某船廠涂裝房VOCs 處理設備的改造及應用

楊永義

（友聯船廠（蛇口）有限公司，深圳 518054）

1 前言

10 年前大部分船廠涂裝房VOCs（含有機揮發物廢氣）處理設備為蜂窩活性炭吸附+CO 催化氧化燃燒。該工藝存在VOCs 處理效率低（約為80%）、頻繁更換活性炭、危廢活性炭處理費用高、環保壓力大、活性炭有燃燒的火災隱患等缺點。

目前船廠涂裝房新VOCs 處理設備的主流工藝為沸石轉輪吸附+CO（催化氧化燃燒），或沸石轉輪吸附+RTO（蓄熱氧化燃燒）。對于涂裝房施工不連續、大風量、VOCs 排放濃度約1 000 mg/m3的VOCs 處理設備，基本上都采用沸石轉輪吸附+CO（催化氧化燃燒）工藝。

針對某船廠6、7 號涂裝房的施工不連續、2 個房間不同時噴漆、每個房間噴漆時不超過2 把噴槍的工況，對6、7 號涂裝房采取共用1 套沸石轉輪吸附+CO工藝的VOCs 處理設備方案設計，取得了良好的處理效果和經濟效益。

2 蜂窩活性炭吸附+CO 催化氧化燃燒的VOCs 處理設備缺點

2.1 處理設備簡介

涂裝房施工有機廢氣由吸塵罩進行收集，再通過管道在引風機的作用下進入催化燃燒設備進行處理；為避免顆粒狀漆霧影響后續的活性炭吸附過程，有機廢氣先進入干式預過濾裝置，將廢氣中的顆粒狀污染物截留下來，再進入活性炭吸附床進行吸附，廢氣中的有機污染物被吸附在活性炭表面，而干凈的氣流沿管道高空排放；活性炭對污染物吸附達到一定程度后，啟動活性炭脫附再生過程，將原來吸附在活性炭里的有機廢氣脫附出來，通過催化燃燒將氣態有機污染物轉化成二氧化碳和水蒸汽，經處理后的氣流高空達標排放。

2.2 處理設備的缺點

該設備主要參數：主風機功率55 kW、風量19 778～39 674 m3/h、風壓3 531～2 332 Pa；活性炭裝填量4.5 m3、催化劑量0.074 m3；脫附風機功率2.2 kW、風量1 688～3 517 m3/h、風壓1 300～792 Pa；加熱功率55 kW。

（1）活性炭裝填量少，吸附容量有限；

（2）有機廢氣經過吸附箱體流速過快；

（3）活性炭吸附過程逐漸飽和衰減，雖然有在線脫附，由于加熱功率低、脫附時間短、催化劑量少等缺陷，實際催化燃燒、脫附效果差，隨著時間的累積活性炭很快吸附飽和、并降低吸附能力；

（4）處理效率低，約為涂裝房有機廢氣排放濃度的80%；

（5）活性炭更換頻繁、危廢活性炭處理費用高。每年活性炭采購和危廢處理費用約19.26 萬元。

3 沸 石 轉 輪+CO/RTO/RCO 新VOCs 處 理設備簡介

3.1 沸石轉輪+CO 處理設備工藝介紹

（1）基本原理

沸石轉輪是由有波浪形和水平陶瓷纖維處理粘結的蜂窩結構卷繞而成，在陶瓷纖維蜂窩結構涂覆有可吸附VOCS的沸石分子篩。

沸石轉輪+CO 吸附系統，主要由吸附VOCs 轉芯、氣體過濾裝置、轉動裝置、風機等組成，其中吸附VOCS轉芯為其核心部分。

VOCS吸入蜂窩狀轉輪后，被轉輪上的沸石吸附從空氣中分離出來；在解吸附區域，所吸附的VOCs 用一路很小的熱空氣（約180 ℃～250 ℃）吹掃從沸石上脫附下來，此時VOCS被濃縮5～30 倍，解吸后的沸石隨著轉輪旋轉被轉回吸附區域繼續吸附VOCS。

（2）處理流程

① VOCs 經過收集口進入主管道，先通過漆霧四級預過濾系統去除漆霧和粉塵；

② 過濾后的廢氣經風機進入沸石轉輪系統中進行凈化處理，凈化達標后氣體直接經煙囪排放；

③ 經沸石轉輪處理后的一部分氣體先對沸石轉輪系統進行冷卻，冷卻后的氣體通過一級板式換熱器換熱至200 ℃～220 ℃，再進入沸石轉輪系統中對沸石進行高溫脫附；

④ 脫附后的氣體經阻火器后進入二級換熱器預熱升溫，再經電加熱器加熱至催化劑反應溫度（約330℃左右）進行催化氧化反應；催化燃燒技術(簡稱CO)可以在較低溫度(300 ℃～500 ℃)下對揮發性有機物在催化劑上進行氧化分解反應，氧化分解為 CO2和H2O，同時放出大量熱，凈化效率高達98%。

沸石轉輪+CO 處理工藝流程，見圖1。

圖1 沸石轉輪+CO 處理工藝流程

3.2 沸石轉輪+RTO 處理設備工藝介紹

（1）VOCS經過收集、過濾處理進入沸石轉輪系統中進行脫附等，如同3.1 一樣；

（2）蓄熱氧化技術 (簡稱RTO)把有機廢氣加熱到760 ℃以上，使廢氣中的揮發性有機物氧化分解成CO2和H2O ，氧化產生的高溫氣體流經特制的陶瓷蓄熱體，使陶瓷體升溫而蓄熱，此蓄熱用于預熱后續進入的有機廢氣，從而節省廢氣升溫的燃料消耗，凈化效率高達99%，熱回收效率高達95%。

3.3 沸石轉輪+RCO 處理設備工藝介紹

（1）VOCS經過收集、過濾處理進入沸石轉輪系統中進行脫附等，如同3.1 一樣；

（2）蓄熱催化氧化技術 (簡稱RCO)是RTO 與CO 的結合技術，把有機廢氣加熱到300 ℃，使廢氣中的揮發性有機物在催化劑上中氧化分解成CO2和H2O，氧化產生的高溫氣體流經特制的陶瓷蓄熱體，使陶瓷體升溫而蓄熱，此蓄熱用于預熱后續進入的有機廢氣，從而節省廢氣升溫的燃料消耗。凈化效率高達98%，熱回收效率高達95%。

3.4 沸石轉輪+CO/RTO/RCO 處理設備工藝情況對比。

見表1。

表1 沸石轉輪+CO/RTO/RCO 處理設備工藝對比

4 6、7 號涂裝房沸石轉輪+CO 工藝處理設備方案設計

4.1 涂裝房工況參數和要求

見表2。

表2 某船廠6、7 號涂裝房工況參數和要求

4.2 6、7 號涂裝房沸石轉輪+CO 工藝的處理設備方案

（1）6、7 號涂裝房由各自廢氣主管道進入VOCs處理設備之前加裝進風氣動蝶閥，控制蝶閥的不同開關比例組合對應不同作業模式組合，如表3 所列。

表3 6、7 號房作業組合模式和對應風閥開關比例

（2）在值班人員操作界面設置7 種作業模式按鈕，根據6、7 號房油漆的實際作業狀態，選擇相應模式按鈕進行VOCs 設備運行。

4.3 沸石轉輪+CO 工藝處理設備在自動控制和系統安全方面的優勢

（1）自動控制方面

此套控制系統采用西門子1215CPU 和Proface 觸摸屏控制，分為自動模式和手動模式：

① 自動模式下，只需直擊自動開機和自動關機，系統自動運行，在手動模式下，可點擊開啟單臺設備；

② 自動模式下，系統包括預熱狀態、噴漆狀態、空脫狀態和冷卻狀態：預熱狀態：涂裝房主閥關閉，預過濾頂部新風閥打開，風機、轉輪和燃氣加熱啟動，在40 分鐘后達到脫附溫度和催化溫度，系統自動進入噴漆狀態；噴漆狀態：涂裝房主閥打開，風機頻率加大，預過濾器頂部新風閥關閉，系統不斷降低涂裝房低濃度，大風量的VOCs 氣體經吸風口粗濾和四級過濾后，被沸石轉輪吸附濃縮，大部分潔凈空氣直接排入大氣中，少部分VOCs 氣體經濃縮后輸送到催化燃燒換熱一體機內催化氧化成CO2和H2O 排放在大氣中；空脫狀態：在油漆作業結束后，觀察入口濃度低于200 mg/m3時，操作人員在觸摸屏上點擊自動關機，系統進入空脫狀態，此過程是為了清潔轉輪；冷卻狀態：此過程是為了將設備降到一個安全溫度，所有設備全部關閉。

（2）系統安全方面

系統裝有溫度探頭、壓力傳感器、壓差傳感器實時監測系統，確保系統安全聯鎖；所有溫度傳感器采用雙支熱電偶，在一支熱電偶損壞時系統會立即報警并切換至正常傳感器上使用；系統安裝了7 個壓差傳感器，可根據壓差傳感器判斷是否堵塞，并進行聯鎖控制。

系統操作簡單，只需一鍵開機和關機，并且按鈕在程序上做了防抖處理，減少人為操作失誤，有效保證了系統穩定安全運行。

轉輪脫附溫度和催化室催化前溫度，均采用PID算法控制，保證溫度可控，有效保證系統安全。

系統與燃燒機實現安全聯鎖，有重大故障時燃燒機將故障傳給系統報警，有效保證系統穩定安全運行。

5 效果和經濟性分析

5.1 處理效果

見表4、表5。

表4 7 號房噴漆6 號房固化模式

表5 高濃度模式

從表4 和表5 的排放出口修正濃度數據來看，最高排放濃度不超過20 mg/m3，遠低于設備采購規格書要求的50 mg/m3。

5.2 經濟性分析

（1）6、7 號涂裝房共用一套沸石轉輪+CO 工藝VOCs 處理設備，該設備造價同6、7 號房2 套蜂窩活性炭吸附+CO 工藝VOCs 處理設備基本一樣；但2 套蜂窩活性炭吸附+CO 工藝處理設備每半年需要更換一次活性炭，每年活性炭采購和危廢處理費用約為19.26萬元；一套沸石轉輪+CO 工藝VOCs 處理設備每年換新濾袋的費用約為2 萬元；更主要的是，沸石轉輪+CO 工藝VOCs 處理設備最高排放濃度不超過20 mg/m3且穩定。而蜂窩活性炭吸附+CO 工藝VOCs 處理設備排放濃度不穩定，且經常超過120 mg/m3；

（2）一套沸石轉輪+CO 工藝VOCs 處理設備的造價約為330 萬元，因為6、7 號房共用一套設備，故節約一套VOCs 處理設備的造價330 萬元；

（3）相對2 套VOCs 處理設備，共用1 套VOCs設備的維保費用也會降低，值班人員的工作量也會減少。

6 結論

通過本文論述，說明對于2 個涂裝房大風量、低濃度（低于1000 mg/m3）VOCs 排放工況下，共用1 套沸石轉輪+CO 設備方案的可行性，并驗證了1 套沸石轉輪+CO 設備處理2 個涂裝房VOCs 的效果和經濟性。