揮發(fā)性有機(jī)化合物 (Volatile Organic Compounds，簡稱VOCs)一般指沸點低于250℃的化學(xué)物質(zhì)，是*為常見的大氣污染物，包含鹵代烴、脂肪烴、芳香烴、有機(jī)酸、硫烴等。這些有機(jī)廢氣對動植物生產(chǎn)、人體健康以及環(huán)境質(zhì)量等均可造成極大的直接危害。VOCs在陽光照射下，與大氣中的氮氧化合物、碳?xì)浠衔锇l(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，引起光化學(xué)煙霧、酸雨、霾和氣候變化等一系列環(huán)境問題，這些揮發(fā)性有機(jī)廢氣在空氣中懸浮匯聚亦是導(dǎo)致PM2.5和PM10數(shù)值不斷上升的原因之一，因而如何削減這些揮發(fā)性污染物至關(guān)重要。
中國是印刷大國，據(jù)統(tǒng)計，具有較大規(guī)模的企業(yè)八萬多家，其中大部分油墨和涂布工業(yè)均采用油性涂料作為涂布液，因此導(dǎo)致每年產(chǎn)生的有機(jī)廢氣排放量高達(dá)幾十萬噸。這些VOCs的排放不僅對人的身體健康造成巨大的傷害，還是原料資源的極大浪費，導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)成本上升和經(jīng)濟(jì)效益下降。本文根據(jù)江蘇某材料包裝生產(chǎn)企業(yè)含VOCs廢氣的產(chǎn)排特征，采用了“三室RTO+熱能回收”處理工藝應(yīng)用于企業(yè)廢氣的末端處理，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益。
1產(chǎn)污環(huán)節(jié)
企業(yè)主要產(chǎn)品包括PET普通煙包轉(zhuǎn)移膜、OPP鐳射防偽轉(zhuǎn)移膜、PET鐳射防偽轉(zhuǎn)移膜等。項目涂布、烘干工段均在涂布機(jī)上進(jìn)行操作，該機(jī)由放卷、前放卷張力、糾偏系統(tǒng)、涂布頭、干燥箱(烘箱)、冷卻系統(tǒng)、后收卷糾偏、張力系統(tǒng)、收卷系統(tǒng)組成。涂布頭包括涂布網(wǎng)紋輥、背輥(壓輥)、刮刀、刮刀調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。涂布頭是涂布機(jī)的核心部分，涂布機(jī)的技術(shù)能力取決于涂布頭。加熱采用5段式電加熱，GSN熱風(fēng)循環(huán)，*高溫度140℃。安放在放卷裝置上的基膜(厚度12-18um)經(jīng)自動糾偏后進(jìn)入浮輥張力系統(tǒng)，調(diào)整前放卷張力后進(jìn)入涂布頭，調(diào)配好的涂料按涂布系統(tǒng)的設(shè)定進(jìn)行連續(xù)涂布，涂布后濕膜進(jìn)入干燥箱(烘箱)由熱風(fēng)進(jìn)行干燥，干燥后帶信息涂層的塑料薄膜經(jīng)冷卻系統(tǒng)冷輥定型后調(diào)整系統(tǒng)控制好張力、同時控制好收卷速度(80-100m/min)、使它與涂布速度同步，冷卻后的膜由糾偏系統(tǒng)自動糾偏使其保持在中心位置由收卷裝置進(jìn)行收卷。
生產(chǎn)過程中會有調(diào)配廢氣、涂布廢氣，烘干廢氣產(chǎn)生，主要含有乙酸乙酯、醋酸正丁酯、丁酮、丙二醇甲醚等有機(jī)污染物。方案采用了蓄熱式熱氧化爐來治理生產(chǎn)過程中的有機(jī)廢氣，并結(jié)合余熱回收利用設(shè)備，為企業(yè)開辟一條既環(huán)保又節(jié)能的處理工藝路線。
2設(shè)計要點
2.1風(fēng)量設(shè)計
車間調(diào)配區(qū)采用排風(fēng)罩收集進(jìn)行局部通風(fēng)，排風(fēng)罩設(shè)置在污染物上方，根據(jù)公式計算：Q=kphvx；式中：P-排風(fēng)罩口敞開面的周長，m；H-罩口至污染源距離，m；vx-污染物邊緣控制風(fēng)速；k-安全系數(shù)，一般取1.4。*終確定排放量Q1為1200m3/h。
項目對涂布機(jī)頭區(qū)域進(jìn)行密閉，并采用全面通風(fēng)，全面通風(fēng)量可根據(jù)換氣次數(shù)確定，即Q=nV，式中：n-換氣次數(shù)，1/h；V-通風(fēng)房間體積，m3。由于廠房內(nèi)空間潔凈度等級為7級，根據(jù)GB50073-2001規(guī)定，換氣次數(shù)為15～25次，方案選定n=20，排放量Q2為2400m3/h。
設(shè)備烘箱配有熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)及排放裝置，其排風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量Q=5000m3/h，故兩套生產(chǎn)線合計風(fēng)量Q3=10000m3/h。綜上所述，Q總=Q1+Q2+Q3=13600m3/h。考慮處理系統(tǒng)留有10％的操作余量，確定進(jìn)入RTO裝置的廢氣處理能力Q=15000m3/h。
2.2余熱回收系統(tǒng)
根據(jù)項目的實際運行情況，收集廢氣的主要污染物為乙酸乙酯溶劑，其濃度為4000mg/ m3，計算可知該股廢氣的熱值為365640kcal/h，維持RTO設(shè)備的自運行所需的能量為176023kcal/h，因此可通過換熱器等形式回收VOC氧化后的余熱用于涂布干燥用熱，從而實現(xiàn)設(shè)備煙氣排放余熱回收利用的目的，熱量平衡方程式如下：
其余熱回收經(jīng)濟(jì)效益計算公式如下：
189617(富余熱量)×0.7(系統(tǒng)綜合利用率)×24(h/d)×300(d/a)/8500(天然氣熱值)=112432(m3/a)；112432(m3/a)×3.65(元/ m3)=41(萬元/a)
上面計算中，效益將隨生產(chǎn)線的實際工作時間(年時基數(shù))變化而變化。
2.3主體設(shè)備參數(shù)
該企業(yè)廢氣中不含鹵素、氮、硫等元素，腐蝕性不強(qiáng)，因此焚燒爐殼體采用6mm厚的Q235B鋼板密封滿焊；蓄熱陶瓷體選用采用LANTECMLM180產(chǎn)品及抗硅填料混合而成，該填料在急熱急冷時具有很好的化學(xué)和物理穩(wěn)定性，還可以改善氣流分布。RTO燃燒室的設(shè)計溫度需要燃燒器來維持，項目采用進(jìn)口品牌霍尼韋爾低壓頭比例調(diào)節(jié)式天然氣燃燒器，雙電磁閥避免燃料不燃燒而進(jìn)入爐膛，同時其具有自動吹掃、自動點火、紫外線掃描儀火焰檢測、火焰燃燒狀況監(jiān)視等功能。設(shè)計主要參數(shù)如表2所示。
2.4控制系統(tǒng)
完善的自動控制，是安全生產(chǎn)的保障。項目采用DCS系統(tǒng)對RTO本體及熱能回收系統(tǒng)進(jìn)行自動控制。由于涉及多個功能區(qū)，一方面，各區(qū)域設(shè)備由于生產(chǎn)用能相互關(guān)聯(lián)；另一方面，設(shè)備又具有相對獨立的要求，導(dǎo)致各區(qū)域電控連鎖關(guān)系較為復(fù)雜，其控制要點如下：
(1)停機(jī)狀態(tài)。RTO原始狀態(tài)，超溫安全自動閥位置：密閉，煙氣不經(jīng)余熱換熱器；新風(fēng)系統(tǒng)原始狀態(tài)，新風(fēng)管路氣動閥：打開，新風(fēng)風(fēng)機(jī)啟動，新風(fēng)始終經(jīng)過余熱換熱器。
(2)運行狀態(tài)。RTO爐內(nèi)溫度＜850℃，超溫安全自動閥密閉；RTO爐內(nèi)溫度≥850℃，向DCS系統(tǒng)提供高溫信號，超溫安全自動閥(耐溫960℃)打開，高溫?zé)煔饨?jīng)過余熱換熱器。
(3)熱風(fēng)溫度過高(＞120℃)報警信號。出余熱換熱器后，熱風(fēng)回風(fēng)管上設(shè)一個溫度探頭。當(dāng)熱風(fēng)溫度高于120℃時，給RTO提供高溫報警信號，RTO超溫安全自動閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，減小經(jīng)過余熱換熱器的高溫?zé)煔饬俊?/div>
3運行效果
項目于2017年通過由環(huán)保三同時驗收，廢氣凈化系統(tǒng)出口的檢測結(jié)果見表3，結(jié)果表明經(jīng)處理后的各類廢氣污染因子均能達(dá)標(biāo)排放。
4經(jīng)濟(jì)分析
(1)RTO系統(tǒng)(包括爐體、余熱回收設(shè)備、新風(fēng)風(fēng)機(jī)等)總投資共計160萬元。
(2)RTO系統(tǒng)有新風(fēng)風(fēng)機(jī)一臺11kW/h，主引風(fēng)機(jī)一臺37kW/h，助燃風(fēng)機(jī)一臺3kW/h，吹掃風(fēng)機(jī)一臺5.5kW/h，控制柜耗電量為1.5kW/h；按每年工作7200h計算，每度電0.75元計算，共計：(58+11)kW/h×7200h×0.75元＝37萬元/年。
(3)系統(tǒng)正常運行后，余熱回收經(jīng)濟(jì)效益約為41萬元/年。
采用RTO氧化焚燒技術(shù)治理涂膜廢氣，現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)表明：非甲烷總烴排放限值滿足《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16297—1996)中表2二級標(biāo)準(zhǔn)，乙酸乙酯排放值低于《制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法》GB/T13201-91計算限值。RTO系統(tǒng)總投資共計160萬元，通過安裝煙氣余熱回收裝置，每年可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益約41萬元。該套設(shè)備的使用，不僅大大減少了VOCs的排放量，還具有良好的社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。
