浓缩转轮+RCO工艺计算书.docx
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浓缩转轮+RCO工艺计算书
1设计条件
某汽车制造企业在喷涂工序产生工艺废气主要污染物为漆雾、二甲苯、VOCs等，排放量为73万m3/h，具体详见表：
项目
浓度（mg/m3）
要求去除率（%）
备注
漆雾
4.07
90
二甲苯
54
90
VOCs
151.8
99
烟气量
730000m3/h
根据《环境空气质量标准（GB3095-2012），环境空气功能区分为二类：
一类区为自然保护区、风景各胜区和其他需要特殊保护的区域；二类区为居住区、商业交通居民混合区、文化区、工业区和农村地区。
假设该共产位于二类区，根据《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996），其排放要求为：
污染物
排气筒高度m
最高允许排放浓度mg/m3
最高允许排放速率kg/h
设计排放浓度mg/m3
设计排放速率kg/h
漆雾
15
-
-
0.407
0.3
二甲苯
70
1.0
5.4
3.9
VOCs（按非甲烷总烃计算）
120
10
1.518
1.1
本计算书以附件工艺图为计算前提，进行下述设备的选型计算：
（1）漆雾处理装置、
（2）浓缩转轮、（3）RCO、（4）混合换热器、（5）主风机、（6）RCO风机。
2装置计算
2.1漆雾处理装置
漆雾处理装置由玻璃纤维棉及装置框架组成，玻璃纤维棉由高强度的连续单丝玻璃纤维组成，呈递增结构捕捉率高、漆雾隔离效果好、压缩性能好，能保持其外型不变，其过滤纤维空间结构利于储存漆雾灰尘，具弹性、低压损，对漆雾有较佳的捕集效滤。
玻璃纤维棉捕集来自喷涂工序的边量油漆（即漆雾），避免影响后续的废气处理装置。
通过咨询某玻璃纤维棉供应商，获得其产品参数：
型号
LH/PA-50/60
LH/PA-100
平均计重效率
92%-96%
97%-99%
初阻力
15Pa
20Pa
终阻力
250Pa
280Pa
风速
0.7~1.5m/s
0.7~1.75m/s
容尘量
3200-3600g/m2
3600-4900g/m2
最高耐温温度
170℃
170℃
瞬间温度
190℃
190℃
厚度
50/60mm
100mm
标准尺寸（m）
可按需定制
为保证漆雾处理效果，本方案选择LH/PA-100型号，设计参数如下：
型号
LH/PA-100
平均计重效率
97%-99%
初阻力
20Pa
终阻力
220Pa
风速
≤0.8m/s
容尘量
3600-4900g/m2
最高耐温温度
170℃
瞬间温度
190℃
厚度
100mm
因处理风量较大，设计4套漆雾处理装置，进行并联设置，如示意图所示：
则每套漆雾处理装置的处理风量为：
根据单套漆雾处理装置的风量及设计过滤凤速，每套漆雾处理装置的过滤面积为：
根据该过滤面积，设置漆雾处理装置长度为10米，则宽度为：
对数据进行化整，取d=6.4m。
同时，为保证漆雾处理效果，避免影响后端浓缩转轮的使用性能，采用玻璃纤维棉供应商的建议，设置两层漆雾过滤装置结构示意图如下：
为保证设备能装入两层100mm厚度的过滤层，同时留有检修孔等，设置漆雾处理装置高度为1.5m。
漆雾处理装置阻力为：
漆雾浓度为4.07mg/m3，则单套漆雾处理装置每小时处理漆雾量为：
根据玻璃纤维棉供应商提供的参数，取其容漆雾量为4.5kg/m2，则玻璃纤维棉更换周期为：
根据《环保装置设计手册——大气污染控制装置》，一般工业通风管道内的风速为：
风道部位
钢板和塑料风道
砖和混凝土通道
主管
6~14
4~12
支管
2~8
2~6
设计漆雾处理装置进出口半径为1.1m，则对应风管风速为：
因此该半径符合相关设计要求。
综合上述计算，单套漆雾处理装置的各项参数统计如下：
装置尺寸（长×宽×高）
10×6.4×1.5（m）
过滤风速
0.79m/s
设置过滤层数
2层
设计阻力
40~440Pa
玻璃纤维消耗量
0.16m2/h
2.2浓缩装置
因总处理风量较大，本方案设置两套浓缩转轮装置进行并联，则单套处理风量为：
转轮处于连续转动状态中，工厂排出的处理气（V）中，部分用作冷却气用，经过转轮冷却区后进入热交换器加热至约200℃，再进入转轮脱附区。
从转轮脱附区脱附的VOC废气进入RCO或其他燃烧装置中，经氧化分解为H2O、CO2。
脱附区经冷却区冷却至可吸附温度后得到再生，转入吸附区进行吸附工作。
吸附区净化后的处理气（V1）排放至大气。
浓缩倍率L定义为V1/V2；浓缩转轮的工艺图如下：
2.2.1过滤面积
通过咨询浓缩转轮供应商，建议过滤风速≤2m/s。
据供应商介绍，浓缩转轮分为吸附区、脱附区及冷却区，其中吸附区占截面面积的10/12，脱附区占截面面积的1/12，冷却区占截面面积的1/12，则在该半径下其过滤面积最小为：
设浓缩转轮半径为4.5m，则其过滤面积为63.585>60.8，满足设计要求。
核算当转轮半径为4.5m时其过滤风速：
符合供应商参数要求。
2.2.2浓缩转轮转速
吸附与脱附在转轮运行周期中是同步进行的，两者互为影响并共同决定转轮的去除效率，而转速的大小意味着吸附和脱附时间的长短。
转速过低时，吸附区停留时间过长造成吸附质穿透，此种情况需提高转速加快吸附剂的更替。
转速过高时，脱附区停留时间过短造成再生不足，此种情况需降低转速给再生区足够的再生时间。
根据供应商推荐，最佳转速实质是吸附与脱附时间的控制，以实现转轮去除率最大，转轮的电机必须可调并满足转轮2-6转/h，而在系统调试时根据工况实际调整。
2.2.3转轮厚度
转轮的吸附容应确保吸附区转入再生区时，吸附区还未达到饱和。
厚度越大则转轮的吸附容量越大但厚度大会带来脱附不均的问题。
根据供应商建议，转轮厚度取600mm。
2.2.4脱附温度
脱附温度主要由三个因素决定：
吸附质的性质（沸点）、转轮设备的隔热效率、冷却区的冷却能力。
要使吸附质脱出，脱附温度一般需高于吸附质的沸点温度。
因为沸石分子筛甚至能承受上千度的高温，所以脱附温度越高，对脱附过程是越有利的。
但若脱附温度太高，因传热作用，会造成靠脱附区一侧吸附区吸附效率降低。
再者会加重冷却区负荷，若超出冷却区极限，转入吸附区时温度过高也会降低吸附效率。
根据供应商介绍，本方案脱附温度设置为200℃。
综合上述计算，单套浓缩转轮装置的各项参数统计如下：
装置尺寸（长×宽×高）
10×4.45×10（m）
装置尺寸需能装入φ9×0.6m的转轮以及检修孔、电机等辅助设施
过滤风速
1.9m/s
吸附风量
365000m3/h
脱附风量
36500m3/h
浓缩比
10倍
2.3催化氧化装置
因总处理风量较大，本方案设置两套催化氧化装置进行并联，则单套处理风量为：
以下为单套RCO的计算过程。
2.3.1催化剂用量计算
通过咨询某RCO催化剂供应商，获取其产品参数如下：
外形尺寸mm
50×50×50
堆积密度（kg/L）
0.6±0.05
比表面积（m2/g）
76
空速（L/kgh）
8000~20000
催化剂活性温度
250-350℃
根据催化剂供应商提供的参数，取空速为15000L/kg·h、堆积密度0.6kg/L，则单套RCO所需催化剂量为：
2.3.2RCO计算参数汇总
因二甲苯也属于VOCs中的一类，假设总VOCs浓度为54+151.8=205.8mg/m3，因浓缩转轮浓缩倍数为10倍，因此进入RCO的浓度为205.8×10=2058mg/m3。
根据任务书，并咨询蓄热体等重要部件供应商获取参数后，汇总各计算参数如下：
项目
依据
数据
单位
处理凤量V
任务书
36500
m3/h
VOC浓度ε
任务书
2.058
g/m3
VOC进气温度Ti
任务书
25
℃
VOC燃烧热h
假设VOCs均为二甲苯
43377
kJ/kg
VOC净化率η
设置参数
99
%
RCO蓄热室加热侧设计换热效率η1
设置参数
98
%
RCO蓄热室蓄热侧设计换热效率η2
设置参数
95
%
RCO氧化温度Tr
设置参数
320
℃
进气/烟气密度ρ
按空气1atm、25℃的密度选取
1.1691
kg/m3
RCO散热损失ψ
经验常数
150000
kJ/h
间接头系数ω
经验常数
1
%
切换时间T
设置参数
1.5
min
空塔流速vk
设置参数
1.2
m/s
助燃燃料
设置参数
CH4
助燃燃料过量空气系数β
设置参数
1.05
空气温度Te
设置参数
25
℃
助燃燃料低位发热量Hcom
物性参数
35900
kJ/m3
蓄热体导热率λ
物性参数
1.5
W/mk
蓄热体孔隙率α
物性参数
59
%
蓄热体比表面积X
物性参数
900
m2/m3
蓄热体密度ρ
物性参数
800
kg/m3
蓄热体热容量Cx
物性参数
950
kJ/m3℃
VOC停留时间Tv
设置参数
1
s
蓄热体当量孔径de
物性参数
0.003
m
蓄热体孔壁厚δ
物性参数
0.001
m
实际海拔Z
任务书
50
m
标准大气压P
物性参数
101.325
kPa
0℃空气密度ρ1
物性参数
1.293
kg/m3
标准系统压力损失（500m）ΔP
经验常数
4000
Pa
风机组整体效率η3
经验常数
0.7
逆清洗排烟温度Trb
设置参数
300
℃
环境平均风速Vair
设置参数
2
m/s
2.3.3保温层计算
咨询保温材料供应商后，本方案采用耐火硅酸铝纤维模块，获取耐火硅酸铝纤维模块产品参数：
分类/温度
1050
1260
1400
理论导热系数W/（mK）
λ=0.12148+8.148×10-5×T+3.703×10-8×T2
渣球含量（ψ≥0.212mm）（%）
≤20
理论体积密度（kg/m3）
200±10；220±10
常用产品规格（mm）
300×300×250
Al2O3（%）
ZrO2（%）
Al2O3+SiO2（%）
Fe2O3（%）
≤1.0
≤0.2
≤0.2
K2O+Na2O（%）
≤0.5
≤0.2
≤0.2
包装形式
纸箱/编织袋
（1）计算参数设置
项目
数据
单位
RCO氧化室温度Tr
320
℃
RCO氧化室温度Ti
25
℃
RCO最高排气温度Trb
300
℃
空气环境温度Te
25
℃
环境平均风速Vair
2
m/s
（2）RCO保温外壁温度
Tw1=33.4+0.028×（Tr－50）=33.4+0.028×（320－50）=40.96℃
（3）保温层平均温度=1/2（Tr+Tw1）=1/2（320+40.96）=180.45℃
（4）保温棉导热系数λ2由供应商提供，取λ2=0.139W/m·K
（5）外界空气对流换热
hair=11.63+6.95×Vair0.5=11.63+6.95×20.5=21.46W/（m2·K）
（6）综上计算，
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