某厂喷漆车间大气污染物治理工程

1.工程设计

（1）工程概况

某厂在精加工件喷漆生产过程中,会用到易挥发有机溶剂。其中如二甲苯、甲苯、乙酸乙酯、丁酮等低沸点、高挥发性溶剂含有的芳香烃既有毒,又易燃。

在生产过程中喷漆车间会产生大量的涂层漆雾,而且废气中含有较高浓度的甲苯,产生刺鼻的味道。若不经处理直接排入大气,不仅会污染周围的环境,而且会导致原物料消耗,同时影响企业的形象,因此要进行处理。

（2）设计范围

设计范围:对其喷漆机和喷码机厂房设置通风系统,以排除厂房喷漆过程中的空气污染,改善工作环境。原有的自然通风效果较差,不能满足工业环境的要求。本设计针对三条输油管喷漆生产线、喷漆机和喷码机的局部通风系统及有机废气净化进行设计。由于工艺设备的限制,三条生产线分别独立设计。本设计含局部排风系统和净化系统设计。

（3）设计原则

①采用先进、实用、可靠的处理工艺,净化效率高,确保漆雾经处理后达标排放,改善工作环境。

②采用合理的工艺布置,尽量降低工程投资及占地,在保证达标的前提下,以最小的资金达到预期的处理效果。

③运行费用低,运行稳定。

④采用先进可靠的技术设备,操作、维护、管理方便。

（4）设计参数与指标

①设计参数

根据实际情况,因为对工厂静音及工艺的要求,应该控制风速。喷漆机、喷码机上集气罩控制风速为0.25m/s,地上风管控制风速为5～6m/s,地下风管控制风速为7～8m/s。

②有害污染物基本性质

漆雾处理系统处理的漆雾主要含有甲苯、二甲苯,它们的主要性质如下。

甲苯:沸点为110.63℃,不溶于水,可与甲醇、乙醇、氯仿、丙酮、乙醚、冰醋酸、苯等有机溶剂混溶,低毒类,有麻醉作用。

二甲苯:沸点为138.5～141.5℃,不溶于水,可与乙醇、乙醚、苯等有机溶剂混溶,在乙二醇、甲醇、2-氯乙醇等极性溶剂中部分溶解,一级易燃液体,低毒类。

甲苯和二甲苯均属于有机溶剂,具有溶脂性（对油脂具有良好的溶解作用）。所以,当溶剂进入人体后能迅速与含脂肪类物质作用,特别是对神经组织产生麻痹作用,产生行动和语言障碍。

③排放标准

有关污染物的排放及厂界标准,见表3-7枟大气污染物综合排放标准枠（GB 16297—1996）。

表3-7　废气执行排放标准值（GB 16297—1996,二级、新扩改）

注:排气筒高度设为15m。

（5）喷漆车间废气处理设计方案

①密闭罩的设计

密闭罩是用来捕集有害物的。它的性能直接影响局部排风系统的技术经济指标。性能良好的密闭罩,只要较小的风量就可以获得良好的工作效果。图3-11为密闭罩剖面图。

设计中的一号、二号线密闭罩,上口面积A＝1.482m2,吸入速度υ＝0.25m/s,安全系数β＝1.15,通风量Q＝3600Aυβ＝1533.87m3/h。三号线密闭罩,上口面积A＝1.519m2,吸入速度υ＝0.25m/s,安全系数β＝1.15,通风量Q＝1572.17m3/h。

图3-11　密闭罩剖面图（单位:mm）

②通风管道的设计

系统中的各种设备或部件连成一个整体需要通风系统中的风管帮助。合理选定风管中的气体流速,管路力求短、直,对提高系统的经济性有很大帮助。设计中通风量主要来自局部排风罩,三条生产线风量大致相等。考虑经济因素,地上部分矩形镀锌钢板风道设计为风速υ＝5.56m/s,风道尺寸为320mm×250mm。风量调节阀采用钢板制作。地下水泥风道设计风速υ＝7.11m/s,风道尺寸为250mm×250mm。地下混凝土风道每20～25m应设置一道伸缩缝,缝宽20～40mm,缝内用沥青填实,缝外用V形铁皮及卷材密封。地下风道的采用,有效地利用了厂房空间,不会对工人的正常工作生产产生影响。图3-12～图3-14分别为一号线、二号线、三号线侧视图。

图3-12　一号线侧视图（单位:mm）

图3-13　二号线侧视图（单位:mm）

图3-14　三号线侧视图（单位:mm）

③废气净化设备

A.工艺的比较及选择。喷涂废气主要由两部分组成:液态的漆雾和气态的VOCs喷漆废气。喷涂废气的处理方法种类繁多,特点各异,常用的有冷凝回收法、吸收法、直接燃烧法、催化燃烧法、吸附法、过滤水洗法等。

a.冷凝回收法:该法是将废气直接冷凝或吸附浓缩后冷凝,冷凝液经分离回收有价值的有机物。该法适用于浓度高、温度低、风量小的废气处理。但此法投资大、能耗高、运行费用大,因此如无特殊需要,一般不用此法。

b.吸收法:该法可分为化学吸收和物理吸收,但“三苯”废气化学活性低,一般不采用化学吸收。物理吸收是选用具有较小挥发性的液体吸收剂,它与被吸收组分有较高的亲和力,吸收饱和后经加热解析冷却后重新使用。该法适用于大气量、温度低、浓度低的废气,但装置复杂、投资大,吸收液的选用比较困难,存在二次污染。

c.直接燃烧法:利用燃气或燃油等辅助燃料燃烧放出的热量将混合气体加热到一定温度（700～800℃）,停留一定的时间,使可燃的有害气体燃烧。该法工艺简单、设备投资少,但能耗大、运行成本高。

d.催化燃烧法:在催化剂（例如铂、钯）的作用下,在较低的温度下可以将废气中的有机污染物氧化成二氧化碳和水。催化起燃温度约为250℃。催化燃烧处理方式虽然在一定程度上解决了活性炭饱和问题,但耗电量较高,且使用一段时间后,催化剂会中毒,同时燃烧时的能耗高,能量没有回收造成浪费。所谓“中毒”,就其本质而言是指反应混合物中所含杂质和毒物通过可逆或不可逆的强化学吸附而占据了催化剂活性位所导致的催化剂失活现象。第一类是如果毒物与活性组分作用较弱,可用简单方法使活性恢复,称为可逆中毒或暂时中毒；第二类是不可逆中毒,不能用简单方法恢复活性。有机废气催化燃烧净化装置价格大约为4.5万元人民币。目前常用的贵金属催化剂由于资源稀少、价格昂贵且易中毒,本方案不建议采用。

e.吸附法:活性炭吸附处理的主要问题在于活性炭易于饱和,同时由于活性炭阻力较大,需要压头较高的风机,能耗大。活性炭的再生可分为两类,即通过吸附在活性炭上的物质（吸附质）脱附和吸附质的分解进行再生。改变活性炭的环境至吸附质容易脱离状态的操作称为脱附。一般有以下3种情况:降低压力或者浓度；提高温度；使用化学药品。在水处理之类的场合中使用过的活性炭,吸附了分子量大、沸点高的多种物质,有时不能通过脱附再生。因此,通常使用分解的方法进行再生。

f.过滤水洗法:将车间产生的漆雾通过风机的负压值,引至过滤器,过滤器中装有多个螺旋喷头,并挂了多个湿帘进行过滤。该方案适用于低浓度、小风量的废气处理。该法简单、成本造价低,但只能处理表面的漆粒,而不能除去废气中的化学成分。

经过综合比较,对于液态漆雾,采用过滤水洗法湿法除尘,有一定效果（涂料进入水体后要考虑废水处理）,但对不溶于水的VOCs,需采用活性炭吸附法。

B.废气净化工艺流程。废气净化工艺流程简图见图3-15。

图3-15　废气净化工艺流程图

工艺流程设计说明:涂装漆雾采用捕集—过滤洗涤—吸附的治理工艺。该工艺由捕集罩、水帘机、吸附器、排风机及控制系统等主要设备组成。

水帘机实际上是一台带有水帘的排风机,它投资少,运行费用低,使用效果好。它是提供喷漆作业的专用环保设备,能将喷漆过程中产生的喷雾限制在一定的区域内,并得到处理。采用以水为介质的湿式处理方法,通过水捕捉集中在喷漆作业区域内的漆雾,再对含漆雾废水进行处理,过滤后循环使用。

目前水帘机中所设置的喷雾处理装置只能处理喷雾中的树脂成分,不能处理其中的溶剂蒸气,喷雾排入大气中仍然要造成污染,所以需另设专门的废气处理装置来处理。

水帘机侧吸收塔安装在现有面漆排风口（室外）处,并与水帘机烟气联通。吸收塔里面装有喷淋装置,所有喷头均选择无堵塞型喷头,且所有喷淋管实现法兰连接,可在线更换拆除清理。所有喷淋管道、阀门均采用UPVC管材。加装风门闸板,可实现旁路排放。

烟气经过旋流板后,进入了干式过滤器,过滤掉多余的水分后,进入活性炭净化器,脱除不溶解于水的有机气体后,由引风机达标排放。净化后的气体达到环保排放要求。

④风机的选择

风机向机械排风系统提供空气流动的动力。为了防止风机的磨损和腐蚀,通常把它放在净化设备的后面。一般风机选型应遵循以下4条原则。

a.要满足使用风压和风量的要求。系统所使用的风压和风量是两个关键数值,必须经过准确的分析和计算,最好以实测值为基础。计算数据与实际运行值之差不应超过10%,因为在这样的范围内,可使风机在高效区工作。

b.根据负荷类型确定调节方案。负荷类型不同,风机的调节方式也有所不同。负荷类型一般分4种:高流量型、低流量型、多变流量型、间歇流量型。

c.根据高效、节能、低噪原则选型。

d.根据使用环境、某些特殊要求及输送介质的类型选型。由于本设计风机设置在吸收塔后面,该问题不需考虑。

如果要求风机性能较高,风量、风压较高,而风机噪声要求不是很严格时,可选风机转速高一些的；如要求风机噪声较低,可选风机转速低一些,这样为满足相同的风量,风压性能就需要加宽叶片或增加叶片数,风机成本上升。风机直径规格、转速可在满足条件的范围内任意选定。但为了风机的标准化,如无特殊要求还是尽量按标准的直径规格和风机转速选用。

考虑到管道可能漏风等原因,一般在系统所需风量、风压的基础上乘以一个安全系数,来确定风机的风量和风压。风量附加安全系数:一般送风、排风系统为1.10；除尘系统为1.10～1.15；气力输送系统为1.15。风压附加安全系数:一般送风、排风系统为1.10～1.15；除尘系统为1.15～1.20；气力输送系统为1.2。风机选型的关键是正确地确定系统风量、风压。风压偏高、风量偏大,与实际需要相差太大,不但会有大量的能源浪费,而且会给运行带来很大困难。由前面设计计算,本设计一号线风量取1535m3/h,选型风压取291Pa；二号线风量取1535m3/h,选型风压取60Pa；三号线风量取1575m3/h,选型风压取166Pa。所有风机均选择涡流式工频离心风机。

2.案例评析

本设计中采用的局部排风系统需要的风量小,效果好。防止工业有害物污染室内空气的最有效方法是在有害物产生地点直接把它们捕集起来,经过净化处理,排至室外。在局部排风系统设计中采用了密闭罩,用较小的排风量即获得了最佳的控制效果,这可为今后同类工程作参考。

有害气体的净化方法主要有燃烧法、冷凝法、吸收法和吸附法四种。目前比较成熟的技术还是活性炭吸附法,但该工程在调试运营过程中,发现油漆雾有黏性,对活性炭吸附塔偶尔有堵塞现象,需加强巡查。本设计所采用的水帘机具有投资少、运行费用低、使用效果好等优点,很受生产企业欢迎。