喷漆废气处理方案0002

1、喷漆废气处理设计方案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。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/m3，故属于高浓度高风量型。设计规模废气处理量： 33000 m3/h ；甲苯排放量为 270 kg/h （最大值） 备注：本方案按最大值设计。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。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序号污染物最高允许排放浓度， mg/m3最高允许排放速率， kg/h排气筒高度， m二级标准1甲苯4015203018设计参考资料以及法规标准涂装作

3、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 1998 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。工艺设计设计原则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采用先进、合理、成熟、可靠的处理工艺，并具有显着的环 境效益、社会效益和经济效益。工艺设计与设备选型能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。在运行过程中，便于操作管理、便

4、于维修、节省动力消耗和 运行费用。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 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

5、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 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

6、期，能够兼顾回收率和处理成本。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：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： 烘干废气集气过滤风机列 管式凝器3-1 系统工艺1 流凝器程图冷凝器引风 机工艺流程说明： 溶剂水 过一组过滤阻分火离器，去除尾气中的固冷体凝水杂质，然后进入列冷却管水式冷凝器，将气态 水 回收槽 贮槽 甲苯冷凝为液体。经冷凝，温度冷却至 24以下。由于甲苯沸 因此可回列收管大式部分甲苯冷凝器由于甲烘苯箱出口废气中甲苯甲浓苯度较高，因此统贮槽 贮槽贮槽回收槽贮槽

7、尾气排收集后先通约为 110，经冷凝的废气由引风放机导入活性炭吸活性附吸炭器附器，进行活性炭吸附处理。吸附器低 压 蒸 锅炉房共设两组，交替使用。饱和后的活性炭采用低压汽蒸汽再生，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。工艺系统说明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。 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。主要工艺设备功能简述除尘器主要作用：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

8、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。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。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。主要设备设计主要设计参数主要设计参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 (m

9、g/m3)处理后浓度(mg/m3)回收( kg/h )回收效率 (%)列管式冷凝器330008182904活性炭吸附器90440主要设备除尘器（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： 33700m3/h ；压力损失： 1039Pa；除尘效率：可除去 5m以上的粉尘，效率 95 99。（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

10、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： 3530m3/h ；壳体材料： SUS304；L 滤芯材料：金属粉末烧结管； 过滤精度： 120 m；工作压力：。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， 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。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

11、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，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=, B=, C= 。由 Antoine 方程 ln p A B

12、（ pTC为温度 T 时的饱和蒸汽压， mmH）g80时 p； 24时 p因此， 80降温至 24的回收率为 291.21 27.00 291.21所以，至 24时甲苯冷凝量为 270%=h，剩余流量为 270 h。24时总废气体积约为 33000 24 273.15 27767m3 ，冷凝处理后废气中残留 80 273.15甲苯浓度为 25.1 106 904mg/m327767计算换热器的面积 A80时甲苯质量流量为 270kg/h ，则每小时排出的甲苯体积 V为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 PVM1 33000 2831908

13、kg/hRT 0.082 (80 273.15)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) 。 (80 - 24)热负荷 Q1甲苯降温传热量空气降温传热量 270 (80 - 24) + 316386106 kJ/h冷却水用量 W cQ t 4.21.8(2310 20) 143t/h先按单壳程考虑：对数平均温差P|T1 t2 | |T2 t1 |ln( T1 t2 )/(T2 t1)T1t2T2 56 t1 3t1 1 t1 20根据 R、P的值查温度校正系数图可得，温差修正系数 F

14、t ，可见用单壳 程合适，因此有效温差 T Ft Ttm 假定换热器总传热系数为 K 130W /(m2 K) ，则所需传热面积为 :Q2T K 216m24)主要工艺及结构基本参数的计算 40选用 25钢管，材质 20 号钢。 取管内冷却水的流速为 m/s ，则管数 n4Vu di 24 (143000/3600)/1000 253根管长 l An d0216253 0.02510.9m0.50.022因此，取管程数为 2，管长为 6m，总管数为 253 2506 根。壳体的公称 直径 DN800mm，公称压力为 10kgf/cm 2。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，

15、列管式冷凝器 _1 的主要参数是：选用 6m长的 25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；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

16、量脱附时甲苯回收率 904 40 需吹脱甲苯量为 kg/h 。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=, B=, C=。由 Antoine 方程 ln p A T BC (p为温度 T 时的饱和蒸汽压， mmH）g120时 p； 30时 p因此， 80降温至 30的回收率为984.7 36.67 ，即甲苯基本上全部冷984.7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

17、苯降温传热量蒸汽传热量蒸汽冷凝潜热24 (120 - 30) + 150 (120 - 30) 150 2232106 kJ/h6h20)冷却水用量 W Q 0.395 10 c t 4.2 (25先按单壳程考虑：对数平均温差|T1 t2 | |T2 t1 | ln( T1 t2)/(T2 t1) T1 T2R t12 t12 18t1 1 T1 t1 20根据 R、P 的值查温度校正系数图可得，温差修正系数Ft ，可见用单壳程合适，因此有效温差 T FtTtm 35K假定换热器总传热系数为 K 350W /（m2 K ） ，则所需传热面积为 :ATQK 9m24）主要工艺及结构基本参数的计算

18、选用 25钢管，材质 20 号钢。 取管内冷却水的流速为 0. 5 m/s ，则管数n4V 4 (18800 / 3600) /1000 34根 u di 2 0.50.022管长 l An d0 3490.0253.4m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 DN 400mm，公称压力为 16kgf/cm 2。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 25钢管（材质 20 号钢）共 68根；换热面积 9m2；壳体直径 400mm；冷却水用量为 h；蒸汽由 120降至 30，冷却水由 20

19、升至 25。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。（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/m3， d p 5mm，空隙率 。甲苯在该活性炭上的吸附等温线方程为式中： a气相浓度为 cmv时的平衡吸附量， kg/kgAC；3cmv 气相中甲苯的浓度， g/m3。由废气中甲苯浓度为 cmv g/m 3可得，活性炭吸附甲苯的静态饱和吸附容量 a

20、 kgAC。固定床吸附器主要参数计算选定吸附器中的气速为 s，此时吸附带长度为，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 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 kg/kg 。吸附器直径为吸附带内的活性炭量为 ( /4) 5.42 0.3 450 3092kg 吸附带内的活性炭可吸附的甲苯量为 0.116 3092 358.67kg 吸附工作周期按 2 天(16h)计，则每一周期的吸附量为 吸附带外所需的活性炭用量为 478 358.67 0.893m30.297 450吸

21、附器总高为 0.893 2 0.3 0.339m( /4) 5.42活性炭总用量为 3092 / 450 0.893 7.77m3 气流穿过固定床层的压降估算式为： 式中： p 压降， Pa；空隙率， m3 空隙/m3吸附床；dp 吸附剂颗粒直径， m；g 气体密度， kg/m3；气体表现质量通量， kg /(m2 s) ；床深， m；气体黏度，Pa s 。30 下 气 体密 度为 g1.189kg / m3 ， 黏 度 为 1.83 10 5Pa s ，0.476kg/(m2 s) ，因此经计算可得压降为G 33000 2 1.1893600 ( / 4) 5.4252150 (1 0.4)

22、 1.83 10 5 0.339 (1 0.4) 0.4762p ( 3 1.75) 3 3 296Pa 理5 10 3 0.476 1.189 5 10 3 0.43论功率消耗 p Q p (33000 / 3600) 296 2713W ，风机效率以计， 则实际功率消耗 pf 2713 / 0.70 3876W 3.876kW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， d p 5mm，空隙率 ； 活性炭总用量为； 吸附器总高，直径；吸附工作周期为 2 天(16 小时)； 净化效率 ；实际消耗功率。引风机 活性炭吸附器组进口总管处配B4 7

23、2 型防爆离心通风机一台，风量Q=33000m3/h ，风压 671Pa，电机功率 35kw。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

24、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 10 m3/h ，扬程 8m，转速 2900 ，功率为。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，转速 2900 ，功率为。其他电气及自控系统 处理系统总装机容量为，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

25、制室进行自动化控制。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，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。供水根据两个列管式冷凝器计算，循环水用水量为 143 h，即 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，功率为。冷凝器_2的循环水泵使用 1台 2B19B型离心清水泵，设计参数为 Q = 20m3/h ， H =，转速，功率为。由于挥发造成损耗， 循

26、环水需定期补充， 补充量约 8m3/d 。 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250103列管式冷凝器 1单壳程双管程 壳体 8001换热面积216m24列管式冷凝器 2单壳程双管程 壳体 4001换热面积9m25混合溶剂分 层器350m316冷却水循环泵 1Q=72m3/h ，H=11m27冷却水循环泵 2Q=20m3/h ，H=18冷凝甲苯泵Q=10m3/h ，H=8m1防爆管道泵9冷凝水泵Q=86m3/h ，H=2活性炭吸附 系统10引风机Q=33000m3/h135防爆风机11活性炭吸附 罐5400*339212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 人投资估算见表 7-1表 7-1 投资估算表序号设备名称主要技术参数数 量 （台 套）价格（万 元）总价（万 元）备