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            某印刷车间VOC废气处理系统设计示范工程

            发布时间: 2018-08-15     来源: 知网

            简要介绍了经济日报社印刷车间的工程概况与通风系统,计算了生产过程中产生的VOC废气的排放量,并根据排放标准计算了总净化效率。设计了三级净化系统对VOC废气进行处理,并详细介绍了其特点。总结了该工程的不足之处。

            1工程介绍

            1.1工程概况

            经济日报社新建的印务中心及综合办公楼(A),建筑总面积48630m2,建筑高度60m,地下3层,地上15;报纸及刊物印刷车间设在地下2层和地下1层通高空间,印刷车间尺寸为33.1m×24.0m×9.3m(××),净面积为794.4m2,装有4台大型进口印刷机。

            建筑主体毗邻市内交通次干线,距离地铁4号线陶然亭站D口仅50m。为降低噪声、减少对周围居民的环境影响,将印刷车间全部设在地下空间。

            1.2通风系统

            根据空调冷负荷计算,印刷车间总送风量为98000m3/h,换气次数为13.3h-1。设计2台一次回风全空气式空调处理机组,每套空调系统风量为49000m3/h

            2套系统共配备12个平送风口、12个下送风口、12个侧回风口(不包括控制间和操作间风口),采用中部送风、上部回风的气流组织形式。

            印刷车间产生的挥发性有机化合物(VOC)废气通过屋顶排放口(排气筒)集中排放,排气筒高度相对室外自然地坪高60m。为充分利用过渡季和冬季室外新风,每套空调系统配备1台变风量排风机,排风量控制在490024500m3/h之间,总排风量为980049000m3/h

            部分回风经过处理后循环使用。空气处理系统流程图见图1

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            1 空气处理系统流程图

            2印刷车间污染物及排放量

            2.1VOC气体及来源

            世界卫生组织对总挥发性有机化合物(TVOC)的定义为:熔点低于室温而沸点在50260℃之间的挥发性有机化合物的总称。

            VOC的主要成分有:烃类、卤代烃、氧烃和氮烃,包括:苯系物、有机氯化物、氟利昂系列、有机酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烃化合物等。

            印刷车间的VOC气体主要来源于印刷过程中油墨和溶剂(清洗剂、润版液等),主要成分为:苯、甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙醇、丁醇等,不仅对人体健康造成损害,对环境也造成很大危害。

            同时该车间还存在少量粉尘、纸屑和水气,因此控制的主要污染为粉尘和VOC有机溶剂挥发物,主要控制指标为非甲烷总烃(NMHC)

            2.2VOC气体排放量

            根据使用方提供的数据,印刷车间建成投产后,年印刷量约5.5亿张对开标准报纸(780mm×540mm),原材料年使用量、有害气体挥发比例、有害气体年挥发量、有害气体挥发速率(按一年365d,印刷机每天累计工作时间8h计算)、有害气体初始浓度如表1所示。

            表1 有害气体参数

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            2.3VOC气体排放标准及设计总净化效率

            201571日起执行更为严格的北京市地方标准DB11/1201—2015《印刷业挥发性有机物排放标准》,排气筒高度不低于15m,挥发性有机物排放浓度限值见表220161231日之前为表2时段,之后为时段。

            表2 挥发性有机物排放浓度限值mg/m3

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            DB11/1201—2015《印刷业挥发性有机物排放标准》时段NMHC限值30mg/m3的要求,总净化效率ηz≥97.48%((1189.55mg/m3-30mg/m3) ÷1189.55mg/m3);按排气筒出口净化要求对VOC废气进行处理,设计总净化效率ηsz≥98%(见表3),计算处理前最大质量浓度可控制在1500mg/m3以内。

            表3 设计净化效率和排放浓度

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            3三级废气处理方式

            该项目主要是印刷VOC废气净化,通过整体换气的原则利用空调系统将废气收集。

            考虑到印刷废气排放源分散、空调换气次数大、VOC浓度低的特点,对空调回风口、总回风段和屋顶排气筒排风进行净化,采用三级净化方式对VOC废气进行处理,达到零排放(gaszero emissionGZE)或近零排放。

            第一级,回风口粗效净化。主要目的是针对印刷车间产生的少量纸屑、粉尘进行粗效过滤,故第一级VOC气体净化效率η1=0%

            第二级,回风系统净化。考虑到空气循环的需要,部分排风作为回风使用,因车间废气含有VOC气体,故需要经过净化后再作为回风,否则车间浓度会越来越高,对工人的身体健康产生危害。

            考虑报纸印刷产生的VOC废气浓度不高,但作为循环气需要进行净化处理,因此二级净化设计采用协同氧化技术(synergism oxidation technologiesSOT)废气净化机(参数见表4)进行处理,设计风量为49000m3/h(2套,见图1),第二级设计VOC气体净化效率η2=60%

            第三级,建筑屋顶排气筒外排口排放达标净化。整个系统唯一外排口为屋顶设置的风口(2500mm×600mm),此排放口为最重要的环保监控点,需要进行彻底净化,保证排放达标。

            表4 SOT废气净化机参数

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            因此设计“流化床浓缩反应器(fluid bed concentrator reactorFBCR)+蓄热催化燃烧器(regenerative catalytic oxidizerRCO)”的工艺流程进行废气净化(见图1),排放标准设计为零排放或近零排放,第三级设计VOC气体净化效率η3=95%

            4三级净化工艺特点

            4.1第一级

            12个回风口增加自制过滤层,直接安装到回风口上,尺寸为1050mm×750mm,过滤材料选择高效天然过滤材质,具有可降解、无二次污染及可再生的特点,有两方面的作用:一是对大颗粒污染物有很好的阻挡过滤效果;二是对后级净化设备起保护作用,过滤层容尘量大,使用寿命长(可用热空气吹脱)

            4.2第二级

            SOT是一种复合氧化技术,在等离子体和高能光子的共同作用下,设备内部发生等离子体裂解反应、高能紫外线(VUV)光解反应、臭氧高级氧化反应、光催化氧化反应,其作用远远大于单一的反应手段,同时这些反应之间还有相互促进和互为转化的效应。

            在这个过程中,等离子体、光量子、臭氧、羟基、催化剂等共同发生作用,协同分解的结果是有效降解VOC气体中的大分子有机物质,经过一系列复杂的氧化还原反应后,最终生成小分子无害无机物CO2H2O等。

            4.3第三级

            4.3.1流化床浓缩反应器FBCR

            FBCR是吸附浓缩+脱附一体化的有机废气净化装置,利用了沙漏原理实现介质完全靠重力的作用自动在反应器内流动;吸附室和脱附室紧密相连,当介质在吸附室完成吸附后随即流化到脱附室进行解析,VOC脱出后完成再生,马上又恢复了吸附活性和能力。

            该工艺的一个显著特点是吸附介质是流动的,反应器在不同的流化段吸附、脱附同时进行;第二个特点是解析方式的改变,即变介质的间隔性、统一再生为即时性、分散再生,使解析气流量小、均衡、平稳;

            第三个特点是采用升温和变压组合技术进行解析再生,脱附速度快,脱附效率高。正常情况下,多数介质处于吸附状态即工作态,而吸附一定量VOC后的介质随着流化床运动进入脱附室后随即进入解析状态即脱附态,整个吸附介质处于吸附、脱附循环往复状态。

            废气通过吸附反应器时VOC成分被吸附截留,洁净尾气达标排放;截留下来的VOC气体通过脱附后由后处理单元净化处理,实现对废气的彻底净化。即时脱附功能的实现保证了介质始终保持高活性状态,使整个净化系统可以反复循环使用,实现了吸附介质的利用价值最大化(见图2)

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            2 流化床浓缩反应器FBCR工作原理

            有机废气在反应器内完成吸附、脱附整个过程,实时再生保证了系统连续循环运转,净化后的废气达标排放。截留下来的浓缩VOC气体可通过燃烧完全氧化分解,实现零排放;或进行二次处理,配合冷凝工艺可实现溶剂回收。

            FBCR系统最大的优势是实现吸附室和脱附室分离,即不必停下来脱附而影响系统排风;又可根据排放气体的VOC浓度灵活掌握脱附周期和时间间隔;间歇式脱附模式保证了最低的运行费用,减轻了用户的经济负担。国内外常用的反应器见表5

            表5 国内外常用的反应器

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            4.3.2蓄热催化燃烧器RCO

            该项目配备1台蓄热催化燃烧器,燃烧炉总处理风量设计为1000m3/h。结合蓄热燃烧和催化燃烧,在炉腔内形成400420℃的高温,可将脱附解析的高浓度VOC气体彻底分解(见图3),而不会产生NOx(雾霾主要成分之一)等二次污染物。

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            3 蓄热催化燃烧器RCO工作原理

            5结论

            印刷车间自20165月投入运行,在3台印刷机(1台尚未安装)非全负荷工作状态下,印刷车间产生的VOC废气通过三级处理,实现了达标排放(检测报告见表6,采样点为废气总排放口,排放高度为60m)。表6检测报告该项目总体建筑设计开始于20125月,随着新标准的实施,在原有空调通风方案基础上进行优化改建,故存在一些不足之处。

            1)在空调机房安装二级净化设备SOT废气净化机,面积偏小,且与空调机组回风口位置不对应,空调回风静压箱重新开孔,风道增加了较多不必要的弯头,带来漏风量、风阻增加和维修空间过于狭窄的问题。

            2)印刷车间内送、排风道截面较大,风道安装时喷淋管、消火栓管、强电弱电管线等已全部施工完毕,不易寻找风道合理路由,对车间整体布局造成严重影响。

            3)三级净化处理设备放置在屋面,因体积较大、质量较大,摆放位置受到很大制约,风道加长、风阻增加,影响建筑屋面(上人屋面)的使用和美观。目前对印刷车间的气流组织存在一些争议,认为应该将空调通风系统和有害空气处理系统分别设置,充分利用室外新风,以减少有害空气处理量,降低能耗。该项目因空间小,改造和探索并存,难以实现上述目标。