1引言

某大型钢结构公司于10年前安装了2套VOCs处理设备。该处理设备采用活性炭纤维吸附+催化燃烧工艺。投产最初是满足VOCs排放标准的。随着环保要求日益严格，环保排放标准不断提高，再加上2019年该市环保局要求在处理设备排放口增加在线监测装置，对排放数据进行24小时连续在线监测，并同步上传数据至省重点排污单位自动监控平台。此时，原有废气处理设备不再满足此时的排放标准，故公司决定对该处理设备进行提升改造，以满足环保在线监测的要求。经市场考察，目前VOCs 处理设备的主流工艺为沸石转轮+RTO，且可满足污染物排放24小时连续在线监测要求。

2原有活性炭纤维吸附+催化燃烧工艺使用过程中存在的问题

原有工艺中，VOCs经过活性炭纤维时，被吸附在其表面，而洁净的气体直接排放至大气中；当吸附介质饱和时，启动催化燃烧设备，利用高温将原来吸附在活性炭纤维表面的VOCs脱附出来，再通过催化反应床将其转化为二氧化碳和水蒸汽排放至大气中。在设备运行中，发现存在以下问题：

（1）活性炭纤维吸附是一个放热过程，如果热量不能有效移除，达到活性炭纤维的自燃点或废气中有机物的闪点，存在发生火灾的潜在危险。

（2）处理效率仅仅为70%左右，且随着设备使用时间的增长，活性炭纤维吸附能力变差，处理效率进一步降低，排放数据不达标，只能暂停涂装作业，严重影响了生产正常进行。

（3）活性炭纤维、催化剂每半年就需要更换一次，增加耗材费用及员工工作量。

（4）更换掉的活性炭纤维及催化剂作为危废，增加后续危废处理费用。

3 改造后采用沸石转轮+RTO工艺优点

3.1工艺简介

VOCs通过沸石转轮时，能有效被吸附于沸石中被去除。经过沸石吸附后的洁净气体，直接排放至大气中。转轮持续旋转，同时将吸附的VOCs传送至脱附区，利用一小股加热气体将VOCs进行脱附，脱附后的沸石转轮旋转至吸附区，继续吸附VOCs。脱附后的浓缩VOCs送至RTO进行焚烧转化成二氧化碳及水蒸气排放至大气中。

其中RTO将沸石转轮浓缩后的高浓度、小风量废气加热到760℃以上，产生的高温气体流经陶瓷蓄热体，使陶瓷体升温而“蓄热”，此“蓄热”用于预热后续进入的有机废气。从而节省废气升温的燃料消耗。本次改造采用的蓄热室分三个区，每个蓄热室依次经历蓄热-放热-清扫等程序，循环往复，连续工作。是一种用于处理中高浓度VOCs的节能型装置。

图一  沸石转轮系统                  图二  三床式RTO

3.2优点

（1）高效净化效果：处理效率通常可以达到99%以上，是目前处理有机废气最为彻底和有效的方法。

（2）蓄热回收：沸石转轮+RTO利用转轮中的热能储存介质进行蓄热，将排出的热空气的热能回收，并用于预热进入的废气，这样可以显著降低能耗，提高能源利用效率。

（3）高温操作：沸石转轮+RTO在高温下运行，通常在700°C以上，高温能够有效地破坏有机污染物，提高其氧化反应速率，从而更有效地去除有机废气中的污染物。

（4）可靠稳定：设备结构简单，运行稳定可靠，转轮中的沸石分子筛使用时间长，维护保养得当，可以使用8年左右，具有较长使用寿命和较低的维护成本。

（5）适应性强：适用于多种有机废气的处理，可以根据废气成分和处理要求进行设计和调整，以适应不同的工业应用。

4采用沸石转轮+RTO处理工艺的方案设计

4.1风量设计

空载流速：根据涂装间通风设计规范要求，截面流速取0.38-0.67m/s，本项目取空载流速为0.55m/s；

过风截面积：18×5=90㎡；

实际有效通风面积：项目为大工件涂装间，工件占大部分空间，由于有机废气和漆雾比重较高，会沉降于地面，按照30%设计，90x0.3=27㎡；

计算风量：27×0.55×3600=53460m³/h；

设计风量：53460X1.1（安全系数）=58806m³/h，

设计取整风量：60000m³/h。

4.2沸石分子筛吸附浓缩装置设计

单台沸石转轮处理风量60,000m³/h，沸石转轮采用8倍的浓缩倍数，去除效率96.5%。

浓缩后的风量：60,000×273÷（273+35）÷8=6,647Nm³/h；

浓缩后的VOCs浓度：850mg/m³×8×0.965=6562mg/m³；

4.3 RTO设计

在方案设计时，采用两台沸石转轮共用一套三塔式RTO炉的方案，不仅能减少初期设备投资，还能降低后期运行成本。设计风量验算：6647×2×1.1（安全系数）=14623Nm³/h；

设计取整风量：15,000Nm³/h。

处理效率99%，燃气加热型，冷机启炉消耗燃气137Nm³/次，用时约3h；

正常运行工况，废气浓度为850mg/m³时，正常运行燃气能耗为0Nm³/h；

4.4烟囱设计

排气筒参考规范，以风速＞15m/s设计，故烟囱直径为DN1600，按环保标准要求烟囱高度≥20m。

附带采样避雷装置、平台、采样口及Z字型爬梯或旋转爬梯，设计参照规范HJ75-2017《固定污染源烟气（SO2、NOX、颗粒物）排放连续监测技术规范》标准中的要求进行设计。

5 VOCs处理效果及方案经济性分析

5.1经在线排放数据监测，新工艺的非甲烷总烃最高排放浓度仅仅为 10 mg/m³，远远低于陕西地标《挥发性有机物排放控制标准》（DB61/T1061-2017）中排放要求国家最高允许排放浓度50mg/m³，且完全满足VOCs排放24小时连续在线监测要求。而原有工艺排放浓度不稳定，非甲烷总烃最高排放浓度经常超过国家限值50mg/m³。

5.2改造完成后，每个涂装间每年更换耗材费用约为5万元。而原有工艺每半年需要更换一次活性炭纤维及催化剂，每个涂装间每年耗材更换及危废处理费用约35万元，新工艺的维护费用仅为原有工艺的七分之一。

5.3改造方案中二个涂装间共用一套RTO，可节省一套RTO设备费用约100万元，其后续维保费也会降低，操作员工的工作量也会相应减少。

6 结论

通过本次改造，说明沸石转轮+RTO处理工艺完全适用于大型钢结构公司涂装，且处理效果远远高出国家相关标准，满足VOCs排放24小时连续在线监测要求。更重要的是该处理工艺具有更低的能耗优势及维修量。并验证了对于二个涂装间共用一套RTO处理设备的效果和经济性。

作者简介：

姓名：闵宁，性别：女，出生年：1983年2月，民族：汉，籍贯：陕西省渭南市，学历：大学本科，毕业院校：西安工程科技学院，职称：工程师，研究方向：给排水及环保工程。