涂层废气处理设计方案

涂层废气处理设计方案二〇〇五年三月1.概述喷漆车间在生产过程中排放出大量的涂层烘干废气，废气中含有较高浓度的甲苯。该废气若不经处理直接排入大气，不仅会污染周围的环境，而且导致了极大的原物料消耗，同时对企业的形象也会造成一定的影响，为此，必须进行处理。***公司根据现场调查和研究分析，就涂层废气中的甲苯治理和回收工艺制定可行性方案，以供企业和环保管理部门参考，为今后工程的正式实施提供准备。2.设计依据2.1废气中所含污染物种类、浓度及温度污染物种类：甲苯污染物排放量：甲苯为270kg/h，废气排放量为33000m3/h烘箱出口温度：70～80℃通过计算可得甲苯浓度为：8182mg/m3，故属于高浓度高风量型。2.2设计规模废气处理量：33000m3/h；甲苯排放量为270kg/h（最大值）备注：本方案按最大值设计。2.3设计范围从车间排气管汇合后出口开始，经装置入口至排风机出口之间，所有工艺设备、连接管道、管件、阀门、风机、电气装置、自动控制设备等。2.4处理后气体排放浓度废气排放标准应执行GB16297-1996《大气污染物综合排放标准》中的二级标准，具体见表1。表1GB16297-1996中甲苯的二级排放标准序号污染物最高允许排放浓度，mg/m3最高允许排放速率，kg/h排气筒高度，m二级标准1甲苯40153.1205.230182.5设计参考资料以及法规标准《涂装作业安全规程——涂漆工艺通风净化》GB6515-86国家标准局1986《通风除尘技术》《工业通风》《环保设备材料手册》《建设项目环境保护管理条例》中华人民共和国国务院令第253号19982.6控制系统采用可编程逻辑控制器(PLC)系统的自动控制，以实现治理系统的操作最优化，降低运行费用，增加设备运行的可靠性。3.工艺设计3.1设计原则1.严格执行国家环境保护有关法规，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指标。2.采用先进、合理、成熟、可靠的处理工艺，并具有显著的环境效益、社会效益和经济效益。3.工艺设计与设备选型能够在生产运行过程中具有较大的灵活性和调节余地，确保达标排放。4.在运行过程中，便于操作管理、便于维修、节省动力消耗和运行费用。3.2废气处理方法选择目前，有机废气处理主要有以下几种方法：（1）燃烧法包括高温燃烧和催化燃烧，前者需要附加燃料燃烧，因此，使用该法时要考虑回收利用热能；催化燃烧能耗低，但在工作初期，需用电加热将废气加热到起燃温度，故对于频繁开停车的场合不合适。考虑到高温燃烧法回收的热量超过生产所需的热能，故并不合适。而直接采用催化燃烧投资太大。（2）吸收法即采用适当的吸收剂（如柴油、煤油、水等介质）在吸收塔内进行吸收，吸收到一定浓度后进行溶剂与吸收液的分离，溶剂回收，吸收液重新使用或另行处理，采用这种方法的关键是吸收剂的选择。由于溶剂与吸收剂的分离较为困难，因此其应用受到了一定的限制。（3）活性炭吸附法采用多孔活性炭或活性炭纤维吸附有机废气，饱和后用低压蒸汽再生，再生时排出溶剂废气经冷凝、水分离后回收溶剂，适用于不连续的处理过程，特别对低浓度有机废气中的溶剂回收有很好的效果。（4）冷凝法主要利用冷介质对高温有机废气蒸汽进行处理，可有效回收溶剂。处理效果的好坏与冷媒的温度有关，处理效率较其他方法相对较低，适用高浓度废气的处理。根据本项目情况，采用冷凝－活性炭吸附法较好。将这两种方法联用回收烘干废气中的甲苯，综合了冷凝法适用于高浓度废气处理和活性炭吸附法处理效果好的优势，又可以通过前期冷凝降低甲苯浓度，减少活性炭吸附负荷，延长活性炭再生周期，能够兼顾回收率和处理成本。3.3系统工艺流程根据该厂的实际情况，要提高甲苯的回收效率，需加强以下两方面的工作：一是烘干废气的收集，尽可能将甲苯收集到溶剂回收装置中；二是对收集的废气采用适当的方法进行处理与回收。工艺流程如图3-1所示：烘干废气风机引风机集气罩列管式冷凝器1溶剂水分离器甲苯贮槽2冷却水贮槽水槽过滤阻火器活性炭吸附器尾气排放低压蒸汽锅炉房列管式冷凝器2冷凝水回收槽甲苯贮槽1图3-1系统工艺流程图工艺流程说明：由于烘箱出口废气中甲苯浓度较高，因此统一收集后先通过一组过滤阻火器，去除尾气中的固体杂质，然后进入列管式冷凝器，将气态甲苯冷凝为液体。经冷凝，温度冷却至24℃以下。由于甲苯沸点约为110℃，因此可回收大部分甲苯。经冷凝的废气由引风机导入活性炭吸附器，进行活性炭吸附处理。吸附器共设两组，交替使用。饱和后的活性炭采用低压蒸汽再生，再生出的气相返回到冷凝器进行溶剂回收。回收的溶剂经水分离器分离后回用。4.工艺系统说明4.1概述本工艺系统可分为如下3个系统：废气收集系统，废气净化处理系统，排风系统。废气收集系统主要包括局部排风罩，风量调节阀，管道。废气净化处理系统主要包括除尘器，冷凝器，活性炭吸附装置。排风系统主要包括排风机，风量调节阀和烟囱。4.2主要工艺设备功能简述1.除尘器主要作用：主要是为了除去有机废气中的漆雾粒子，避免漆雾粒子粘在吸附床内的活性碳纤维材料上，影响有害气体吸附效果。其次是为了防止生产设备出现着火事故时影响净化设备。2.冷凝器冷凝器_1的作用是将有机废气中的气态甲苯冷凝为液体，从而降低废气中甲苯含量，提高活性炭吸附处理效率，同时回收部分甲苯。冷凝器_2的作用是将脱附所得甲苯和水蒸气冷凝为液体，回收脱附所得甲苯。3.活性炭吸附装置活性炭吸附装置是净化装置重要组成部分，设置目的是利用吸附法截留废气中的有机物进一步净化废气，并利用低压蒸汽吹脱及冷凝等手段回收部分甲苯。5.主要设备设计5.1主要设计参数主要设计参数及要求的处理效果见表5-1。表5-1主要设计参数及要求处理效果生产工艺风量（m3/h）甲苯入口浓度(mg/m3)处理后浓度(mg/m3)回收（kg/h）回收效率(%)列管式冷凝器330008182904244.990.7活性炭吸附器9044024.095.65.2主要设备1.除尘器（方案一）根据废气性质和气量，本项目选用XCX型旋风除尘器，规格为Ф1300mm四管。XCX型旋风除尘器除了有长锥体结构外在排气管内还设有弧形减阻器以降低除尘器的阻力系数。具体参数如下：进口风速：24m/s；风量：33700m3/h；压力损失：1039Pa；除尘效率：可除去5µm以上的粉尘，效率95％－99％。（方案二）根据废气性质和气量，本项目选用SJ型高精密度金属微孔过滤器十一台（十台使用，一台清洗备用）。此空气过滤器采用由金属及合金粉末烧结制成的微空金属材质，具有耐高温、耐腐蚀、孔径分布均匀、透气性好、机械强度高、可清洗再生、可焊接及机械加工等优良特性。SJ型高精密度金属微孔过滤器的具体参数如下：DN＝250mm；进口风速：20m/s；风量：3530m3/h；壳体材料：SUS304L；滤芯材料：金属粉末烧结管；过滤精度：0.5－120μm；工作压力：0.6－1.6Mpa。2.阻火器根据废气性质和气量，本项目选用ZHQ－Ｂ型管道防爆波N阻火器十台，其具体参数为：DN＝250mm；进口风速：20m/s；壳体材质：碳钢；芯件材质：不锈钢波N带。3.列管式冷凝器_1根据废气性质和气量，本项目选用固定板式换热器对废气进行冷凝以回收部分甲苯。为了便于排出冷凝液，且考虑到经除尘后废气相对清洁，流动路径按废气走管间（即壳程）、冷却水走管内考虑。另外，为了达到一定的回收效率，且兼顾冷却水成本，确定冷却水进口温度为常温20℃，出口温度为23℃。烘干废气进口温度为80℃，经冷凝后降低到24℃以下。具体计算如下：（1）已知条件：烘干废气风量33000m3/h，进气温度80℃，甲苯浓度为8182mg/m3，流量为270kg/h出口温度为24℃，冷却水进水温度20℃，出口温度23℃。（2）甲苯回收率计算甲苯的Antoine常数为A=16.0137,B=3096.52,C=53.67。由Antoine方程CTBApln（p为温度T时的饱和蒸汽压，mmHg）80℃时p＝291.21mmHg；24℃时p＝27.00mmHg因此，80℃降温至24℃的回收率为21.29100.2721.291＝90.7％所以，至24℃时甲苯冷凝量为270×90.7%=244.90kg/h，剩余流量为270－244.9＝25.1kg/h。24℃时总废气体积约为32776715.2738015.2732433000m，冷凝处理后废气中残留甲苯浓度为36/90410277671.25mmg（3）计算换热器的面积A80℃时甲苯质量流量为270kg/h，则每小时排出的甲苯体积V为385192)15.27380(082.0270mMPmRTV又废气总体积流量为33000m3/h，废气平均分子量约为28。80℃时废气质量流量＝31908)15.27380(082.028330001RTPVMkg/h废气中空气的质量流量为31908－270＝31638kg/h。废气从80℃(T1)降至24℃(T2)，冷水从20℃(t1)升高至23℃(t2)。热负荷Q1＝甲苯降温传热量＋空气降温传热量＝270×1.7×(80-24)+31638×1.005×(80-24)＝1.8×106kJ/h冷却水用量W＝tcQ＝)2023(2.4108.16＝143t/h先按单壳程考虑：对数平均温差)]/()ln[(||||12211221tTtTtTtTTtm＝19.95K1221ttTTR＝3561112tTttP＝201根据R、P的值查温度校正系数图可得，温差修正系数tF＝0.890.8，可见用单壳程合适，因此有效温差tmtTFT＝17.8K假定换热器总传热系数为)/(1302KmWK，则所需传热面积为:KTQA＝216m2（4）主要工艺及结构基本参数的计算选用Φ25×2.5mm钢管，材质20号钢。取管内冷却水的流速为0.5m/s，则管数24iduVn＝202.05.01000/)3600/143000(4＝253根管长l＝0dnA＝025.0253216＝10.9m因此，取管程数为2，管长为6m，总管数为253×2＝506根。壳体的公称直径DN＝800mm，公称压力为10kgf/cm2。采用正三角形排列换热管，管子与管板采用焊接法连接。综上，列管式冷凝器_1的主要参数是：选用6m长的Φ25×2.5mm钢管（材质20号钢）共506根；壳体直径800mm；换热面积216m2；冷却水用量为143t/h；甲苯回收率为90.7％；废气由80℃降至24℃，冷却水由20℃升至23℃。3.列管式冷凝器_2根据废气性质和气量，本项目选用固定板式换热器对甲苯和水蒸气进行冷凝以回收脱附所得甲苯。为了便于排出冷凝液，流动路径按甲苯和水蒸气走管间（即壳程）、冷却水走管内考虑。另外，为达到一定的回收效率，且兼顾冷却水成本，确定冷却水进口温度为20℃，出口温度为25℃，蒸汽进口温度为120℃，经冷凝后降至30℃以下。具体计算如下：（1）确定所需蒸汽量脱附时甲苯回收率＝4040904＝95.6％需吹脱甲苯量为25.1×95.6％＝24.0kg/h。一般取蒸汽量：吹脱溶剂量＝（4－10）：1，确定蒸汽量为150kg/h。（2）冷凝甲苯回收率计算甲苯的Antoine常数为A=16.0137,B=3096.52,C=53.67。由Antoine方程CTBApln（p为温度T时的饱和蒸汽压，mmHg）120℃时p＝984.7mmHg；30℃时p＝36.67mmHg因此，80℃降温至30℃的回收率为7.98467.367.984＝97.3％，即甲苯基本上全部冷凝下来。（3）计算换热器的面积A120℃时甲苯质量流量为24kg/h，水蒸气质量流量为150kg/h。蒸汽从120℃降低至30℃，冷却水从20℃升高至25℃。热负荷Q1＝甲苯降温传热量＋蒸汽传热量＋蒸汽冷凝潜热＝24×1.7×(120-30)+150×4.2×(120-30)＋150×2232＝0.395×1