性企业为0.166kg˙kg-1,胶印、凹印、凸印、复合四类工艺的排放系数分别为0.391、0.634、0.447、0.531kg˙kg-1.——《浙江省包装印刷行业挥发性有机物排放特征及排放系数》一、工艺方案选择及说明方案一：吸附浓缩冷凝回收现阶段，可选择的吸附浓缩有两种工艺，转轮浓缩和活性炭吸附浓缩。1.1沸石转轮吸脱附+冷凝回收有机废气经预处理和初步冷凝回收后，进入浓缩转轮。浓缩转轮的核心是蜂巢状转轮，为一种特殊的吸附材——疏水性沸石，沸石对挥发性有机物的气体有高效率的吸附能力，VOCs废气通过转轮，沸石吸附VOCs并将干净气体排放至大气。被吸附之VOCs由脱附区利用高温脱附，脱附的气体为高浓度低流量浓缩废气，此浓缩废气再导入冷凝系统冷凝，可回收液态溶剂。1.2活性炭吸脱附+冷凝回收有机废气经预处理和初步冷凝回收后，进入活性炭吸附床。活性炭吸附床采用活性炭吸附材料－蜂窝状活性炭，其结构为多孔蜂窝状，具有孔隙结构发达，比表面积大，流体阻力小等优点。经过合理的布风，使其均匀地通过固定吸附床内的活性炭层的过流断面，在一定的停留时间，由于活性炭表面与有机废气分子间相互引力的作用产生物理吸附（又称范德华吸附），过程进行较快；吸附剂本身性质在吸附过程中不变化；吸附过程可逆；从而将废气中的有机成份吸附在活性炭的表面积，从而使废气得到净化，净化后的洁净气体通过风机及烟囱达标排放。当吸附床吸附饱和后,关闭吸附箱进出口阀门。打开蒸汽阀，过滤器、加热器及热风机对该吸附床脱附，产生的热风进入吸附床对活性炭进行脱附。脱附的气体为高浓度低流量浓缩废气，此浓缩废气再导入冷凝系统冷凝，可回收液态溶剂。1.3活性炭转轮吸脱附+冷凝回收同沸石转轮，其组成由沸石更换成活性炭。方案二：吸附浓缩+RTO蓄热式氧化吸附浓缩工艺同方案一RTO蓄热式氧化（三室型）达到饱和状态的吸附床应停止吸附，通过阀门切换进入脱附状态，过程如下：启动脱附风机、开启相应阀门和燃烧机，对RTO内部的燃烧室进行预热，同时产生一定量的热空气，当床层温度达到设定值时将热空气送入吸附床，沸石受热解吸出高浓度的有机气体，经脱附风机引入RTO燃烧床，进行高温明火燃烧，将有机成分转化为无毒、无害的CO2和H2O，同时释放出大量的热量，可维持燃烧所需的起燃温度，使废气燃烧过程基本不需外加的能耗（电能或气能），并将部分热量换热后回用于吸附床内沸石的解吸再生，从而大大降低了能耗。RTO（RegenerativeThermalOxidizer，蓄热室氧化器）主要包括蓄热室、氧化室、风机等，它通过蓄热室吸收废气氧化时的热量，并用这些热量来预热新进入的废气，从而有效降低废气处理后的热量排放，同时节约了废气氧化升温时的热量损耗，使废气在高温氧化过程中保持着较高的热效率（热效率95%左右），其设备安全可靠、操作简单、维护方便，运行费用低，VOCs去除率高。RTO的工作原理是：有机废气首先经过蓄热室预热，然后进入氧化室，加热升温到800℃左右，使废气中的VOCs氧化分解成CO2和H2O；氧化后的高热气体再通过另一个蓄热室热处理，然后烟气排出RTO系统。这个过程不断循环再生，每一个蓄热室都是在输入废气与排出处理过的气体的模式间交替转换。切换时间根据实际情况可以调整。具体处理工艺流程为：待处理有机废气经引风机进入蓄热室A的陶瓷介质层（该陶瓷介质“贮存”了上一循环的热量），陶瓷释放热量，温度降低，而有机废气吸收热量，温度升高，废气离开蓄热室后以较高的温度进入氧化室，此时废气温度的高低取决于陶瓷体体积、废气流速和陶瓷体的几何结构。在氧化室中，有机废气再由燃烧器补燃，加热升温至设定的氧化温度。使其中的有机物被分解成二氧化碳和水。由于废气已在蓄热室内预热，燃烧器的燃料用量大为减少。氧化室有两个作用：一是保证废气能达到设定的氧化温度，二是保证有足够的停留时间使废气中的VOC充分氧化，本工程设计停留时间大于1.0秒。蓄热室C：有机废气经引风机进入蓄热室C的陶瓷蓄热体（陶瓷蓄热体“贮存”了上一循环的热量，处于高温状态），此时，陶瓷蓄热体释放热量，温度降低，而有机废气吸收热量，温度升高，废气经过蓄热室C换热后以较高的温度进入氧化室。氧化室：经过陶瓷蓄热室C换热后的有机废气以较高的温度进入氧化室反应，使有机物氧化分解成无害的CO2和H2O，如废气的温度未达到氧化温度，则由燃烧器直接加热补偿至氧化温度，由于废气已在蓄热室C预热，进入氧化室只需稍微加热便可达到氧化温度（如果废气浓度足够高，氧化时则不需要天然气加热，靠有机物氧化分解放出的热量便可以维持自燃），氧化后的高温气体经过陶瓷蓄热体A排出。蓄热室A：氧化后的高温气体进入蓄热室A（此时陶瓷处于温度较低状态），高温气体释放大量热量给蓄热陶瓷A，气体降温，而陶瓷蓄热室A吸收大量热量后升温贮存（用于下一个循环预热有机废气），经风机作用气体由烟囱排入大气，排气温度比进气温度高约50℃左右。蓄热室B：陶瓷蓄热室B处于清扫状态，上一循环结束阀门切换时，阀门与陶瓷蓄热体B的底部之间存有少量废气，采用氧化室少量高温气体将其反吹到主风机进口端和有机废气一起进入陶瓷蓄热室C。第二次循环：废气由蓄热室A进入，则由蓄热室B排出，蓄热室C进行反吹清扫；第三次循环：废气由蓄热室B进入，则由蓄热室C排出，蓄热室A进行反吹清扫；——周而复始，更替交换；在废气源进口管路上，设置一只三通，各安装一只气动阀门，处理设备停机或出现故障时，直排阀门为常开状态。工作时，由生产现场或总控室发出指令，起动净化设备，并关闭直排阀，打开进气口阀门。处理装置上设定温度检测元件、风机风压检测、炉膛压力控制等装置，保证设备正常安全运行。二、工艺设备详解1、沸石转轮沸石浓缩转轮的主要成分为高硅铝比沸石的吸附剂，可利用沸石特定孔径对于半导体、汽车涂装及光电业主要有机污染物(IPA、Acetone、PGME、PGMEA)具高吸、脱附效率的特性，使原本具高风量、低浓度的VOC废气，经沸石浓缩转换成低风量、高浓度的废气，降低后端终处理设备的成本。燃烧处理后的热能将自动运用于蓄热室预热进入燃烧机的高浓度废气，以及用于提供脱附浓缩转轮污染物所需的热气。沸石转轮结构吸附VOC污染物所产生的压降相当低，可使风机所需之电力减到最少。由于处理浓缩后的风量仅为进入系统风量的5%到20%，因此可相对缩小焚化尺寸，以维持更低的燃料成本。浓缩倍率介于5倍到20倍之间时。废气VOC去除率能够达到90-95%。本项目要求VOC去除率为90%。每个转轮分为三个区：吸附区、脱附区、冷却区。每个区轮流执行各自的功能。在制作，安装时候保证每个区的密封。2、活性炭吸附床吸附箱采用碳钢制作，外涂油漆，内部装有一定量的活性炭，并设置高温检测装置，当含有机物的废气经风机的作用，经过活性炭吸附层（整齐堆放），有机物质被活性炭特有的作用力截留在其内部，洁净气体排出；经过一段时间后，活性炭达到饱和状态时，停止吸附，此时有机物已被浓缩在活性炭内；吸附箱体外壳采用碳钢t=2.5mm钢板制成，外部连续焊接，无气泡、夹渣等现象，整体美观；内装多层活性炭,相互之间间隔,同时密封不短路气流；内部循环管道：内部循环管道采用t=1.5mm碳钢板制作，折边卡口连接，整体美观，密封性能好，法兰采用螺栓连接；3、冷凝回收系统组成冷凝工艺通过将操作温度控制在有机溶剂的冷凝点以下，从而将有机污染物冷凝回收，减少后续吸附系统的压力。该法适用于饱和蒸汽压较低且浓度较高的有机物的回收。冷冻盐水冷凝系统主要由螺杆冷水机组（主要是由压缩机、蒸发器、冷凝器、冷冻配件、电控系统等组成）、冷却塔、冷却水泵、冷冻水箱、冷冻水泵、管路、阀门等单元组成。废气经收集系统管道进入本系统，经本系统降温压缩冷凝，致使废气中各组分温度降低，针对部分可回收组分冷凝点设置冷凝温度，致使其以液态或固态形式分离沉降。从而降低废气中污染物的浓度，减缓后续设备的运行压力。4、RTO组成1、氧化室整个室体内温度最高的部位，用于废气加温、氧化分解。壳体材质为碳钢板，外表面设加强筋，内衬耐火保温层；壳体良好密封，设检查门、温度检测、压力检测。炉体的外表温度为≤环境温度+25℃。2、蓄热室用于能量回用。由两个蓄热室组成，分别轮流进行蓄热、放热。炉蓖支撑陶瓷蓄热体及鞍环陶瓷，下部用多孔均风板吊住鞍环陶瓷，炉体材料碳钢，炉蓖支撑材料为碳钢。炉体的外表温度≤环境温度+25℃。3、炉体内保温炉体氧化室及蓄热室内保温采用耐火硅酸铝纤维，耐热≥1200℃，容重200kg/m3，氧化室及蓄热室高温区厚250mm，蓄热室低温区厚200mm。内保温共三层，其中含两层硅酸铝纤维毡及一层硅酸铝纤维模块。硅酸铝纤维模块内设置耐热钢骨架，用锚固件固定在炉体壳体上。耐火硅酸铝纤维外表面涂敷耐高温抹面。炉体设有泄压装置。炉体底部留有集液盘，用于收集冷凝水。4、陶瓷蓄热体及矩鞍环陶瓷蓄热体采用LANTEC产品，,比表面积≥680m2/m3，阻力小，热容量大0.22BTU/lb℉，耐温高可达1200℃，耐酸度≥99.5%，吸水率小于0.5%，压碎力大于4kgf/cm3，热胀冷缩系数小，为4.7×10-8/℃，抗裂性能好，寿命长。5、阀门主切换阀（风向快速切换阀）：由于风向快速切换阀性能的好坏对RTO设备的运行非常关键，因此系统中风向切换阀全部采用优质品牌阀门。选用的切换阀精度高，泄漏量小（≤1%），寿命长（可达100万次），启闭迅速（1s），运行可靠。阀本体材质均为碳钢。辅助风门：采用气动阀，泄漏量小（≤1%），启闭迅速（≤1s），运行可靠。气动阀门执行机构A、执行机构包括气缸电磁阀等，采用气动方式，气缸电磁阀、气动三联件等均为SMC品牌。气动执行机构压缩空气压力为0.4～0.6MPa，摆动角度为90°，扭矩20NM。B、气动阀均有阀位信号反馈。6、燃烧系统燃烧器采用优质品牌燃烧器，低压头比例调节式燃气燃烧器。能实现连续比例调节，燃料为天然气，高压点火，可适应多种情况。系统含助燃风机、高压点火变压器、比例调节阀、火焰探测器等。比例调节阀能根据炉膛所需的温度变化来调节其开度，节省燃料；燃料和助燃空气同步变化，稳定燃烧。火焰探测器时刻对燃烧器端口火焰进行感应，火焰安全继电器通过火焰探测器监测燃烧器火焰状况。火焰探测器采集火焰信号并显示在继电器模块上，燃烧火焰熄灭时，火焰探测器没有信号传递给火焰安全继电器，燃料管路电磁阀自动关闭切断燃料，保证燃烧器的安全。燃烧控制系统燃烧控制系统包括燃烧控制器、火焰检测器、高压点火器及相应的阀门组件。炉膛内高温传感器能反馈炉膛温度信息，控制燃烧器的供热能力，燃烧系统带有点火前的预吹扫、高压点火、熄火保护、超温报警和超温切断燃料供给等功能。燃烧室炉膛温度稳定在760℃左右，当炉膛温度超过825℃时，系统自动报警，超过870℃时，系统自动切断燃料供给，超过900℃时，超温保护器动作，也起到自动切断燃料供给作用，由过滤器压力传感器负压值信号控制送风机变频器，从而来控制调节送风风机风量。火焰探测器时刻对燃烧器火焰进行感应，正常燃烧时，火焰信号显示，当无火焰时供燃料管路电磁阀关闭状态；燃烧火焰熄灭时，供燃料管路电磁阀自动关闭切断燃料，起安全保护作用。7、风机选用优质品牌风机，防爆、耐温200℃、风冷式，风机电机为变频控制。高温防爆(上海德惠或同等),噪音低于85分贝，叶轮和蜗壳材料为16Mn，皮带轮传动组及皮带轮保护罩网眼不能通过手指，满足GB8196-87机械设备防护罩安全要求。8、过滤器板式过滤器，效率为中效（F5），大气层计数效率（