一套处理VOCs工艺在延峰彼欧汽车外饰系统有限公司的应用

夏春生 丁健翔

摘  要：介绍了延峰彼欧汽车外饰系统有限公司原始废气排放点、排放量，分析存在问题和改造必要性，阐述改造方案技术原理、工艺流程、主体设备及电气控制系统，根据在线仪表检测数据和第三方检测公司比对数据，达到国家规定的非甲烷总烃排放量不超过30 mg/m?排放标准。

关键词：挥发性有机化合物VOCs，浓缩转轮，RTO蓄热焚烧炉，控制模式

挥发性有机化合物VOCs是指在常压下，熔点低于室温而沸点在50-260 ℃的各种有机化合物[1]。室内空气中挥发性有机化合物浓度过高时很容易引起急性中毒，轻者会出现头痛、头晕、咳嗽、恶心、呕吐、或呈酩醉状;重者会出现肝中毒甚至很快昏迷，有的还可能有生命危险[2]。长期居住在挥发性有机化合物污染的室内，可损害肝脏和神经系统、引起全身无力、瞌睡、皮肤瘙痒等，有的还可能引起内分泌失调。延峰彼欧汽车外饰系统有限公司为响应国家环保要求，降低污染物排放總量，改善大气状况，从公司员工身体健康着想，对现有处理工艺和装备进行升级改造。介绍该公司原始废气排放点及排放量，分析存在问题和改造必要性，阐述改造方案技术原理、工艺流程、主体设备及电气控制系统，根据在线仪表检测数据和第三方检测公司比对数据，达到国家规定的非甲烷总烃排放量不超过30mg/m?排放标准。

1  现状

延峰彼欧汽车外饰系统有限公司是一家生产汽车配件的公司，生产过程中会产生挥发性有机化合物VOCs，原始高浓度废气 2800 mg/m?左右，风量为 23000 m?/h，设有一套2塔结构RTO蓄热焚烧系统，经过焚烧处理后进入烟囱排放。其他工艺段产生的低浓度废气通过风机直接排放，废气浓度150～250 mg/m?，废气量约25000 m?/h。低浓度废气收集统计表见表1。

2  存在问题及改造必要性

2.1 存在问题

原2塔结构RTO蓄热焚烧系统运行时间过久，设备老化严重，经常出现故障，排放瞬时不达标。原设计没有旁路处理设施，致使RTO蓄热焚烧系统出现问题而没有补救措施。其他工艺段产生的低浓度废气通过风机直接排放，不满足环保要求。

2.2  改造必要性

对工艺和装备进行升级改造，用3塔式RTO替换2塔式RTO，在进排气阀门切换时可避免尚未进入燃烧室氧化的废气不会被排出。低浓度废气需要收集汇合后也进行焚烧处理，达到国际规定的废气排放标准。

3  改造方案

3.1技术原理及工艺流程

该项目设计处理废气总量60000 m³/h，处理能力有10-15%的富裕量，其中收集维修间、清漆冷却、火焰喷房、点补车间、注塑车间、集中供料间、废溶剂回收间、危废间低浓度废气24595 m³/h，该部分气体经过过滤器去除漆雾颗粒，再通过RC沸石转轮，大部分废气中有机物被吸附在沸石分子筛中而成为洁净气体，通过烟囱进行高空排放;少部分废气通过高温换热器加热至脱附温度后（热源来自有机废气焚烧装置RTO内的高温洁净气体）进入RC沸石转轮的脱附区，对吸附在沸石分子筛中的有机物进行脱附再生处理而被“吹扫”出来，成为低风量、高浓度的气体，之后和原高浓度气体23000 m³/h混合后通过RTO主风机送入蓄热焚烧装置进行焚烧处理后而成为洁净气体，然后直接通过烟囱进行高空排放。紧急旁道设置活性碳箱，一旦RTO焚烧装置故障，高浓度废气经活性炭吸附后经风机达标排入烟囱。烟囱上设置在线监测装置，和江宁区环保局联网，接收环保局监督和考核。废气收集处理工艺流程图见图1。

3.1.1过滤系统

低浓度废气在进入沸石转轮之前，需要过滤去除废气中漆雾颗粒，防止沸石分子筛堵塞，延长沸石转轮的使用寿命。设置为三级过滤，均为标准袋式过滤器，每个过滤袋的标准过滤风量为 4000m³/h，为留有一定的余量，采用每级 9 个过滤袋，排列方式为3行3列。每级过滤袋设置数显式压差变送器，当过滤袋前后压力超出压力范围时，控制柜发出声光报警，提醒设备维保人员更换过滤袋。

3.1.2浓缩转轮系统

浓缩转轮分为吸附区、脱附区和冷却区，在各个区域内连续运转。含有 VOCs 的空气经过滤器送到浓缩转轮的吸附区被吸附剂（沸石材料）吸附，净化后的空气经吸附风机排入烟囱。吸附于浓缩转轮中的VOCs在脱附区经过热风脱附被“吹扫”出来，经RTO主风机送入蓄热焚烧装置。最后浓缩转轮在冷却区被冷却，冷却区的空气经过加热后作为脱附再生的空气使用，达到节能的效果。通过吸附→脱附→冷却→吸附的循环过程使得低浓度、大风量的挥发性有机废气浓缩成高浓度、小风量的气体。该项目采用1台日本NICHIAS品牌的SCB-2190- 40XM沸石转轮，最大可处理30000 m³/h，浓缩可达到10倍，浓缩后的风量3000 m³/h，浓度2000 mg/m?。

废气预热系统采用高温空气板式换热器，热对流换热方式，热量来源于RTO焚烧炉内的高温气体。设置温度在线监测仪，换热过程采用气动调节阀自动控制，加热后的脱附废气温度能够保持在 180～220 ℃之间，保证良好的脱附效果。

3.1.3 RTO蓄热焚烧炉

高浓度、转轮脱附后废气通过RTO主风机送入蓄热A室，蓄热A室将“蓄积”热量释放出来对废气进行加热，加热后进入氧化室进行燃烧处理，燃烧后的高温气体通过蓄热B室，将热量“储存”在蓄热B室，从而使燃烧后的洁净气体降低温度后直接排放，同时蓄热 C 室的吹扫阀门打开，将残留在C室未处理的废气引入RTO入口，再次进入RTO进行焚烧处理。一定周期后，蓄热A室进口阀门关闭，废气从蓄热B室进入，蓄热B室将上一次“蓄积”热量释放出来对废气进行加热，加热后进入氧化室进行燃烧处理，燃烧后的高温气体通过蓄热C室，将热量“储存”在蓄热C室，从而使燃烧后的洁净气体降低温度后直接排放，同时蓄热A室的吹扫阀门打开，将残留在A室未处理的废气引入RTO入口，再次进入RTO进行焚烧处理;下一个周期，蓄热B室进口阀门关闭，废气从蓄热C室进入，蓄热C室将上一次“蓄积”热量释放出来对原始废气进行加热，加热后进入氧化室进行燃烧处理，燃烧后的高温气体通过蓄热A室，将热量“储存”在蓄热A室，从而使燃烧后的洁净气体降低温度后直接排放，同时蓄热B室的吹扫阀门打开，将残留在B室未处理的原始废气引入RTO入口，再次进入 RTO 进行焚烧处理。如此循环往复，实现蓄热→放热→吹扫→蓄热的循环，可以大大地降低能源的消耗，RTO的热效率可达95%以上，额定浓度下处理效率≥99%。焚烧系统中温度维持在750℃～850℃，蓄热体的摆放充足，采用板片式陶瓷蜂窝蓄热材料MLM-180，尺寸305*305*102 mm，比表面积大于680 m²/m³，阻力小，耐温高达1200 ℃。

燃气燃烧器品牌MAXON，具备自动吹扫功能，防止燃烧室内有易燃易爆气体存在。具备自动点小火功能，保证主火点燃的安全和稳定。全程火焰监测，从点小火开始到系统停止，保证系统在安全下运行。自动转大火，系统输出4-20 mA信号，控制燃气阀为开度，从0位到100%输出，以保证精确的热量输出及温度调节。恒温控制比例燃烧，调节比大，保证快速升温均匀保温.具备故障报警功能，出现火焰检测、安全连锁等任何不满足条件下，关断阀会迅速切断气源，确保设备在安全下运行。

3.1.4烟囱

烟囱高度15 m，在合适位置设置气体取样口，引至监测小屋，小屋内设置在线检测仪表，数据和环保局联网。

4  电气自动控制系统

4.1控制系统简介

该项目配备独立的电气控制柜，控制系统充分考虑设备的成套性、通用性，保证系统的整体可靠性与其它系统的接口方便性。采用进口PLC程序控制器，具备设备工况监视、流程画面显示、参数显示、报警显示、自动连锁保护等功能，PLC 系统记录设备运行关键控制点的历史趋势线，数据存储 LOG 日志记录，保存时间可达6月以上。数据通讯接口预留有 10%余量。控制系统的主要元器件空气断路器、接触器、热继电器、中间继电器等选用西门子、ABB、施耐德等公司的产品。仪表电源、操作电源和控制系统电源分别供给，各电源回路均设计过载、短路保护及失电报警功能。

4.2 RTO焚烧炉主要控制模式

RTO焚烧炉是整个处理系统的核心设备，程序控制充分考虑到安全性和节能性，主要有以下几种模式。

1） 运行模式：在正常的运行模式时，高浓度废气和低浓度浓缩废气通过RTO主风机送入焚烧炉进行处理，然后进入烟囱高空排放;

2） 节能模式：当生产线设备负荷不稳定，废气源总量变化时，可以通过转轮吸附风机、RTO主风机变频功能，来适配废气量变化，降低运行成本。

3） 高温待机模式：当RTO燃烧室平均温度达到760 ?C（可设定），RTO就可以进入废气进行燃烧处理。若此时没有废气处理指令，RTO设备可处于高温待机模式，大大减少预热 RTO 的天然气能耗和电能耗。

4） 紧急模式：当RC浓缩转轮或 RTO系统出现故障的时候，原始废气旁通阀开启，主阀门关闭，原始废气经活性炭箱吸附后直接进入烟囱进行高空排放，废气处理设备进行相应的故障停机，同时发出声光报警，提醒设备维修人员检查处理。

5  改造效果及结论

项目改造完毕经过一段时间的运行，设备运行稳定可靠，控制系统动作灵敏可靠，没有发生误动作。烟囱取样口在线监测数据非甲烷總烃浓度一般在10-20 mg/m?波动，在国家规定的排放标准30 mg/m?以下。

结论：

项目改造采用的工艺设备及电气控制系统是稳定可靠的，废气处理后达标排放，达到项目改造前的预期。

参考文献

[1]  杨宁贵，VOCs的成因及治理方法探究，环境与发展，2019 （11） 16-17。

[2]  刘春晖，浅谈挥发性有机物（VOCs）污染控制技术，汽车实用技术，2020 （20） 244-246。

[3]  舒伟，程列鑫，李炳峰，余锡孟，室内空气中总挥发性有机化合物（TVOC）检测技术现状，2019 （04） 20-23。