印刷涂裝行業(yè)VOCs廢氣RTO焚燒處理工藝設計VOCs(volatileorganiccompounds)指的是飽和蒸汽壓約>70Pa,沸點約<260℃的揮發(fā)性有機物質。當前，我國VOCs重點排放行業(yè)有石化、化工、工業(yè)涂裝、包裝印刷等，其過量排放會影響人的身體健康和環(huán)境質量，因此急需加強重點行業(yè)對于VOCs的綜合治理能力。本文通過10000NM3/h印刷涂裝行業(yè)VOCs廢氣進行RTO焚燒處理工藝設計，VOCs廢氣的初始濃度為500mg/m3,核心的處理工藝為3室RTO蓄熱燃燒，預處理為噴淋塔，最后達到了120mg/m3的排放要求，VOCs去除率為92.8%。經(jīng)過設計計算后主要的構筑物噴淋塔和RTO焚燒爐的大致尺寸分別為Φ1200mm14.56m2。該方法處理效果好，對VOCs去除率非常高、操作簡單、運行難度低、占地面積小、經(jīng)濟可行，通過分析計算，前期工程投資約為12萬元。關鍵詞：VOCs廢氣；RTO工藝；印刷涂裝行業(yè)第1章緒論 31.1項目背景 31.2涂裝印刷行業(yè)VOCS廢氣的特點 31.2.1印刷行業(yè)VOCs廢氣特點 31.2.2涂裝行業(yè)VOCs廢氣特點 31.3設計要求與設計內(nèi)容 41.3.1設計要求 41.3.2設計原則 41.3.3工程設計依據(jù)和設計原則 41.3.4設計內(nèi)容 4第2章工藝的比較及選擇 42.1常用的VOCs廢氣處理方法 42.1.1吸附法 42.1.2冷凝法 42.1.3燃燒法 42.1.4生物法 52.2工藝的選擇 82.2.1工藝的比較 62.2.2案例列舉 6第3章工藝流程及設計計算 73.1工藝流程圖 73.2主要構筑物的選擇 73.2.1集氣罩 73.2.2噴淋塔 73.2.3除霧器 73.2.4RTO焚燒爐 7 3.3主要構筑物的設計計算 8 83.3.2噴淋塔 8 3.3.4煙囪 3.3.5風管設計計算 3.3.6風機型號選擇 第4章工藝控制圖 4.1控制圖 第5章經(jīng)濟核算 5.1構筑物與設備總計 5.1.1構筑物參數(shù) 5.1.2設備投資 5.2經(jīng)濟分析 5.2.1構筑物及設備費用 5.2.1運行成本 第6章總結與展望 216.1總結 216.2展望 21 21.1項目背景控制技術的短板。當前，工業(yè)涂裝、石油化工業(yè)、包裝印刷等行業(yè)我國VOCs來，具有嚴重危害性。實際上，人們?nèi)绻L期處在含有較高濃度的苯類物質的VOCs廢氣中，就有可能發(fā)生致死性急性中毒和其他中毒情況。有些VOCs廢氣了40%到60%之間，而我國卻遠遠不到，僅不足20%。除此之外，治理技術VOCs廢氣的方法非常多，但是不同方法之間適用的差異大，不同行業(yè)之間選擇VOCs在日常環(huán)境中無處不在，不僅對環(huán)境要素造成損害還危害當代人的健1.2印刷涂裝行業(yè)VOCs廢氣的特點1.2.2涂裝行業(yè)VOCs廢氣特點涂裝行業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的VOCs廢氣主要是由于生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的如噴漆和烘干等不同的工位、工序的溶劑蒸發(fā)出去的有機物、噴涂時產(chǎn)生的噴漆霧和熱分解時產(chǎn)生的物質，其中主要是有機溶劑類污染物，例如苯類。由上述的不同的工位、工序排出VOCs的成分和濃度，隨著作業(yè)中的涂料種類和施工工藝等不同而根據(jù)設計原則選擇和設計一套合理的RTO工藝處理印刷涂裝行業(yè)的VOCs廢氣并能使該工藝連續(xù)穩(wěn)定地運行，使廢氣達到排放標準。設計過程中的原則：(1)遵守國家對環(huán)境保護制定的法規(guī)、標準以及規(guī)范。(2)根據(jù)RTO處理工藝，做到所用技術高效、處理效果好、安全可行，處理后達標準，并且占地小。(3)防止污水處理廠給周邊帶來二次污染。(4)為了減少工人成本和減輕操作管理，考慮到盡量自動化。(5)節(jié)約能源，降低投資成本。(6)盡量選擇使用壽命長的設備和新材料。《揮發(fā)性有機物無組織排放控制標準》(GB37822-2019)《工業(yè)涂裝工序大氣污染物排放標準》(DB33/2146-2018)《通用用電設備配電設計規(guī)范》(GB50055-93)《廢氣處理工程技術手冊》《大氣污染控制工程》《大氣污染控制工程設計手冊》本項目是對于風量為10000NM3/h的印刷涂裝行業(yè)VOCs廢氣采用三室RTO合理布置設備位置和控制點，最好能夠有所創(chuàng)新或改進在工藝流程和設備等方表1-1印刷涂裝行業(yè)VOCs廢氣特點行業(yè)VOCs濃度(mg/m3)印刷涂裝按照印刷涂裝行業(yè)的VOCs廢氣特點，將本設計vOCs廢氣濃度定為第2章工藝的比較及選擇吸附法是利用活性炭吸附劑對VOCs進行吸附去除污染物，活性炭在吸附完成后可再生，進行二次利用，充分發(fā)揮吸附劑的作用。其去除率隨吸附變化而變優(yōu)點：普適性高、易操作。缺點：不適用于高濃度、高溫高濕的氣體，體積大，工藝流程復雜，需定期冷凝法主要基于物理特性的方式對VOCs廢氣進行處理，是目前應用較為普遍、操作較為簡單的處理技術之一，原理是利用不同有機物在不同溫度下飽和度不同，使其凝結為液態(tài)后回收。其常作為前處理步驟協(xié)同其他技術一起使用，既能達到較好的經(jīng)濟效益，同時也有非常好的回收效果。優(yōu)點：可回收組分、效率高。缺點：耗能大、成本高、一般僅對高濃度廢氣有較好效果、有一定的局限性。燃燒法處理方法是將VOCs廢氣進行高溫燃燒處理后以無害無毒的形式排出，主要是利用直接燃燒去除VOCs和催化劑燃燒等方式進行的凈化方式。根據(jù)氧化、熱裂解和熱分解不同的作用機理，燃燒法還可分為以下3種燃燒法，具體區(qū)別與比較如下：優(yōu)點缺點使用范圍去除率低、設備簡單產(chǎn)生有害氣體、煙塵和熱輻射有害組分濃度較高或熱值較高廢氣溫度范圍熱回收效率高、節(jié)能、安全，不產(chǎn)生二次污染料消耗少。費用較高，有一定壽資較高。高濃度、小流量、低沸點低灰分有機廢限制少。95%及以上熱力燃燒法熱回收效率高，操作風量范圍大，系統(tǒng)彈性化高，或需外溫時可能產(chǎn)生二噁英或二氧化氮、運行費高。理，溫度范圍操作風量范圍較大。95%及以上中國石化在江蘇省某化工企業(yè)針對他們排放的VOCs廢氣，建設了1套從蓄本設計中根據(jù)VOCs廢氣濃度為500mg/m3,風量為10000NM3/h和排放標準等條件，選擇噴淋塔+RTO工藝。第3章工藝流程及設計計算集氣罩主要分為兩種類型一吸風罩和吹風罩。吸風罩的原理是通過吸風的方式來收集被污染的空氣，而通過吹吸氣流的方式來減少污染物擴散的則是吹吸式集氣罩。根據(jù)污染源與集氣罩的相對位置以及集氣罩與污染源密閉情況，還可將吸氣式集氣罩分為密閉集氣罩、柜式集氣罩、外部集氣罩和接受式集氣罩等。其中，封閉式集氣罩的優(yōu)點是所需排風量最小，控制效果最好，最重要的是室內(nèi)的橫向氣流對封閉式集氣罩幾乎無干擾，屬最經(jīng)濟有效的罩型。因此，大部分集氣罩設計時會優(yōu)先考慮密閉罩，另外，由于局部密閉罩在排風量和材料消耗方面更為經(jīng)濟，故本次設計考慮局部密閉罩。待處理的廢氣通過風管進入噴淋塔，經(jīng)過填料層，在填料層中廢氣和噴淋塔中的液體兩部分進行充分接觸反應，最常見的是發(fā)生中和反應，經(jīng)過填料層凈化后的廢氣往上進入除霧器經(jīng)過除霧器脫水后進入后面的處理工序。去除水汽和粉塵，使廢氣可進入后續(xù)凈化設備處理。3.2.4RTO焚燒爐RTO焚燒爐的原理是將廢氣加熱到700-800℃及以上后，廢氣中的VOCs被徹底氧化分解為無毒無害的二氧化碳和水，同時，氧化時會產(chǎn)生大量高溫的氣體，這些高溫氣體流經(jīng)布滿特殊陶瓷填料的蓄熱室，對蓄熱室的陶瓷填料加熱并保存廢氣，這樣既能提高處理效率，還能節(jié)省廢氣采暖的燃料消耗。為確保VOCs量后用來清潔蓄熱室。因此，本設計選用三室RTO焚燒爐。3.3主要構筑物的設計計算當H盡量小于或等于0.3L時，能避免受到橫向氣流的干擾。可設題中染源中心距離墻中心660mm,則污染源距墻邊為保證罩口吸氣速度均勻，集氣罩的擴張角a不應大于60°,本設計中取a為按《大氣污染控制工程》表13-4求得，水平管速度宜為16-18m/s。因此，Q=A×v=1.54×0.75×360A——罩口面積，m2;根據(jù)集氣罩計算表，吹風口半徑取0.35m;8——阻力系數(shù)；取0.04;v—-氣體流速；0.5~1.0m/s,本設計取0.75m/s;(1)VOCs在線監(jiān)測器1臺；液氣比一般在8~25L/m3之間，本設計選用L/G=8L/m3。按平均廢氣總風量G和速率v確定煙氣進口以上的塔內(nèi)徑：V——氣體流速，m/s,本設計為3m/s;吸收區(qū)反應的高度一般是5-15m,當塔內(nèi)流速為2.6m/s時，接觸反應的時間一般有2-5s。本設計取t=2s。(1)池液槽中漿液設計停留時間(t)吸收劑在池液槽內(nèi)的設計停留時間一般在4~8min,本設計選用t=5min。(2)池液槽容積(V)(3)池液槽內(nèi)徑(D)一般大于塔的內(nèi)徑(>5%),取D=3×1.2=3.6m(4)池液槽的高度(h)本設計選用三層噴淋層，三層之間的層間距取1.5m,單位噴淋層高度為1.5m。噴嘴布置采用矩陣式布置，本設計選用90°螺旋型噴嘴。因此每層主噴淋管上設3根支管，每根支管上分布3個噴嘴，可滿足設計要(1)干管設計計算漿液在干管內(nèi)流速一般為10~15m/s,取=10m/s,則干管直徑為(2)支管設計計算設每根支管的流速為2m/s,液體流量為12m/s裝置來沖洗除霧器，一般裝在塔的頂部。廢中殘余水分最高含量為100mg/m3,1m;除霧器上沿距煙道出口下沿應大于1m,本設計取1.1m。本設計中一級和二級除霧器的折板間距分別取50mm和25mm,葉片高度取193mm。氣體的平均流速為2~3m/s,本設計選用氣體流速為3m/s。(1)噴淋塔一座；(2)提升泵2臺，1用一備，型號見后表；(3)氣液分離器1臺；(4)除霧器1臺。3.3.3RTO焚燒爐Q?-—進入廢氣處理系統(tǒng)前的排氣流量，m3表3-1堇青石蜂窩陶瓷蓄熱體特點密度g/cm3堆積密度kg/m3最高使用溫度℃高的處理效率，為達到設計要求的效率，本設計停留時間取2s。表3-2風量、溫度、和停留時間的對應關系高于有機物自燃點溫度℃停留時間S12V=[Q×(273+Tc)/273]/600×Ts=[10000×(273+800)/273]/360×2Te——燃燒室溫度，℃,取800℃;TR——燃燒室溫度，K取1073k。3.RTO燃燒室高度H設RTO燃燒室高度H為1.5m4.RTO燃燒室寬度B設燃燒室的寬度B=2m5.RTO燃燒室長度L設蓄熱室的高度H=5m.根據(jù)設燃燒室的寬度B=2m,則蓄熱室的寬度B=2m假設RTO爐內(nèi)的溫度為800℃,進口溫度為30℃,熱效率為95%,出口溫度Q=1.005×1.293×10000×15.4=20VNG=200117.61÷36000=5.56N表3-3三室RTO工藝簡要操作程序室1室2室3循環(huán)1排出循環(huán)2排出循環(huán)3排出11.配置設備：(1)鼓風機2臺，一備一用；(2)密封吹掃風機1臺；(3)燃燒機助燃風機2臺，一備一用；(4)氣體流量在線監(jiān)測器1臺；(5)旋轉閥驅動1套；(6)氣體溫度在線監(jiān)測器1臺。To一煙氣進口溫度，℃,取95℃;煙速度存在最適值，氣出口速度宜在10m/s30m/s左右，因此這里取煙氣出口流速為10m/s,設當?shù)卮髿鈮毫?00KPa。則煙囪的出口內(nèi)徑d(1)煙氣的熱釋放率本設計中環(huán)境大氣溫度為25℃(衢州市年平均溫度),即298K,當?shù)卮髿鈮毫?00KPa,可知煙氣出口溫度為88.5℃,即361.5K,煙氣熱釋放率計算如(2)煙氣抬升高度計算當Q<1700kJ/s或者△T<35K時，煙氣抬升高度可由下式計算：△H=2(1.5VsD+0.01Qh)U=2×(1.5×10×0.85(3)煙囪幾何高度核算煙囪幾何高度算完后，需對煙囪幾何高度進行核算計算公式如下：△H一煙氣抬升高度，m;Po、Pb一分別為國家標準規(guī)定的濃度限值、環(huán)境背景濃度，g/m3;σz/σy一常數(shù)，一般取0.5-1。本設計取1;(4)煙囪的有效高度H=H,+△HHs一煙囪幾何高度，m;H—煙氣抬升有效高度，m;△H一煙氣抬升高度，m;這里取煙囪的有效源高為17m.(1)VOCs在線監(jiān)測器1臺；(2)氣體流量在線監(jiān)測器1臺。3.3.5風管設計計算取整后，管徑為600mm。D-—管道直徑，m;Q-—流體體積流量，m3/hλ-—摩擦阻力系數(shù)，根據(jù)《大氣污染控制工程設計手冊》取0.03;1-—風管長度，m,取10m;本設計選用QL-QW1W型號風機表3-1風機參數(shù)型號處理風量m3/h阻力(Pa)外型尺寸風口尺寸(mm)第4章工藝控制圖4.1控制圖開始循環(huán)1開始循環(huán)1循環(huán)2Y燃燒室燃燒Y停止N燃燒室燃燒室2吸熱N排出排出Y燃燒室燃燒循環(huán)3停止排出NNNNNNNNN第5章經(jīng)濟核算序號名稱型號規(guī)格(長寬高)總價(元)112噴淋塔1334煙囪151序號名稱型號總價(元)12213除霧器141526提升泵2815.2.1構筑物及設備費用購置表格設備所需要的成本：400+5500+68000+4200+4500+6700+3200+6700+1100+17600+392+119292≈120000(元)RTO運行300天/年，24h/天運行；電費1.2元/kw.h,天然氣費3.6元/m3,壓縮空氣費0.2元/m3(僅供參考)1.電耗：29.5×0.8×300×24×1.2=203904元/年；2.天然氣：58.4×0.25×300×24×3.6=378432元/年；3.壓縮空氣：4×0.2×300×24×0.2=1152元/年；估算其他工段系統(tǒng)運行總功率為20kw,得4.其他工段電耗為20×1.2×300×24×0.8=138240元/年；5.查資料得噴淋塔運行費用大約40000/年。由于整個系統(tǒng)由控制箱控制，只需一人操作即可，人工費1500每月，得6.人工費1500×12=18000元/年，7.加上折舊費維修費50000/年，合計：784728元/年.第6章總結與展望本設計采用三室RTO工藝處理印刷涂裝行業(yè)風量為10000Nm3/h的VOCs廢氣，核心的處理工序為RTO蓄熱燃燒，預處理為噴淋塔，經(jīng)過預處隨之通過RTO焚燒爐的進一步處理，使得經(jīng)過處理過后的VOCs廢氣符合排放爐的大致尺寸分別為Φ1200mm×5000mm和φ24000mm×5000mm,占地面積為不高需要12萬元，而RTO后期運行的費用較高，使得整個工藝后期運行將近達到80萬遠。但本設計采用的設備及材料使用壽命偏長，且該工藝對VOCs廢氣處理效果很好，能達到99.9%以上，長期運行下來會有很大經(jīng)濟效益。6.2展望趨嚴重和污染范圍的逐步擴大，社會對VOCs污染治理工作的關注度從而正面推動了VOCs處理技術發(fā)展，發(fā)展出了各有千秋VOCs廢氣治理技術。而越來越嚴格的VOCs排放標準，也從另一方面加快了VOCs污染處理技術發(fā)益。同時，時建設環(huán)境友好型社會，能夠給人類創(chuàng)造一個更好的環(huán)境，還能提高我國綜合國力，這對于全世界的環(huán)境可持續(xù)發(fā)展來說有著積極的現(xiàn)實意義。[1]李其峰，董云川，董明媛包裝印刷行業(yè)VOCs治理技術探討[A].科技創(chuàng)新與[2]陳曉，陶國建，黃旭工業(yè)VOCs廢氣治理工藝探討[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2021(2):91-92.[3]余成洲，張賢明，張春媚可揮發(fā)性有機化合物廢氣治理技術及其新進展[A].重慶工商大學學報(自然科學版),2009,26(1):35-39.[4]李瑞雪，史風華，王文文淺談化工行業(yè)VOCs治理技術及適用范圍[J].廣東化工，2020,47(21):119-133.[5]曾人寬有機廢氣治理技術及其研究進展[A].資源與環(huán)境，2020,46(12):156-157.[6]陳麗化工行業(yè)VOCs廢氣處理技術綜述[A].河南化，2018,35(1):3-6.[7]李月企業(yè)有機廢氣處理研究進展[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2018(3)