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 金屬涂裝廢氣中VOCs的組分比較復(fù)雜，主要成分有：甲苯、二甲苯、醋酸乙脂、環(huán)己酮、丁酮、異丙醇、丁醇等，針對鋁涂裝含VOCs的廢氣處理，國內(nèi)不少環(huán)保企業(yè)研發(fā)出多種設(shè)備及工藝，主要工藝方式有：

1.1催化燃燒法

該法的工作原理是：利用廢氣中的VOCs在催化劑的作用下可以有效降低氧化轉(zhuǎn)化溫度的特點(diǎn)，在設(shè)備內(nèi)增加催化劑作為觸媒來降低VOCs的氧化轉(zhuǎn)化溫度。

首先將廢氣通過外來熱源加熱到催化起燃最低溫度280℃導(dǎo)入到裝有催化劑的催化床層，使得含有VOCs的廢氣與催化劑充分接觸，并保持足夠的停留時(shí)間。被加熱后的VOCs依靠催化劑中的活性成分鉑Pt、鈀Pd的活性作用，使廢氣中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化氧化為無害的水和二氧化碳從而達(dá)到凈化廢氣的目的。

該法的缺點(diǎn)是隨著設(shè)備使用周期的延長，催化劑的性能逐步降低，使得處理效果逐漸下降，同時(shí)存在二次維護(hù)費(fèi)用較高，非甲烷總烴殘留量超標(biāo)等缺點(diǎn)。

1.2熱力燃燒法

該法的工作原理是：利用廢氣中的VOCs在高溫下分子鏈容易被擊破產(chǎn)生氧化轉(zhuǎn)化的原理，直接采用外來熱源將含有VOCs的廢氣加熱到最低氧化轉(zhuǎn)化溫度750℃。

首先把含有VOCs的廢氣加熱到最低氧化轉(zhuǎn)化溫度750℃，并且停留足夠的分解時(shí)間，使廢氣中的VOCs充分轉(zhuǎn)化氧化為水和二氧化碳，從而達(dá)到凈化廢氣的目的。

且在合適的條件下可進(jìn)行余熱利用，不僅凈化廢氣保護(hù)環(huán)境，同時(shí)余熱利用產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。

該方法適用于任何廢氣溫度的場合，廢氣VOCs濃度在中、高低的場合均能獲得較理想的處理效果，由于廢氣的裂解溫度高，燃料消耗較多，對于熱量不能充分利用的場合，造成運(yùn)行成本高。

1.3活性炭（碳纖維）吸附脫附

該法的工作原理：利用活性炭（碳纖維）內(nèi)部微孔的物理吸附作用，把廢氣中的VOCs吸附下來，從而達(dá)到凈化廢氣的目的。

由于活性炭吸附只是把VOCs吸附下來，并沒有把VOCs真正轉(zhuǎn)化為無害的物質(zhì)，并且吸附到一定程度會達(dá)到飽和，所以必須進(jìn)行脫附再生。

脫附的方法有飽和蒸汽脫附溶劑溶劑回收法、常壓過熱蒸汽脫附催化凈化法和直接催化燃燒熱空氣連續(xù)脫附。

采用活性炭吸附/脫附的方法適用于溫度<50℃且廢氣濃度<1,000mg/m3的場合。若廢氣溫度較高，有機(jī)物分子熱運(yùn)動增強(qiáng)，則活性炭（碳纖維）的吸附效果明顯下降；廢氣濃度較高則活性炭（碳纖維）會迅速飽和，則必須采用連續(xù)脫附的方式。該法的缺點(diǎn)是對酮類物質(zhì)可以吸附但是再生效果很差，活性炭容易飽和，相對凈化效率較底。

1.4蓄熱式熱力燃燒

其廢氣處理的原理和熱力燃燒方法相同。不同的是蓄熱式方法安裝了蓄熱材料代替了熱力燃燒方法的換熱器，由于蓄熱材料具有較大的傳熱面積和熱容量，所以依靠對廢氣進(jìn)氣/排氣方向的不斷切換，從而使蓄熱材料不斷的吸收熱量和放出熱量，達(dá)到節(jié)能效果。

該方法的優(yōu)點(diǎn)在于安裝了蓄熱材料有效提高了換熱效率，通常高達(dá)95%以上，遠(yuǎn)高于普通熱交換器的60%以下的換熱效率，在較低的廢氣濃度時(shí)可達(dá)到最低的運(yùn)行費(fèi)用，廢氣濃度達(dá)到2g/m3即可實(shí)現(xiàn)無功運(yùn)行，是目前國際通用且能源消耗最低的新型處理VCOs的工藝方法。

根據(jù)以上各種含VOCs廢氣的處理方法、原理并結(jié)合鋁涂裝行業(yè)的廢氣中VOCs的種類（苯類、酯類為主）、性質(zhì)（有機(jī)物）、濃度（6g/m3），結(jié)合國家最新標(biāo)準(zhǔn)GB16297-1996（二類地區(qū)）及廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《大氣污染物排放限值》DB44/27-2001（第一第二工藝段排放限值）要求，并考慮到未來國家可能進(jìn)一步提高相關(guān)污染物排放要求將重要污染物排放標(biāo)準(zhǔn)提高10倍以上選擇工藝設(shè)備。

現(xiàn)行廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)DB44/27-2001比國家標(biāo)準(zhǔn)GB16297-1996要求更高，因此應(yīng)以廣東省DB44/27-2001標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

通過對上述處理工藝進(jìn)行比較，能夠處理6g/m3、能夠達(dá)到表格中的標(biāo)準(zhǔn)且排放濃度低于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)十倍以上的工藝僅有熱力燃燒及RTO，而RTO對比熱力燃燒更有能耗低的特點(diǎn)，非常適合24小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)的鋁涂裝行業(yè)。因此，紅島實(shí)業(yè)（英德）有限公司做出了RTO方案及投資預(yù)算，經(jīng)過良好的溝通，紅島公司毫不猶豫拍板敲定采用該工藝來處理鋁涂裝線的節(jié)能減排計(jì)劃。

2、RTO設(shè)備工作原理

160℃左右待處理有機(jī)廢氣進(jìn)入蓄熱室1的陶瓷介質(zhì)層（該陶瓷介質(zhì)“儲存”了上一循環(huán)的熱量），陶瓷釋放熱量，溫度降低，而有機(jī)廢氣吸收熱量，溫度升高，廢氣離開蓄熱室后以較高的溫度進(jìn)入氧化室。

在氧化室中，有機(jī)廢氣再由燃燒器加熱升溫至設(shè)定的氧化溫度850℃，使其中的VOCs成分分解成二氧化碳和水。由于廢氣已在蓄熱室內(nèi)預(yù)熱，燃料耗量大為減少。氧化室有兩個(gè)作用：一是保證廢氣能達(dá)到設(shè)定的氧化溫度，而是保證有足夠的停留時(shí)間使廢氣中的VOCs充分氧化，停留時(shí)間為1sec。

廢氣流經(jīng)蓄熱室1升溫后進(jìn)入氧化室氧化，成為凈化的高溫氣體后離開氧化室，進(jìn)入蓄熱室2（在前面的循環(huán)中已被冷卻），釋放熱量，降溫后排出，而蓄熱室2吸收大量熱量后升溫（用于下一個(gè)循環(huán)加熱廢氣）。處理后氣體離開蓄熱室2.

循環(huán)完成后，進(jìn)氣與出氣閥門進(jìn)行一次切換，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)，廢氣由蓄熱室2進(jìn)入，蓄熱室3排出。如此交替。

RTO氧化室抽取部分高溫氣體經(jīng)換熱器加熱涂裝室廢氣自20℃升溫至400℃送入烘箱。830℃高溫?zé)煔饨禍睾蠓祷匮趸癄t。

風(fēng)機(jī)由變頻器控制，以適應(yīng)不同的工況全自動運(yùn)行。

4、節(jié)能經(jīng)濟(jì)

4.1熱平衡計(jì)算

廢氣量50,000m³/h（26,000Nm³/h），廢氣溫度160℃；溶劑排放150-400kg/h。

混合溶劑燃燒熱值：7,000kcal/kg。

廢氣中VOCs氧化產(chǎn)生的最大熱值為：Q1=450×7000=315×104kcal/h；考慮廢氣的去除率是99%，散熱損失5%，那么實(shí)際最大熱值為Q2=296×104kcal/h

RTO進(jìn)出口溫差最小為50℃左右，則RTO系統(tǒng)正常運(yùn)行需要的最小熱量：Q3=26000×0.31×50=41×104kcal/h

當(dāng)Q2≥Q3，正常運(yùn)行時(shí)不需要補(bǔ)充燃料。

則可理論余熱回收熱量：

Q4=Q2-Q3=255×104kcal/h

按余熱回收熱量250×104kcal/h考慮，返回?zé)犸L(fēng)溫度420℃；新風(fēng)溫度20℃。

則返回?zé)犸L(fēng)量：19300Nm³/h。

總上所述，最高VOCs濃度時(shí)，RTO系統(tǒng)不用補(bǔ)充燃料，并回收余熱250萬kcal/hr。

4.2RTO工藝簡介

蓄熱式熱力焚化爐英文名為“RegenerativeThermalOxidizer”，簡稱“RTO”。是一種高效有機(jī)廢氣治理設(shè)備。原理是把有機(jī)廢氣加熱到760攝氏度以上，使廢氣中的VOCs被氧化分解成二氧化碳和少量的水蒸氣。氧化產(chǎn)生的高溫氣體流經(jīng)特制的陶瓷蓄熱體，使陶瓷體升溫而“蓄熱”，此“蓄熱”用于預(yù)熱后續(xù)進(jìn)入的有機(jī)廢氣。與傳統(tǒng)的催化燃燒、直燃式熱氧化爐（TO）相比，具有熱轉(zhuǎn)換效率高（≥95%）、運(yùn)行成本低、能處理大風(fēng)量低濃度廢氣等特點(diǎn)。

該法主要特點(diǎn)有：

（1）適用大風(fēng)量，低濃度的有機(jī)廢氣處理。（5,000-100,000m³/h風(fēng)量，有機(jī)廢氣濃度在100ppm-4,000ppm之間。）

（2）設(shè)備采用PLC程序控制，自動化程度高，適合長期運(yùn)行。

（3）二室RTO的有機(jī)廢氣去除率在95%以上；三室RTO的有機(jī)廢氣去除率在99%以上。

（4）符合國家提倡的節(jié)能減排產(chǎn)業(yè)政策，是國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家普遍采用的環(huán)保設(shè)備，與直燃式或催化焚燒爐相比，不僅節(jié)約能源90%以上，還可以大大減少溫室氣體的排放。

（5）應(yīng)用廣泛，適用行業(yè)有：彩鋁、汽車、摩托車、印鐵制罐、彩鋼板、集成電路、化工、塑料、制藥行業(yè)的有機(jī)廢氣、惡臭、Nox、等廢氣的焚燒處理。

4.3RTO部件簡介

氧化室、蓄熱室、廢氣進(jìn)出風(fēng)室、陶瓷蓄熱體、燃燒系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)、氣動閥門、新風(fēng)過濾器箱、混合箱、換熱器、煙囪。

4.4RTO運(yùn)行能耗測算

鋁涂裝行業(yè)廢氣中VOCs濃度一般為6g/m3，下面針對該廢氣源做熱平衡測算：

有機(jī)溶劑經(jīng)過RTO凈化后可利用的熱量：

紅島實(shí)業(yè)（英德）有限公司新建2條多涂n印鋁涂裝線，設(shè)計(jì)按照零污染為基本原則，將所有烘箱排氣均接入RTO進(jìn)行環(huán)保處理，按照設(shè)計(jì)要求配備50,000m3/h風(fēng)量處理能力，廢氣濃度按照6g/m3（C8H10）估算如下：

RTO的換熱效率95%，氧化室溫度設(shè)定為850℃，廢氣溫度150℃，RTO排放溫度設(shè)定為t，則：

η=（850-t）/(850-150)=0.95,則RTO凈化后的排放溫度t=160℃

假設(shè)最終排放溫度為200℃，那么系統(tǒng)外排氣體中的熱量：Q1=77.5×104kcal/h

有機(jī)溶劑為：50000×6=300kg/h

VOCs平均熱值為10,000kcal/kg，那么廢氣中VOCs氧化后釋放熱量：

Q2=300×104kcal/h

考慮去除效率98%，那么有效氧化熱：Q3=300×104×98%=294×104kcal/h

考慮RTO系統(tǒng)5%散熱率，則：實(shí)際廢氣氧化熱Q4=0.95xQ3=279×104kcal/h

Q4＞Q1

即RTO系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)無功運(yùn)行，不消耗天然氣。

可利用能耗

則可余熱回收的熱量為Q5=Q4-Q1=201×104kcal/h

高溫850℃，新風(fēng)20℃，最佳送入烘箱氣體溫度高于烘箱控制溫度150℃，即260+150=410℃，錯(cuò)流熱交換最佳溫度差為150℃，則換熱后高溫850℃降低為510℃，則換熱器效率為：

?t=(?t1-?t2)÷ln(?t1÷?t2)=500℃

(0.31×500×m)÷(0.31×850×m)=58.8%

則可以為生產(chǎn)線提供的熱量為：

Q6=201×104×58.8%=118×104kcal/h

即不僅可以實(shí)現(xiàn)無功運(yùn)行（不消耗天然氣，魔火偶爾運(yùn)行）、解決生產(chǎn)線的環(huán)保問題，還能夠?yàn)樯a(chǎn)線提供118萬kcal/h清潔的高溫?zé)崃俊?/p>

天然氣熱值8600kcal/m3，單價(jià)4元/m3，12小時(shí)工作制，年開機(jī)270個(gè)工作日，則年節(jié)約：

118×104÷8600×12×270×4=1775520元。

5、結(jié)論

金屬涂裝線外排廢氣采用蓄熱式焚燒工藝設(shè)備進(jìn)行環(huán)保處理是非常合適和理想的，不僅處理效果優(yōu)異，能夠完全達(dá)標(biāo)排放，而且運(yùn)行能耗最省，是金屬涂裝企業(yè)環(huán)保處理的最優(yōu)選擇。

 

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