一、前言
目前,国内能生产吸附床+催化燃烧设备的环保企业不止上万家,吸附床+催化燃烧设备又不是什么专利技术,人人都在做,但是做的好的企业真是不多。
年国家鼓励发展的环境保护技术目录中第73项
二、设计是灵*
设计师是拿图纸说话的,图上的每条线都是计算出来的。设计是灵*,理论计算很关键。设计师讲究的就是运筹帷幄之中,决胜千里之外,未战而先胜。
2.1吸附为什么会超标
整车制造行业排放浓度要求是40mg/m3,活性炭吸附效率按90%计算,那么当废气浓度大于mg/m3的时候,吸附就会超标。
40÷(1-90%)=mg/m3
多个现场实测,手动空气喷漆时,一两把喷枪,室内风速大于0.4m/s,废气的浓度大约mg/m3左右,正常使用优质的活性炭或沸石吸附是不会超标的。
-×90%=12mg/m3
假如换成两把以上的无气喷涂喷枪之后,喷涂效率和喷涂量是空气喷涂的3倍以上,短时间内,喷漆室内会聚集高浓度的有机废气,个别的喷漆室由于风量又很小,导致有机废气的浓度轻松超过mg/m3,这么高浓度的废气进入吸附床,就必然会导致吸附超标。
-×90%=50mg/m3
2.2脱附为什么会超标
如果CO炉的催化效率按97%计算,那么当脱附出来的废气浓度超过.3mg/m3的时候,离线脱附就会超标。很多吸附床都是间隙性吸附,饱和后定期脱附,几乎必然会超标的!
40÷(1-97%)=.3mg/m3
请问,有多少企业能把CO炉的催化效率做到97%以上?
有多少人能把脱附出来的废气浓度控制在.3mg/m3以下?
举一个例子,6万风量的废气,3个吸附床,脱附风量为4千,简单计算如下表,一个是催化后废气部分直排烟囱,一个催化后废气部分掺入吸附床。
根据上面两个表格里的数据分析可得:
①真正意义上的离线脱附居然成为一个伪命题,好像违背了固定吸附床+催化燃烧设备,“间歇式吸附,定期离线脱附”的初衷。离线脱附似乎成了一个不可能实现的事情,即使CO炉的催化燃烧效率提高到了99%,也只能处理0mg/m3的脱附废气。而实践中,脱附下来的废气浓度很容易就会超过0mg/m3。
②直接将CO炉催化燃烧后的废气排入烟囱的话,烟囱的总浓度有可能会超标。而将CO炉催化后的废气,再次返回到干式过滤箱,使用“在线脱附模式”,能大幅提高整体设备排放达标的成功率。在线脱附模式成了吸附床+催化燃烧设备的新宠。
在线脱附也不是完美的,其代价是:
①多增加一个吸附床、以及相应的吸附管路及阀门,增加了占地面积;
②降低了吸附风量;
③设备装机功率提高将近一倍,比如6万风量吸附风机功率75kw,电加热功率72kw,两个同时用的话,上端电缆容量要加大一倍。
以上在线脱附的劣势,正好是离线脱附的优势。离线脱附在很多情况下是无法避免的,那么离线脱附模式想要成功,应至少具备以下三个中的一条:
①仅限于低浓度脱附工况;
②配套高效催化燃烧炉(催化效率>99.5%);
40÷(1-99.5%)=mg/m3
③另外配套1个二级低温催化燃烧段。
由于离线脱附对整个催化燃烧设备的要求极高,所以不建议新手做离线脱附,大概率会超标。
现在好多工业园区都在建设活性炭集中脱附中心,脱附中心毋庸置疑是一个利国利民的大好事。如果一个园区有方活性炭,一年平均脱附3次,则每年能节约万元的费用。
脱附中心的建设方法有多种,有的是制作一批相同规格的活性炭吸附床,定期将活性炭吸附床回收到一个集中的地点进行脱附;有的是利用移动脱附车,到各个吸附床使用地点那里去脱附。这都是标准的离线脱附模式,由于每个使用点的工况不同,所以,废气种类、脱附浓度、脱附时长都需要专业的人来操作,技术上是比较难实现的,日常脱附需要专业人员来操作,需要认真对待。
下面是目前市面上常用的三个原理图:
上图是目前市面上用的最多的一种,在线脱附模式下,偶尔有可能会超标。离线脱附模式下,大概率会超标。
上图是部分厂家改造后的一种,在线脱附模式下,理论上不会超标。经过CO炉处理过的废气掺入干式过滤箱后,由于原始废气风量大、浓度低,再加上吸附床的吸附处理,排放到烟囱里废气浓度更容易控制。
将催化后的废气引入干式过滤箱,还有一个好处,就是可以稍微提高吸附废气的温度,降低吸附废气的湿度,防止过滤袋结露。
上图中,在CO炉废气进入烟囱的管道中,增加了一个低温催化段,由于风量小,催化剂的使用量也不大。也是一个挺好的补救方案。
无论将CO炉催化燃烧后废气混入原始废气里面,再经过吸附床吸附后排入烟囱;还是通过在线脱附模式,将其与正常吸附后的废气混合后排入烟囱,本质上都是变相地“稀释了”催化燃烧排放的废气的浓度来实现达标排放。在这里用“稀释”这个词可能不太准确,因为毕竟大部分有机废气还是被CO炉烧掉了,并且在线脱附模式下,最终排放数据确实是达标的。
2.3脱附时间的计算
1个两万风量的活性炭吸附床,5层活性炭装填量:
0m3/h÷1m/s×0.5m÷=2.78m3,优质活性炭密度kg/m3,理论吸附量超过自重的35%,工况下动态吸附量按自重的10%计算。一个吸附床的废气吸附量:2.78m3×kg/m3×10%=.2kg。脱附风量按0m3/h设计。
理论安全离线脱附时间:.2kg÷0m3/h÷.3mg/m3×=21h
看到这个数据是不是很震惊,安全脱附时间竟然需要21个小时!
行业内常用的脱附时间是6-8h,实际脱附时平均浓度:
.2kg÷0m3/h÷8h×=mg/m3
6-8h还是包括吸附床升温和冷却时间的,真正的脱附时间是不到6个小时的。况且,mg/m3还是平均浓度,如果不加控制,脱附温度到达废气沸点时,浓度会突然升高,脱附废气浓度峰值有可能会超过10g/m3,超过了部分有机废气的爆炸下限的1/4。
吸附床脱附时,①“削峰填谷”尤其重要,务必控制好脱附出来的废气的浓度。逐渐升温,让“滔滔洪水”变成“涓涓细流”。强烈建议CO炉前面增设1套PID浓度检测仪,并且要有足够的应急响应时间,管道的长度要足够,否则,当发现浓度超高时,已经无法补救了。通常,催化燃烧区,废气入口温度℃,温升30-90℃。CO炉内,若入口废气浓度过高,会导致催化燃烧设备飞温,损坏催化剂和设备,产生安全隐患。
活性炭脱附升温与甲苯浓度之间的关系
图片来源于:北京市劳动保护科学研究所②根据实际工况,合理计算脱附周期,因为活性炭的吸附量约是沸石的5倍,不要等到活性炭完全吸附饱和时再去脱附。完全吸附饱和后的吸附床内有大量的有机物(上百公斤),贸然去脱附,最高点浓度很难控制,容易发生危险。脱附时间控制在8个小时内(一个班时)比较合适,脱附出来的废气浓度控制在-0mg/m3之间比较适宜。反算得出:每立方活性炭吸附25kg有机废气时,就应该开始脱附。根据稀释剂的使用量是可以计算出合理的脱附周期的。
三、设备制作中的细节
对于理论上可行的处理技术,净化效率的高低完全取决于设备制作的水平。
3.1前端净化
前端净化非常重要,却常常被忽视。很多项目,无论是沸石转轮+RTO,还是固定吸附床+CO,都是因为前端过滤不好而失败的。前端过滤不干净,后端上啥设备都白费。喷漆废气、含油废气、冒黑烟的废气,前端过滤简直是废气治理行业的三大难题。很多人都做不好,原因就是过滤方法选择不当。
①喷漆废气:业内其实早已有很成熟的方案,大型整车汽车厂、客车厂,涂装车间用的都是水旋喷漆室或文丘里喷漆室,漆雾过滤效率非常高,过喷的漆雾被带入水里,通过添加絮凝剂的方法,定期捞渣和清污。由于大厂都有自己的污水处理站,涂装废水可以定期排放到污水站进行治理。
水旋喷漆室是沿用国外成熟的技术,一直使用至今。漆雾处理效率能达到98-99%。关键部件就是其中的水旋器,风和水调节到合适的比例,在水旋器内部,高速的气流将低速的水流撕裂、雾化,废气和水滴能充分的接触、洗涤,漆雾处理效率极高。
目前在水旋喷漆室的基础上研发一款新的产品———水旋塔,切中漆雾治理的要害,技术成熟可靠,处理效率高,抽风不带水,捞渣清污方便,水可以长时间的循环使用,按年定期收集卖给有资质的回收单位。
对于没有污水处理设备的中小企业来说,干式漆雾过滤器也是一种可行的方案。需要注意的就是,务必坚持按时更换滤材。一旦过滤材料堵塞或破损,后端再先进的设备也无法正常运行。漆雾过滤至少需要4-5级,过滤精度依次升高,不要在此偷工减料。目前大部分公司都做不到按时更换耗材,这是整个行业的一个通病。
②含油废气:首先要弄清楚废气是油烟还是油雾,油烟主要是固体颗粒物,建议使用水旋塔+静电除油;油雾主要是小液滴,建议使用丝网过滤器+静电除油。不要小看这两句话,这是多年来实践中摸索出来经验,交了不少学费。做好了,就是药到病除;做不好的话,碰到厉害的业主,直接对簿公堂,让你血本无归。典型的一个行业就是,橡胶硫化的废气治理,建议用水旋塔+静电除油,效果非常好。掌握关键技术后,就不至于“望油兴叹”了。但是含油废气的治理,仍然是个难题,千万不可轻视,期待更多同仁继续研讨和攻克。
③冒黑烟或青烟的废气:建议是能用除尘器就用除尘器,就像焊烟一样,即使里面有少量的油,但主体污染物还是颗粒物。部分黑烟和青烟会和水发生二次化学反应,生产次生污染物,所以,请谨慎使用湿式除尘,尤其是不要去用喷淋塔。喷淋塔是一款很成熟的设备,在酸碱中和领域中应用广泛。但是,在除油、除烟、除尘方面,几乎是没有多大作用的,处理效率之低下,都是有目共睹的。你相信,下个雨就能解决环保上的难题吗?不是喷淋塔不好,是用的地方不对。经常见到,用了半年的喷淋塔,打开水槽一看,水还是清亮亮的,一点都不带脏的,这能有啥效果啊。至于柴油机冒的黑烟,不是普通的过滤能处理的,需要专业的设备才行。总之,不懂的,不要轻易去触碰,避免因小失大。
3.2吸附床
好多公司在购买活性炭时,