1.1项目废气产生的特征

客户公司位于广西，需对喷涂废气进行进一步处理。废气中污染物主要为乙酸乙酯、二甲苯等挥发性有机物等有机组分。

1.2设计排放标准

根据企业所处位置和当地环保管理部门的要求，有机废气执行《GB16297-1996 大气污染排放标准》和《四川省固定污染源大气挥发性有机物排放标准》（DB51/2377-2017）Ⅱ时段二级标准，总VOC排放浓度不得超过60mg/m³。

表1.1大气污染物排放标准排放限值

1.3设计依据 

    （1）《中华人民共和国环境保护法》

        （2）《中华人民共和国大气污染防治法》

        （3）《大气污染物综合排放标准》 （GB16293-1996）

        （4）《大气污染防治行动计划》 （2013年9月）

        （5）《催化燃烧法工业有机废气治理工程技术规范》 （HJ2027-2013)

        （6）《环境工程设计手册•废气污染控制卷》

        （7）《三废处理工程技术手册•废气卷》

        （8）《固定源废气检测技术规范》 （HJ/T397-2007)

        （9）《建筑结构荷载规范》 （GB5009-2001）

        （10）《工业与民用供配电系统设计规范》 （GB50052-95）

        （11）《化学工业炉设计规定》 （HG/T-20541-2006）

        （12）《化学工业炉耐火纤维衬材料设计技术条件》 （HG/T-20642-1998）

        （13）《吸附法工业废气治理工程技术规范》 （HJ2026-2013）

        （14）《环境保护产品技术要求工业废气吸附净化装置》 （HJ/T386-2007）

        （15）《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》（GB/T16157-1996）

        （16）业主提供的设计条件及要求

        （17）我公司多项对同类废气的处理经验

1.4设计范围及分工交接

  本项目的设计范围为：我方提供主要设备（过滤装置、活性炭吸附箱、催化燃烧设备、设备间连接管道以及控制柜）的供货及安装调试，以及所需场地的改造及土建及相关改造项目。

1.5 设计原则

 （1）严格执行国家及地方的环境保护法律法规，按规定的排放标准，使处理后的废气各项指标达到且优于标准值；

 （2）根据该公司的产品结构及生产废气特征，结合已有的工程实例，在确保尾气达标的前提下，尽可能采用简单、成熟、可靠、处理效率高的处理工艺，达到功能可靠、经济合理、管理方便；

 （3）工艺设计应根据企业的具体情况及发展规划，结合现场调研，优先考虑恶臭、有毒化学品的防治，提出综合整治技术路线，确保达标排放；

 （4）设备选型具有较大的灵活性和调节余地，选用优质、低能耗的国产设备，设置必要的自控系统，便于操作管理、维修，节省动力消耗及运行费用；

 （5）提高有机废气的收集效率，确保挥发性有机废气全部经处理后达标排放。

第二章  设计参数

2.1废气排放风量

 铝材喷涂及烘干产生的润滑油废气排放风量及浓度

工艺段		风量（m3/h）	浓度（mg/m3）	备注
1	铝材喷涂废气	15000	200~300	乙酸乙酯、二甲苯等以及其他VOCs

2.2废气排放成分

本项目中所产生的有机废气主要是乙酸乙酯、二甲苯为主。根据业主提供资料显示，主要污染物平均浓度范围如下：

表2.2  VOCs主要污染物成份浓度

2.3废气成分基本性质

表2.3  废气成分性质

 

第三章  废气处理设备设计方案

3.1工艺选择说明

 有机废气的处理工艺主要有以下几种：高温焚烧技术、生物氧化技术、低温等离子体技术、活性炭吸附技术。

表3.1  废气处理工艺比较

      3.2处理工艺选择说明

       3.2.1 本项目治理方案

根据我公司长期治理有机废气的经验，我们建议采用活性炭吸附浓缩-催化燃烧技术进行治理。

喷涂废气的主要污染物为烷烃，该类污染物具有性质稳定、沸点高、不溶于水等特点，考虑到废气的处理成本以及企业后期的运行费用，采用活性炭吸附浓缩+催化燃烧工艺进行处理符合有机废气治理行业规范，能够使净化后废气排放达到相关行业排放标准。喷涂排出的尾气中含一定量树脂，属于粘性物质，所以在废气进入活性炭吸附装置前必须要进行预处理，在活性炭吸附工艺前段采用“”喷淋+干式过滤“”装置去除废气中的颗粒物以及树脂等。

根据设备运行总风量、总功率以及现场安装要求，废气治理设施设计为两套：活性炭吸附浓缩+催化燃烧工艺，活性炭箱体两台，一用一备，每台吸附箱体风量为15000m³/h，每套催化燃烧脱附系统风量为2000 m³/h。

表3.2  活性炭吸附浓缩+催化燃烧系统参数

3.3废气处理工艺流程

       3.3.2 工艺流程说明

本装置是采用活性炭吸附浓缩→脱附再生→催化燃烧的工艺流程而设计的，采取多气路工作方式。其工作流程是：将废气汇总后经活性炭吸附器吸附，吸附后的尾气高空排放。活性炭当快达到饱和时停止吸附操作，然后用催化燃烧以后的热空气流将有机物从活性炭上脱附下来使其再生。在解吸脱附时，本吸附箱停止工作。脱附后的有机物已被浓缩(浓度较原来提高几十倍，达2000ppm以上)，并送催化燃烧器催化为CO₂与H₂O排出。该系统采用一套2000m³/h催化燃烧装置，催化燃烧装置能够使温度气体直接进入到活性炭吸附床进行脱附。每台活性炭床脱附时间为4h，在线脱附8小时系统即可完成脱附。

        本装置的工作原理是利用微孔活性物质对溶剂分子或分子团的吸附力，当废气通过吸附介质时，其中的有机溶剂即被阻留下来，从而使有机废气得到净化处理，又根据分子热运动理论，从外界加给吸附体系热能，提高被吸附分子或分子团的热运动能量，当分子热动力足以克服吸附力时，有机溶剂分子便从吸附体系中争脱出来，从而使吸附介质得到再生，同时有机废气得到浓缩。

当某个吸附器吸附饱和需要脱附再生时，有PLC程序自动切换到脱附工作状态。脱附结束，该吸附箱重新回到吸附工作状态，这样，可以保证由于生产需要的连续性。

我司针对贵方工况采取以下安全保障措施：

1、严格控制脱附温度，吸附床温度控制在85℃左右，采用多组热电阻对脱附温度和吸附床温度进行实时监测，温度过高通入冷却风进行稀释。

2、延长脱附时间，保证脱附效果。

3、接入氮气管道，脱附前对管道进行吹扫，降低含氧量。

4、严格控制吸附时间，降低废气吸附量，保证脱附废气浓度在爆炸下限25%以下，催化燃烧装置前后安装阻火器。

5、吸附床安装应急喷淋装置，万一吸附床着火，水喷淋灭火。

6、由于废气中有高沸点物质，计划吸附200h后用高温空气对活性炭进行脱附再生一次，提高活性炭使用寿命，高温脱附全程需要人工操作监控，降低安全风险，也可以将吸附饱和后的活性炭拉到别的事业部的氮气脱附基站进行脱附再生。

3.4主要设备说明

 设备系统主要由干式过滤、活性碳吸附浓缩系统、催化燃烧再生系统、电气控制系统及连接管道（阀门）等几大系统组成。

        3.4.1 喷淋塔

喷涂废气采用旋流洗涤塔进行漆雾预处理。洗涤塔原理：含漆雾废气进入喷淋处理设备进行处理，含尘废气在风机的作用下从废气净化器底部沿喷淋塔切线进入，在旋流板的作用下，气流在净化器内作旋转上升运动，喷淋液在经过水泵的加压从螺旋喷头喷射出来，与气流在净化塔内的填料表面充分混合、接触，废气中的原子灰粉尘物质与喷淋液中的充分接触而溶解于水中被去除，经过反应后的气流继续上升，在净化器顶部旋流板和填料的作用下处理后气液分离，液体被截留在填料和旋流板的表面最终汇流到净化器底部，通过水路流回循环水池，经过沉淀、过滤后重新循环使用，经过使用一段时间后将循环水池内的水定期更换。

（1）废气净化塔适用范围广：化工、轻工、印染、医药、钢铁、机械、电子、仪表、电镀等工业部门生产过程中排放的有机废气、硫酸、硝酸、 盐酸、 氢氟酸等尾气及硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）、碳氧化化物（CO、CO2）、氰化物（HCN）等酸性气体，采用工业废气净化设备，都可得到满意的效果。

（2）废气净化效率高：酸（碱）雾废气净化塔采用二级逆向喷淋，填料比表面积大，由试验研究确定的气比保证了性能稳定，对各种浓度的酸性（或碱性）废气净化效率均可达85%~95%。

（3）废气处理塔阻力低：在保证足够气液接触面积基础上，工业废气净化塔选用空气动力特性最佳的填料品种及结构形式，使设备阻力在额定风量下不超过40毫米水柱，是国内各种填料吸收塔中阻力最低的一种。这对于配用耐腐蚀低压通风机极为有利。

（4）废气处理塔占地面积小：工业废气净化处理塔采用PP、FRP等材质，将塔体、吸收液槽、循环泵、吸收液管道系统组合成一套完整的工业废气处理设备，结构紧凑，便于现场安装及操作管理，占地面积小，无论对新建工程还是技改项目都可适应。

 

 

        3.4.2 干式过滤装置

  干式过滤器采用三级过滤设计，分为粗效过滤、中效过滤、高效过滤。

  ①初效过滤器

   用于废气的初级过滤；气流均匀性高；Sus304不锈钢丝网，可重复利用。该过滤气能够起到均风和水蒸气液化的效果。

技术参数

        ②中效过滤器

  用于喷漆漆雾、印刷和复合车间油雾、粒径较小的颗粒物过滤；合理的递增密度结构；纤维结构强度高，弹性好；阻力小，容尘量大。

技术参数

        ③高效过滤器

 用于漆雾、印刷车间油墨、粘附剂、灰尘过滤；合理的递增密度结构；纤维结构强度高，弹性好；阻力小，容尘量大。

        3.4.3 活性碳吸附系统

  ① 吸附床采用方箱形式，由碳钢材料制作。
  ② 由于吸附床内活性碳脱附再生时有高温，所以吸附床采用50mm硅酸铝纤维板隔热结构。
  ③吸附床风速设计为0.8~1.2m/s。

        （1） 活性碳的选择
         ① 活性碳选用耐水型蜂窝活性炭。
         ② 蜂窝活性碳比表面积大，吸附能力强。
         ③ 蜂窝活性碳流体阻力小，再生效果好。

    （2）活性碳的使用参数

     本项目采用的耐水型蜂窝活性炭物理性能如下。

表 3.1　蜂窝状活性炭的物理性能

催化燃烧系统采用模块化设计，工艺设计处理流程为板式热交换器+加热室+催化反应室。催化燃烧装置由内胆和外壳组成，内外壳间填满隔热材料保证炉体外壁温度在60℃以下，以防烫伤操作人员和节约能源。内胆由碳钢材料制作，外壳由保温材料制作。催化室内的催化剂选用蜂窝型催化剂，载体三氧化二铝、堇青石，外表涂层铂、钯和铑。废气进入催化室先经过换热器升温，后经过加热室加热，催化燃烧后的热量再经过换热器储存热量，达到节能目的。

（1）催化燃烧净化VOCs机理

催化燃烧是典型的气-固相催化反应，其实质是活性氧参与的深度氧化作用。在催化燃烧过程中，催化剂的作用是降低活化能，同时催化剂表面具有吸附作用，使反应物分子富集于表面提高了反应速率，加快了反应的进行。借助催化剂可使有机废气在较低的起燃温度条件下，发生无焰燃烧，并氧化分解为CO₂和H₂O，同时放出大量热能。

(1)板式换热器

 板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种高效换热器。各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。板式换热器是液—液、液—汽进行热交换的理想设备。它具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、应用广泛、使用寿命长等特点。在相同压力损失情况下，其传热系数比管式换热器高3-5倍，占地面积为管式换热器的三分之一，热回收率可高达90%以上。

 板式换热器板片紧密排列，与其他换热器类型相比，板式换热器的占地面积和占用空间较少，面积相同换热量的板式换热器仅为管壳式换热器的1/5。其换热系数在3000～4500kcal/m²·°C·h，比管壳式换热器的热效率高3~5倍。板式换热器靠夹紧螺栓将夹固板板片夹紧，因此拆装方便，随时可以打开清洗，同时由于板面光洁，湍流程度高，不易结垢。不串液，板式换热器密封槽设置泄液液道，各种介质不会串通，即使出现泄露，介质总是向外排出。

(2)加热室及催化剂

 加热室采用U型加热管排列加热，该加热方式具有无污染、运行稳定的特点，由电控系统自动控制，当废气温度低于一定温度时（可设定）加热器自动加热给废气加热，当废气温度高于一定温度时（可设定）燃烧器断开电源以节约电能及达到安全运行。

 堇青石蜂窝瓷体作为第一载体，γ-Al₂O₃和稀土材料为第二载体，以贵金属Pd、Pt、Rh等为主要活性组分，是一种新型高效的有机废气净化催化剂。具有流动阻力低、反应起始温度低、活性高、空速适应范围宽的特点，其形状为方形蜂窝体，外形尺寸是100mm×100mm×50mm（长、宽、高），200目方形孔，孔密度32个/cm²，堆密度是600-700kg/m³，贵金Pd、Pt涂层厚度约100μm，最佳使用温度是280-650℃，按正常操作要求使用，寿命一般为2～3年。

(3)催化燃烧系统处理有机废气的优势

① 该系统具有操作费用低，不需要消耗大量电能或燃气，节省运行成本；

② 不产生氮氧化物(NO_x)等二次污染物；

③ 投资低；

④ 全自动控制，即开即用；

⑤ 耐冲击负荷，不易被污染物浓度及温度变化影响；

⑥ 高效的热量回收率，热回收效率≥60%等优点。

        3.4.5 电气控制系统

    （1）电气控制系统功能

 ①活性炭吸附及催化氧化炉CTO电控系统采用西门子PLC控制，PLC采用西门子200/三菱系列，触摸屏采用10″威纶通/西门子产品，PLC控制系统实现对活性炭吸附床及催化氧化设备、加热功率高低、烟气出口风门控制、风机、炉内温度、压力、风向切换阀信号联锁控制等，并对重要运行参数集中监测或控制。实现数据检测，数据存储，动态画面显示等实现监视的功能，对于运行事故能预先自动判断、准确地反映出故障状态、故障时间、及相关信息并及时报警，故障代码以文本形式显示。

 ②电控系统具有手动和自动控制功能。手动控制时各项设备可独立启动；自动控制时各项设备自动按程序启动。手动控制模式：将控制柜上的自动按钮切换至手动模式时，可在触摸屏上启动及停止任何设备或电器。当触摸屏发生故障时，备用操作部分可提供下位机PLC 自动运行功能，当PLC 发生故障时，还可提供手动按钮操作功能，而不影响整个工艺过程控制和检测。自动模式：将控制柜上的自动按钮切换至自动模式时，设备的运行完全由各PLC 根据废气处理工况及生产要求来完成对设备的运行或开/关控制，而不需要人工干预。

③各控制回路均设有空气开关、熔断保险、热继电器等保护系统，确保系统安全运行。

④ 风机电机均有短路和过载保护装置，确保和延长电机使用寿命。

⑤电缆比较集中的主干线采用电缆桥架架空敷设或电管敷设，接近用电设备80CM 以内采用软管连接。

⑥所有电气设备、非金属外壳均应可靠接地，所有进出建筑的的工艺管道在入户处应与本装置接地系统相联，接地电阻小于10Ω。

⑦系统能在电子噪声、射频干扰及振动等环境中连续运行，且不降低系统的性能。

⑧机箱设备外壳等级将严格按照IEC529 标准执行。室内地面上设备等级IP54，PLC 主机柜考虑防尘通风。

    （2）通风管道（阀门）

 ① 所有连接管道均选用碳钢板制作。
  ② 所有管道的管内流速控制在10-15m/s。
  ③ 以上吸附床的吸附进（出）风阀和再生进（出）阀门均采用气动阀门。电磁阀采用台湾亚德客品牌。

    （3） 风机

 ①每个喷漆房均配置风机，但是考虑到增加了废气处理装置，阻力增加，故需在末端增加一补偿风机。

 ②吸附风机选用防爆风机，风压选择2500~3000Pa，风机运行有效载荷按80%进行选型。

 ③补冷风机的作用是在脱附工作时，防止脱附温度过高造成活性炭燃烧的安全防护措施，通过补充冷风降低脱附空气的温度，有温控仪随时监控脱附温度。补风风机风量为：1000m³/h，电机1.5kW。

    3.5催化燃烧设备安全措施

由于该系统中的废气是易燃易爆气体且催化燃烧装置脱附再生时有高温气体产生,为了确保设备安全运行，除了加强安全教育，制定安全操作规程和安全管理制度外，特采取以下措施：

①各设备要人员操作的凌空处均设置保护栏杆。

 ②电器均严格执行有关规范中有关防雷、接地安全措施和防范各种事故的保护措施。装置的金属外壳应有明显的接地标志，金属壳体或可能带电的金属部位（包括因绝绝缘损坏可能带电的金属件）与接地螺钉间的电阻不大于 0.1欧姆。装置的绝缘电阻不小于2MΩ。装置的带电部分与外壳之间应能承受频率为 50Hz，电压为 2000V。持续1min的耐压试验，不得发生击穿和闪络现象。

③设备进口对废气浓度监控，根据《催化燃烧法工艺有机废气治理工程技术规范》HJ2027-2013的要求，进入催化氧化装置的废气中的VOCs浓度应低于其爆炸下限的25%，本项目处理系统按照此标准来设计系统的VOCs浓度检测安全连锁。活性炭吸附床、进口管道和催化燃烧装置设置阻火器和泄压装置。

④活性炭吸附床和催化燃烧装置连接管道中设置阻火器：如果气体温度高于280℃时，阻火器中保险片会融化，随即阻火器会自动关闭，阻止高温气体进入活性炭吸附床，确保安全运行。

 ⑤设置补冷阀控制温度：当活性炭吸附床内的温度高于设定值时，补冷阀会自动启动，补充冷风，降低吸附床内温度，确保安全运行。

 ⑥活性碳吸附箱和催化燃烧装置分别设置超温自动声光报警、断电和补风降温装置。

 ⑦高温设备及管道采取隔热保温措施。

 ⑧吸附床温度采用多点温控，脱附气温度控制在120℃内，活性炭温度控制小于85℃。

 ⑨阀门、温控、风机发生异常时，传感器和数据自动分析，控制系统会根据情况采取相应措施避免安全事故发生。

第四章  活性炭吸附浓缩+催化燃烧系统设计技术参数

        4.1活性炭吸附+催化燃烧系统技术参数及配置

表4.1活性炭吸附浓缩+催化燃烧系统技术参数

 

4.2装机功率和能耗估算

        4.2.1 装机功率

表4.3 装机功率表

一套15000m³/h系统最大装机总容量：84kW。

 

    说明：

         以上成本核算为满负荷运行时的最大成本。本方案设计可单套独立运行。如单线运行时，系统的运行成本可降低。

第五章  项目工程

5.1工程范围

编号	工作内容	范围
		甲方	乙方	备注
一	设计阶段
1	尾气参数及处理要求	√
2	设备摆放位置空间	√
3	工程界限界定	√	√	甲乙双方公用约定
4	公用工程条件(电力、水、压缩空气等)	√
5	特殊相关要求	√
6	技术方案及工艺流程	√	√
二	项目实施阶段
1	合同及技术协议确认	√	√
2	工艺流程图及流程说明 (PID)		√	甲乙双方签字认可
3	设备整体布局图		√	合同签订后 15 日内
4	设备地基基础施工	√
5	公用工程配套内容施工	√