1、喷漆废气处理设计方案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。杭州一达环保技术咨询有限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 270 kg/h，废气排放量为 33000 m3/h 烘箱出口温度：7080通过计算可得甲苯浓度为：8182m
2、g/m 3，故属于高浓度高风量型。2.2 设计规模废气处理量：33000 m 3/h；甲苯排放量为 270 kg/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 1 GB16297-1996 中甲苯的二级排放标准最高允许排放速率， kg/h序号 污染物 最高允许排放浓度，mg/m 3排气筒高度，m 二级标准15 3.120 5.21 甲
3、苯 4030 182.5 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 GB 6515-86 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
4、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
5、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
6、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：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
7、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。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
8、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
9、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 8182 904 244.9 90.7活性炭吸附器33000904 40 24.0 95.65.2 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 1300mm 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：33700m 3/h；压力损失：1039Pa； 除尘效率：可
10、除去 5m 以上的粉尘，效率 9599。（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：DN250mm；进口风速：20 m/s；风量：3530m 3/h；壳体材料：SUS304L；滤芯材料：金属粉末烧结管；过滤精度：0.5120m； 工作压力：0.61.6Mpa。2. 阻火器根据废气性质和气量，本项目选用 ZHQ型管道防爆波 N阻火器十台，
11、其具体参数为：DN250mm；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 270 kg/h 出口温度 为 24
12、，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 （p 为温度 T 时的饱和蒸汽压，mmHg ）CTBApln80时 p291.21mmHg；24时 p27.00mmHg因此，80降温至 24的回收率为 90.721.907所以，至 24时甲苯冷凝量为 27090.7%=244.90kg/h，剩余流量为 270244.925.1kg/h。24时总废气体积约为 ，冷凝处理后废327615.380243m气中残留甲苯浓度为 6/9127.5g（3）计算换热器的面积 A80
13、时甲苯质量流量为 270kg/h，则每小时排出的甲苯体积 V 为385192).780(.7mMPmRTV又废气总体积流量为 33000 m3/h，废气平均分子量约为 28。80时废气质量流量 kg/h31908)5.2780(.RTV废气中空气的质量流量为 3190827031638kg/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)1.810 6 kJ/h冷却水用量 W 143t/htcQ )203(.4186先按单壳程考虑：对数
14、平均温差 19.95K)/()ln(| 121tTtTtm 12tTR35612tTP0根据 R、P 的 值查温度校正系数 图可得，温差修正系数 0.890.8，可 见用 单壳程合适，因此有效温差 17.8KtF tmtTF假定换热器总传热系数为 ，则所需传热面积为: )/(1302KmW216m 2KTQA（4）主要工艺及结构基本参数的计算选用 252.5mm 钢管，材质 20 号钢。 取管内冷却水的流速为 0.5 m/s，则管数 253 根24iduVn20.5.1/)3614(管长 l 10.9m0A.3因此，取管程数为 2，管长为 6m，总管数为 2532506 根。壳体的公称直径 D
15、N800mm，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 252.5mm 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
16、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 95.6409需吹脱甲苯量为 25.195.624.0 kg/h。一般取蒸汽量：吹脱溶剂量（410）：1，确定蒸汽量为 150 kg/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 （p 为温度 T 时的饱和蒸汽压，mmHg ）CTBApln120时 p984.7mmHg；30时 p36.67mmHg因此，80降温至 30的回收率为 97.3，即甲苯7.98463基本上
17、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 150 kg/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 22320.39510 6 kJ/h冷却水用量 W 18.8t/htcQ )205(.41396先按单壳程考虑：对数平均温差 37.76K)/()ln(| 121tTtTtm18 12tTR12tP0根据 R、P 的 值查温度校正系数 图可得，温差修正系数 0.930.8，可 见用 单壳程合适，因
18、此有效温差 35KtF tmtTF假定换热器总传热系数为 ，则所需传热面积为: )/(3502KmW9m 2KTQA（4）主要工艺及结构基本参数的计算选用 252.5mm 钢管，材质 20 号钢。 取管内冷却水的流速为 0. 5 m/s，则管数 34 根24iduVn201/)3618(管长 l 3.4m0A5.349因此，换热器管程数为 2，管长为 2m，总管数34268 根。壳体的公称直径 DN400mm，公称压力为 16kgf/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_2 的主要参数是：选用 2m 长的 252.5mm 钢管（材质 20 号钢）共 68
19、 根；换热面积 9m2；壳体直径 400mm；冷却水用量为 18.8t/h；蒸汽由 120降至 30，冷却水由 20升至 25。4. 活性炭吸附装置及附属设备（1）根据废气性质和气量，本项目采用低压蒸汽再生的固定床活性炭吸附系统进一步回收废气中的甲苯。废气气量为 33000m3/h，温度 24，废气中含有 904mg/m3 的甲苯，要求出口甲苯浓度为 40 mg/m3，即净化率达到 95.6。（2）活性炭对甲苯的饱和吸附量计算选用某种活性炭的参数如下：堆积密度450kg/m 3， 5mm ，空隙率 0.40。pd甲苯在该活性炭上的吸附等温线方程为13.04.mvca式中：a气相 浓度为 时的平
20、衡吸附量，kg/kgAC；v气相中甲苯的浓度，g/m 3。mvc由废气中甲苯浓度为 0.904 g/m3 可得，活性炭吸附甲苯的静mvc态饱和吸附容量 a0.330kg/kgAC。（3）固定床吸附器主要参数计算选定吸附器中的气速为 0.4m/s，此时吸附带长度为 0.3m，吸附带中活性炭的动态吸附容量按静态饱和吸附容量的 35计，则 吸附带中活性炭所吸附的甲苯为 0.116 kg/kg。吸附带外已经动态饱和的活性炭吸附容量按静态饱和吸附容量的 90计， 则吸附饱和后活性炭所吸附的甲苯为 0.297 kg/kg。吸附器直径为 mD4.5.0)/(36吸附带内的活性炭量为 kg30925.)/(2
21、吸附带内的活性炭可吸附的甲苯量为 67.816吸附工作周期按 2 天（16h）计，则每一周期的吸附量为 kg478160943吸附带外所需的活性炭用量为 389.0529.6.3m吸附器总高为 04.5)/(82活性炭总用量为 37.9.309气流穿过固定床层的压降估算式为：75.1)(15)(2GdDppg式中： 压降，Pa；空隙率，m 3 空隙/m 3 吸附床；吸附剂颗粒直径，m；pd气体密度，kg/m 3；gG气体表现质量通量， ；)/(2smkgD床深，m；气体黏度， 。sPa30下气体密度为 ，黏度为 ， 3/189.mkgg sPa51083.而 ，因此经计算可得压降为)/(476
22、.0.45)/(36022 sGPap 2964.01589.7).(30)75.146.01583)( 3理论功率消耗 ，风机效率以 0.70WpQ26/(计， 则实际 功率消耗 kf 7.370.213综上，选用固定床活性炭吸附器两台，交替使用，其主要参数为：活性炭堆积密度 450kg/m3， 5mm ，空隙率 0.40；pd活性炭总用量为 7.77m3；吸附器总高 0.339m，直径 5.4m；吸附工作周期为 2 天（16 小时）；净化效率95.6；实际消耗功率 3.876kW。（4）引风机活性炭吸附器组进口总管处配 B472 型防爆离心通风机一台，风量 Q=33000m3/h，风压 6
23、71Pa，电机功率 35kw。（5）溶剂水分离器水蒸气用量为 150kg/h（即 150m3/h），甲苯为 24kg/h（即 7 m3/h），两天脱附一次，每次脱附两个小时，因此确定溶剂水分离器的容积为350m3。在此溶剂水分离器上设置安全排气管，每两天排空一次。（6）甲苯贮槽 2由于甲苯脱附量为 24kg/h（即 7 m3/h），且两天脱附一次，每次脱附两个小时，故两天有 14m3 的甲苯产生。因此，可采用直径为 3m，高为 2m 的储罐贮藏。在储罐上要设置安全排气管。（7）液泵选用一台 50SGB10-8 型防爆管道泵将甲苯从溶剂水分离器中分离出来，其主要参数为口径为 50mm，额定流量
24、10 m3/h，扬程 8m，转速2900 r.p.m，功率为 7.5kW。选用两台 4B15A 型离心水泵将冷凝水从溶剂水分离器中分离出来，其主要参数为额定流量 86 m3/h，扬程 8.5m，转速 2900 r.p.m，功率为 2.78kW。5.3 其他1. 电气及自控系统处理系统总装机容量为 36.9kW，由集中安装的电控柜进行控制。为了提高回收率，降低能耗，设备的运行采用自动化控制。参数设置和监控由上位工控机完成，设备运行由 PLC 控制。PLC 安装在电控柜中，与工控机一起放置于便于操作的防爆隔离控制室中。整个装置的温度、压力及管道静电等参数均由传感器采集，传输至集中控制室进行自动化控
25、制。2. 供汽为降低设备投资，节约成本，吸附饱和的活性炭再生时使用低压蒸汽，直接由厂内锅炉供给。锅炉出口压力为 0.2Mpa，蒸汽温度约120。根据工程经验，蒸汽与吸附的溶剂量之比约为 410，需用蒸汽总共 150kg/h。供气周期为 2 天。3. 供水根据两个列管式冷凝器计算，循环水用水量为14318.8161.8t/h，即 161.8m3/h，由泵输送至冷凝器循环使用。冷凝器_1 的循环水泵使用 2 台 4B15A 型离心清水泵，设计参数为 Q = 72m3/h，H =11m，转速2900r.p.m，功率为 2.87kW。冷凝器_2 的循环水泵使用 1 台 2B19B 型离心清水泵，设计参
26、数为 Q = 20m3/h，H =10.3m，转速2900r.p.m ，功率为 2.41kW。由于挥发造成损耗，循环水需定期补充，补充量约 8m3/d。5.4 主要设备表主要设备见表 5-3。表 5-3 主要设备表序号设备名称 型号或规格 数量功率（kw）备注冷凝系统1 除尘器 XCX 型1300mm 四管12 阻火器 ZHQ型25010 1.53 列管式冷凝器_1单壳程双管程壳体 8001 换热面积216m24 列管式冷凝 单壳程双管程 1 换热面积器_2 壳体 400 9m25 混合溶剂分层器350m3 16 冷却水循环泵_1Q=72m3/h，H=11m2 2.877 冷却水循环泵_2Q=
27、20m3/h，H=10.3m1 2.418 冷凝甲苯泵 Q=10m3/h，H=8m1 7.5 防爆管道泵9 冷凝水泵 Q=86m3/h，H=8.5m2 2.78活性炭吸附系统10 引风机 Q=33000m3/h 1 35 防爆风机11 活性炭吸附罐5400*339 2 3.8812 温度测量系统613 压力测量系统914 火灾报警系统315 管道及阀门 1 套16 电控柜 1 含 PLC 及强电17 上位工控机 1其他辅助材料6. 劳动定员设备运行每班 1 人：四班共 4 人；化验计量工兼职 1 名；管理人员兼职 1 名。合 计 4 人。7. 投资估算见表 7-1。表 7-1 投资估算表序号设
28、备名称主要技术参数数量(台套 )价格(万元)总价(万元) 备注1 除尘器XCX 型1300mm 1 7 7.002 阻火器ZHQ型 25010 0.8 8.003列管式冷凝器_1单壳程双管程壳体 8001 1.20 8.00换热面积216m24列管式冷凝器_2单壳程双管程壳体 4001 1.20 5.00 换热面积 9m25 防爆风机 33000m3/h 1 4.80 1.80消声器、减振座6活性炭吸附器1400*38002 8 16.00含活性炭及附件7混合溶剂分层器350m3 1 1.65 1.658 循环水泵_1 72m3/h 2 0.50 1.009 循环水泵_2 20m3/h 1 0
29、.50 0.5010 冷凝甲苯泵 Q=10m3/h 1 0.6 0.60用于气动阀与活性炭再生11 冷凝水泵 Q=86m3/h 2 0.5 1.00用于气动阀与活性炭再生9 管道及阀门 各种规格 1 8.00 8.00废气管路及自动阀、冷却水管及阀门10 自控系统 1 12.00 12.00含 PLC、工控机、仪表11其他辅助材料1 2.00 2.00一 设备直接费 57.55二 其他费用1 设计费 8.52 10%2 安装费 4.26 5%3 调试费 4.26 5%4 管理费 2.56 3%三 工程总价 92.158. 效益估算8.1 环境效益根据年生产 300 天、日工作 24 小时的生产
30、能力估算，废气经处理后，每年可减少向大气环境排放有机物 1944 吨，环境效益显著。8.2 经济效益涂层企业中甲苯用量按 360t/a 计算，90%以上的甲苯在烘干时进入废气，本装置的甲苯回收率在 99%以上， 则每年回收的甲苯总量为：3600.90.99320.8 t/a。甲苯价格按 6000 元/t(2004 年 12 月价格)计算，回收带 来的经济效益：320.8 t/a6000 元/t=192.48 万元/a8.2 运行费用运行费用主要包括水、电费、蒸汽消耗费、人工费及设备折旧费，各项费用计算如下：1、水费循环水按每月更换一次计算，每天补充水量 8m3，则水费为(161.8m312+
31、8m3/d300d)1.50 元/t=0.65 万元/a；2、电费40kW24h300d0.80 元/kWh0.75=17.28 万元 /a；3、蒸汽消耗费蒸汽消耗 150kg/h24h300120 元/t =13.0 万元/a4、人工费人工工资 15000 元/年计，共计 6.00 万元/年；5、活性炭消耗费（使用寿命以半年计）年消耗费用为 9.24 万元/a；6、设备折旧费主要设备使用寿命以 10 年计，年折旧费约 10 万元/a；7、维修费以设备费的 3%计，约 3 万元/a；以上各项费用合计为 59.17 万元/a。扣除成本，每年可带来的经济效益为 133.31 万元/a，投资回收期0.75 年。
