有机废气VOCs处理项目技改工程实例
摘要：技术改造在原有处理设施的基础上,增建挥发性有机类废气(VOCs)处理设施,参照原有工艺优选国内外现有有机废气的主要处理技术确定技改后工艺,增加平台、喷淋塔、UV光子钛触媒、操作系统。
1 引言
挥发性有机物（volatile organic compounds，VOCs）是空气中普遍存在且组成复杂的一类有机污染物，其污染主要表现在两个方面，一方面是多数VOCs本身具有毒理特性，危害人体健康；另一方面是一些VOCs具有较强的光化学反应活性，能在环境中进行二次转化。目前，挥发性有机物（VOCs）与恶臭气体的污染与控制越来越受到人们的重视。
2 工程概况
某新材料科技有限公司位于徐州某县工业园区，是我国新型保温材料行业的重点企业，主要从事国家重点推广的新型建材A级憎水岩棉的研发生产。该新材料科技有限公司在岩棉生产过程中产生的有机类挥发性气体（VOCs），对环境和周边居民生活有一定影响。为创建优质生态环境，落实环保部门要求，该公司领导层拟在已建环保设施基础上，增建挥发性有机物废气（VOCs）处理设施。处置设施运行后该公司岩棉生产线有组织排放的有机物挥发性气体将达到《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）中的新污染源废气排放二级标准。
3 技改前有机废气处理现状
（1）原有工艺
原有废气处理工艺流程见图1。
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VOCs有组织排放源和对应单元处理措施见表1。
（2）尾气排放量及执行标准
该新材料科技有限公司厂内有组织排放的尾气主要有是NOx、SO2和甲醛，处理后主要污染物指标执行《大气污染物排放标准》（GB16297-1996）二级标准，见表2。
4 技改后处理工艺
（1）VOCs废气处理工艺选择
国内外现有有机废气的主要处理技术有：活性炭吸附法、UV光子钛触媒、化学反应法、低温等离子等，详见表3。
通过以上各种处理技术的比对，同时考虑业主的投资成本、设备运行成本以及方便管理，最大限度利用现有设备（喷淋、旋风除尘及水膜除尘），故采用UV光子钛触媒工艺处理该项目污染废气。
（2）处理单元、工艺流程及说明
该新材料科技有限公司岩棉生产线VOCs有组织排放源共两处：冲天炉熔炼工序和施胶工序。VOCs有组织排放源和对应单元处理措施见表4。
（3）处理工艺流程及说明
施胶工序废气处理工艺流程示意图见图2。
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进行前段处理：干法箱式过滤室可以有效阻挡大颗粒及除尘，使废气中的有害物质被大量过滤掉，以减轻后面的处理设备负荷，为后续废气处理设备提供有利条件。
经干法箱式过滤室过滤的有机废气再由两台负压风机吸入喷淋塔进行预处理，喷淋塔预处理可进一步降低废气中颗粒物浓度，并降低废气温度使之满足光氧催化设备使用条件，同时能吸收部分甲醛。预处理后的废气进入光解设备，利用特制的高能高臭氧UV紫外线光束照射有机废气，改变有机废气的分子结构，使有机或无机高分子有机废气化合物分子链在高能紫外线光束照射下，降解转化成低分子化合物，达标后的废气通过烟囱高空排放。
（4）技改后主要构筑物及设计参数
喷淋塔工作时，废气由塔底切向进塔，在塔板叶片的导向作用下使废气旋转上升，并在塔板上将逐板下流的液体喷成雾滴，增大气液间的接触面；液滴被气流带动旋转，产生的离心力强化气液间的接触，并被甩到塔壁上，然后沿塔壁流下，通过溢流装置到下一层塔板上，再次被气流雾化而进行气液接触。
喷淋塔内径设计：吸收塔直径可由吸收塔出口实际烟气体积流量和烟气流速确定。烟气速度增大，传质速率系数增大，有效传质面积增大。但烟气停留时间缩短，要求增大塔高。烟气的流速影响到脱硫效率。合适的流速范围为3-4.5m/s。选取烟气流速u=3.5m/s。则吸收塔直径（D）计算如下：
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喷淋塔塔高设计：吸收区设计，吸收区的高度一般指烟气进口水平中心线到喷淋层中心线的距离。
根据吸收塔高度参考表，吸收区高度一般为5-15m，烟气接触反应时间一般为2-5s。为了保证较高的脱硫效率，设计接触反应时间为2s，则吸收区高度为：h1=u×t=3.5×2=7m，吸收塔喷淋层的喷嘴一般分为切向、轴向和旋转3种型式。本设计中采用轴向式喷嘴，主要原因是这种喷嘴喷出的液滴粒度较小，而且性价比较高。吸收区一般设置3-6个喷淋层，每个喷淋层都装有多个雾化喷嘴，交叉布置，覆盖率达200%-300%。设置4个喷淋层。喷淋层间距一般为1.2-2m，为了便于检修和维护，层间距设为1.5m。入口烟道到第一层喷淋层的距离一般为2-3.5m，本设计为：h2=7-1.5×（4-1）=2.5m。
（5）光氧催化设备通风量及设备选型
设计按照62500m3/h风量进行设计，总共1套光氧催化设备。有机废气首先进入水喷淋预处理，然后分别进入光氧催化设备：有机废气进入水喷淋预处理后满足以下条件：水温≦50℃；相对洁净。在特殊光线的作用下，光触媒会产生强烈催化降解功能：能有效地降解空气中有毒有害气体，能有效杀灭多种细菌，并能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理，同时它还具备除臭、抗污等功能。此设备还可以加装纳米级TiO2净化模块（参数比例由公司研发，属保密专利）装置，进一步对废气进行深层催化氧化净化处理。
（6）技改后工程运行情况
目前徐州某新材料科技有限公司技改已成功完成，在废气排放总口末端断面进行检测，结果见表5。
5 经济效益分析
本项目直接投资包括喷淋塔、光子钛催化设备、平台、控制柜、通风管道、连接件及辅材、电线电缆、共计约66万元。设备运行成本主要有，电费、药剂费、易损件更换费用、运输费、人员工资等，其中电费约450元/d，药剂费约400元/d，合计850元/d。
6 结果与讨论
本技改考虑业主的投资成本、设备运行成本以及方便管理，最大限度利用现有设备（旋风除尘及水膜除尘），增加喷淋塔，主要用于有害废气、带有粉尘性气体的前处理，它能有效的分离气体中的固体物。排除后续处理的固体物的干扰，经过喷淋塔处理后能够处理掉废气颗粒物总量的35%左右，并能将施胶工序排放的尾气温度降低至50℃以下，使之满足光氧催化设备使用条件。喷淋塔直径2.5m，高度7.0m，烟气流速3.5m/s，设备占地符合场地要求，造价不高。增加光子催化氧化废气处理设备，能够有效去除甲醛。
7 结论
本工艺在设备正常运行时可以达标排放，符合《大气污染物排放标准》（GB16297-1996）表2二级标准，对类似有机废气处理工程具有一定的参考价值。
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