國內(nèi)典型造船廠涂裝房VOCs收集處理方案簡析

袁皓月

摘 要：國內(nèi)造船廠對VOCs收集處理的解決方案上提出了不同方向的意見，本文對主流的三種方案從運(yùn)行原理、各自的優(yōu)劣勢進(jìn)行了簡要的分析。

關(guān)鍵詞：揮發(fā)性有機(jī)化合物;船舶制造;吸附;涂裝;活性炭;沸石滾輪

中圖分類號：U673.38? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）10-0129-02

國家頒布的《環(huán)境保護(hù)法》和《大氣污染防治法》要求各企業(yè)要從源頭開始對VOCs進(jìn)行管制，在生產(chǎn)過程和后排放管理等各方面進(jìn)行全系統(tǒng)無遺漏的控制。目前，17個省份已經(jīng)就如何進(jìn)行VOCs排放收取費(fèi)用出臺了相關(guān)政策。VOCs的減排能力和環(huán)保高效生產(chǎn)能力正在成為我國各制造型企業(yè)的核心競爭力、甚至成為部分企業(yè)生死存亡的頭等大事。

國家頒布的“VOCs十三五整改方案”中，主要從使用的涂料、各種涂裝工藝、廢氣排放處理等三方面對造船行業(yè)提出相關(guān)要求。本文以周邊船廠為例，主要從廢氣收集與處理的角度進(jìn)行簡要分析。

1背景

案例中的船廠每個噴漆房設(shè)計風(fēng)量40000m3/h，其中每兩個噴漆房合用一套40000m3/h處理量的活性炭吸附+催化燃燒脫附廢氣處理裝置，廢氣排放時經(jīng)初步檢測未能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，目前存在的問題：

（1）噴漆房過濾器未能全部過濾油漆霧，導(dǎo)致活性炭表面附著油漆，在吸附過程中造成氣流不暢通風(fēng)壓增大;

（2）因活性炭附著油漆，為避免活性炭起火，脫附過程中溫度只能設(shè)定在110度以下，催化室溫度過低，脫附效果不佳;

（3）由于采用物理性吸附，故隨操作時間之增加，吸附劑將逐漸趨于飽和現(xiàn)象，此時則須進(jìn)行脫附再生或吸附劑更換工作。目前設(shè)備活性炭脫附不完全，致使活性炭吸附能力快速下降，吸附的效果變差，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)一段時間后排放數(shù)值逐漸升高。

2廢氣排放數(shù)據(jù)

在涂裝車間不同工況運(yùn)轉(zhuǎn)時，廢氣排放口收集的排放濃度為30～65mg/m?不等，對照《船舶工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的標(biāo)準(zhǔn)：VOCs排放濃度≤50mg/m?（各類污染物排放限值見表1）。在車間滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，噴涂時的排放沒有達(dá)到預(yù)期效果，目前該車間采用降低噴涂工作量的方式使得排放濃度達(dá)標(biāo)。

3整改方案選擇

3.1增加前置濾器+加大吸附箱數(shù)量

為了避免顆粒及油漆霧進(jìn)入到吸附凈化裝置系統(tǒng)，確保吸附處理系統(tǒng)的氣源干凈、干燥。該方案采用了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)制成的金屬構(gòu)架，內(nèi)部添加過濾材料。過濾材料為DPA油漆過濾器，由鍍鋅框架，內(nèi)夾復(fù)合袋式多孔吸附油漆材料制作，每塊DPA油漆過濾器最大能吸附20kg漆霧顆粒，可以對廢氣中的固體顆粒雜質(zhì)進(jìn)行攔截，使后續(xù)活性炭吸附更加充分。

由于目前吸附箱過小，導(dǎo)致活性炭過濾面積不足，該方案需增加2個吸附箱，增加吸附和脫附時間。由于進(jìn)入吸附箱的待處理空氣已經(jīng)經(jīng)過了過濾，使得脫附溫度可以提高到110～120度，并選用800g/kg左右的鈀（貴金屬）作為催化劑，使得活性炭脫附徹底，提高活性炭使用壽命。該方案還需增加溫度檢測以及惰性氣體滅火系統(tǒng)，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。

3.2采用活性炭纖維代替目前活性炭顆粒

該方案的與第一套方案的主要區(qū)別為用活性炭纖維代替活性炭顆粒。該方案將活性炭纖維制作成圓筒狀，在用活性炭纖維量罐的內(nèi)部，留有一定的空間，以確保均勻的空氣分布，氣流組織為垂直流，即氣流通過炭纖維的結(jié)構(gòu)組織層，使其強(qiáng)大的微孔結(jié)構(gòu)充分利用，在實際應(yīng)用設(shè)計過程中，通過增加其厚度，達(dá)到更好的凈化效率，凈化效率預(yù)計達(dá)到95%以上。其他改造流程與方案一一致，目前這種方案使用較少。

3.3沸石轉(zhuǎn)輪+RTO方案

該方案采用“漆霧預(yù)過濾+沸石分子篩轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+蓄熱式氧化爐RTO”組成系統(tǒng)的工藝進(jìn)行涂裝廢氣處理，整個系統(tǒng)分為5個流程（原理圖見圖1）。

（1）氣體初步過濾流程：車間噴漆廢氣經(jīng)車間漆霧過濾器將占比較大的大顆粒漆霧進(jìn)行初步收集，另設(shè)三或四級預(yù)處理裝置，使得廢氣中的顆粒物得到再次過濾。

（2）氣體吸附的流程：廢氣在引風(fēng)機(jī)作用下經(jīng)過管道進(jìn)入沸石分子篩轉(zhuǎn)輪，當(dāng)廢氣流經(jīng)轉(zhuǎn)輪后，其中的VOCs氣體分子吸附到分子篩微孔道表面當(dāng)中，其余的氣體隨之排除， 這部分氣體便得以凈化，凈化后的氣體可以通過煙囪達(dá)標(biāo)排放。

（3）氣體脫附的流程：VOCs氣體分子被分子篩吸附后，被送至轉(zhuǎn)輪的脫附區(qū)，由高溫氣體（190～220℃）進(jìn)行反向脫附，經(jīng)過脫附處理后的氣體變成了高濃度低風(fēng)量氣體，由被風(fēng)機(jī)送至RTO進(jìn)行焚燒處理，變?yōu)闊o害的二氧化碳和水，脫附所用的熱風(fēng)來源于RTO一小部分熱量。

（4）冷卻氣體流程：轉(zhuǎn)輪設(shè)置有冷卻區(qū)域，使得吸附溫度不會高于40℃，以確保維持較高的吸附效率。隨著轉(zhuǎn)輪持續(xù)轉(zhuǎn)動，吸附動作、脫附動作、冷卻系統(tǒng)循環(huán)不斷工作，確保廢氣處理高效持續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)。

（5）蓄熱燃燒環(huán)節(jié)：脫附出來的高濃度有機(jī)廢氣通過RTO氧化室高溫區(qū)使廢氣中的VOCs燃燒分解后變成了二氧化碳和水，高溫氣體的熱量被氧化陶瓷蓄熱“存儲起來”用于預(yù)熱新進(jìn)入的有機(jī)廢氣，從而節(jié)省了燃燒能源，有效地節(jié)約了成本。

4 三種方案優(yōu)劣勢對比

4.1“增加前置濾器+加大吸附箱數(shù)量”方案

優(yōu)勢：初期投入成本低，與現(xiàn)有設(shè)備兼容，改造難度小。

劣勢：需增加的活性炭箱及相關(guān)設(shè)施空間占用面積大，利用現(xiàn)有空間內(nèi)很難布置;前置濾器如對漆霧捕捉不完全，活性炭箱仍有起火風(fēng)險。

4.2“采用活性炭纖維代替目前活性炭顆?！狈桨?/p>

優(yōu)勢：活性炭纖維吸附效率高，后期維護(hù)成本較低。

劣勢：活性炭纖維在吸附容納能力遠(yuǎn)不如活性炭顆粒，使得該方案的吸附材料飽和較快，需增加比方案一數(shù)量更多的吸附箱，來保證吸附效果;活性炭纖維與目前碳纖維顆粒所使用的吸附箱結(jié)構(gòu)不同，需重新制作，初期投入大;另外，活性炭纖維也存在漆霧附著后起火風(fēng)險。

4.3“沸石轉(zhuǎn)輪+RTO方案”方案

優(yōu)勢：該方案徹底解決了活性炭起火風(fēng)險問題;可對廢氣進(jìn)行直接燃燒，較前兩種方案相比，燃燒最充分。

劣勢：該方案設(shè)備投入成本為三種方案中最高;對于VOCs濃度變化較大的涂裝房來說，在濃度低于燃燒濃度時需用天然氣輔助燃燒，運(yùn)行成本非常高;在運(yùn)行過程中需不斷保持設(shè)備燃燒運(yùn)轉(zhuǎn)，一旦停止運(yùn)轉(zhuǎn)再次啟動需要較長啟動時間以及較高的燃?xì)赓M(fèi)用。

5結(jié)論

國內(nèi)絕大部分造船廠在VOCs收集處理解決方案上一直在不斷探索，真正實施落地并運(yùn)轉(zhuǎn)良好的并不多見。三種方案各有利弊，各家企業(yè)可以根據(jù)自身情況選擇相應(yīng)解決對策，盡早將VOCs處理方案提上議事日程。

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