活性炭吸附浓缩RCO催化燃烧再生净化装置方案.docx
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活性炭吸附浓缩RCO催化燃烧再生净化装置方案
方案一
有机废气处理工程设计方案
活性炭吸附浓缩RCO催化燃烧再生净化装置（在线）
*******二〇一七年五月
项目名称
*******
成分、类型
三苯类等有机废气
方案设计单位
东莞市康莱环保科技有限公司
设计方公司简介
本公司是从事有机废气治理的专业化公司，公司集科研、工程设计、设备制造、安装调试及环保验收一条龙服务。
公司秉承‘客户至上，诚信为本，追求卓越互利双赢’的理念，立足高科技、高标准、专业化的方向，实行自主创新和消化吸收国内外新技术、新工艺、新设备并举的技术发展之路。
为客户打造可靠达标、高效安全、节能减排、经济最大化的精品工程并提供优质的服务。
公司实施‘专业铸就品牌、科技创造未来’的发展战略，依托毗邻港、澳、台的地理优势，乘改革开放的发展先机。
以科技为先导，外引内联，打造了一支由环保专家、高级工程师、工程师、技师等各层次技术人员组成的经验丰富、技术精湛的高素质环保队伍；同时与众多国际集团和国内著名科研机构、高等院校保持良好的技术合作关系，实施从系统数据检测、综合分析到工程规划、设计、施工等都能满足客户的具体要求，提供最合理的设计和施工方案，公司近年来新开发了一批具有独立知识产权的先进技术工艺，成功应用于众多工矿企业，多项工程被评为优质工程，并先后被评为‘重合同守信用’‘诚信单位’。
获得了广大客户的一致好评。
方案设计
方案审核
方案校对
方案批准
备注
一、概述
贵公司在眼镜生产过程中，主要气体污染物产生于溶剂自然挥发过程中的气体扩散，其气态污染物主要为甲苯等类有机废气；目前废气已通过风管和风机引至楼顶层面，其中11条喷漆废气排风管，单条风量为15000m3/h,3条剥离房喷漆线废气排风管，单条风管排风量为10000m3/h,合计14条风管总排风量为195000m3/h，这些废气在大气中如超过一定浓度，除直接对人体健康有害外，在一定条件下经日光照射还能产生光化学烟雾，对环境和人类造成危害；现根据贵公司的实际情况，结合我公司的经验，特编制本方案，供贵公司选择。
二、工况参数
✧废气总风量：
195000m³/h（共14条风管引至楼顶，每条风管排风量为15000m³/h。
）
✧温度：
常温
✧工作时间：
8小时/天
✧有机废气成分：
甲苯等类
✧废气来源：
眼镜制造工艺有机废气
根据楼顶排放风管布置情况，拟将就近的二条或三条风管合并为一套废气处理设备进行处理。
经合并后，共6套废气处理设施，其中5套处理风理为30000m3/h,1套处理风量为45000m3/h,总处理风量为195000m3/h.
三、设计依据及排放标准
✧《中华人民共和国环境保护法》
✧《中华人民共和国大气污染防治法》
✧《工业企业设计卫生标准》（TJ36-79）
✧《大气污染物排放限值》（DB44/27-2001）广东省地方标准
序号
污染物
最高允许排放浓度mg/m3
备注
1
苯
12
2
甲苯
40
3
二甲苯
70
4
非甲烷总烃
120
✧《有机废气净化装置安全规定》（GB20101-2006）
✧《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》（GB50062-92）
✧《电工电子设备机柜模数化设计要求》（GB/T28564-2012）
✧《电工电子设备机柜安全设计要求》（GB/T28568-2012）
✧其他相关设计规范、施工规范及规程
✧贵公司提供的相关基础资料
我公司将依照以上相关标准进行设计，确保该项目完全符合环保要求。
四、设计范围及原则
4.1工程范围
4.1.1卖方
Ø主体设备的设计、制作及供货；
Ø废气净化装置设备及至排放口之间的所有连接管道和钢制平台的设计、制作及供货；
Ø处理工艺、工艺设备布置等；
Ø废气处理工程工艺流程的制定、处理设施的总体布局；
Ø处理系统的方案设计及施工图设计；
Ø处理系统电气控制设计和安装；
Ø运行调试并交付使用；
Ø在质保期内的技术支持及质量保证。
4.1.2买方
Ø废气收集及与废气净化设备进口连接；
Ø动力电源（380V、50Hz）由业主接至现场主控制柜；
Ø如需要气源，压缩空气源接至设备使用点；
Ø设备安装位置；
Ø如需要水源，将水源引致卖方指定位置。
4.2设计原则
4.2.1严格遵守国家、省、市级环保法规，认真执行相关技术规范。
4.2.2选择处理效果好、动力消耗低、运行稳定、管理简便的处理工艺。
4.2.3采用技术先进、高效、节能、稳定、易于操作维护的核心净化设备。
4.2.4提高系统的自动化控制水平，降低操作人员的管理难度和劳动强度。
4.2.5工程的外观设计与建筑主体以及周围的环境相协调。
4.2.6环保设施的设计不得影响生产工艺的正常运行。
4.2.7以节约投资和降低造价为出发点，合理选用治理设备。
4.2.8因地制宜采用合理的收集和处理方案，在达到工程目标的前提下，降低造价及运营费用。
五、有机废气处理方法的确定
5.1废气治理方案的比较
目前，有机废气污染物废气治理技术，常用或已有实际应用的处理方法有：
1、氧化型：
其中的热力燃烧法，催化燃烧法和臭氧氧化法最为常见；
2、物理吸收/吸附型：
主要有活性炭吸附法，喷淋洗涤一吸收法等；
3、膜分离法等。
（1）热力燃烧法
燃烧法主要有直接燃烧法，热力燃烧和蓄热式燃法等，主要用于高浓度的有机废气污染物或易挥发性污染物废的处理。
处理温度600-800℃，该技术的技术优势是净化效率高，设备构造简单，维护容易。
但存在二次污染物，运行费用高，经济效益小的缺点，特别是在缺氧燃烧时，净化效果大大下降。
（2）催化燃烧法
催化燃烧法是在系统中使用合适的催化剂，使废气中污染物在300-450℃下氧化分解，属低温氧化燃烧净化过程。
常用于气体与污染物浓度波动较大的场合，净化效率大于90%。
该技术优点是辅助燃料费用低，二次污染物NOx生成量较少，燃烧设备的体积较小；但对处理对象要求苛刻，要求污染物废气进口温度高，因此减少装置运行费，常配置间接或直接热回收系统。
（3）洗涤--吸收法
洗涤吸收法是通过让含污染物气体与液体（如水）吸收剂充分接触而达到使污染物从气相转移到液相的一种操作过程。
吸收过程的主体是填料塔，板式塔或喷雾塔等吸收装置。
吸收装置可用来处理大气量的污染物，浓度范围≤100PPm，去除率根据吸收剂和污染物组分不固，吸收效率差较大，一般大于30%以上，也可高达90%。
该工艺本身是一种典型的分离问题，因此，存在吸收液的再生与处理。
通常可用于特种有机废气污染物净化回收工程的治理。
（4）活性炭吸附法
活性炭吸附是一种广泛使用的有机废气污染物排放控制手段。
其主要是利用活性炭的表面物理吸附作用，将有机废气污染物从气体中分离出来，气体流量和浓度的波动对活性炭吸附器的操作影响较小，并常用来处理气量100-500PPm的废气，设备的尺寸取决于处理的气量和浓度。
因其系统投资费用中等，操作灵活，净化效率为90%。
对于处理大气量，低浓度的有机废气。
5.2有机废气处理方法的适用性与经济性比较
有机废气治理方法较常用的有燃烧法、吸附法和吸收法（水洗、药液洗涤）。
各种方法的适用性与经济性比较示于图:
有机废气处理方法的适用性与经济性比较图
5.3本项目拟采用工艺技术
综上所述：
该公司排出气体属于大风量、较低浓度有机废气类型，根据业主要求及减少用户投资成本、运行维护费用及客户要求等综合考虑，拟采用：
‘喷淋--活性炭吸附浓缩有机物—RCO催化燃烧脱附解析活性炭并将解析出的有机物二次处理’的工艺对污染物进行综合治理，采用吸附催化一体化设备处理，活性炭在线脱附再生（工作时间内可同时对备用活性炭箱脱附再生）。
六、VOC-XQY设备简介
6.1用途
XQY型活性碳吸附浓缩RCO催化燃烧再生净化装置主要用于家具、涂装、印刷、家电、制鞋、塑料及各种化工车间里挥发或渗漏出有害废气的净化及臭味的消除，适用于低浓度的不适宜采用直接燃烧或催化燃烧和回收处理的有机废气，尤其对大风量的处理场所，可获得满意的经济效益和社会效益。
6.2工作原理
本净化装置是根据吸附（效率高）和催化燃烧（节能）两个基本原理设计的，即吸附浓缩－催化燃烧法。
当含有机物的废气经风机的作用，经活性炭吸附层，有机物质被活性炭特有的作用力吸附在其内部，洁净气被排出；经一段时间后，活性炭达到饱和状态时，停止吸附，此时有机物已经被浓缩在活性炭内。
通过催化燃烧脱附，恢复活性炭吸附能力。
催化净化装置采用RCO，内设加热室，启动加热装置，进入内部循环，当热气源达到有机物的沸点时，有机物从活性炭内挥发出来，进入催化室进行催化分解成水和二氧化碳，同时释放出能量。
利用释放出的能量再进入吸附床脱附时，此时加热装置完全停止工作，有机废气在催化燃烧室内维持自燃，尾气再生，循环进行，直到有机物完全从活性炭内部分离，至催化室分解。
活性炭得到了再生，有机物得到分解处理。
6.3技术性能及特点
该设备设计原理先进，用材独特，性能稳定，操作简单、安全可靠、无二次污染。
设备占地面积小、重量轻。
吸附床采用砖砌式结构，装填方便，更换容易。
吸附有机物废气的活性炭床，可用催化燃烧处理废气产生的热量进行脱附再生，脱附后的气体再送催化燃烧室净化，不需要外加能量，运行费用低，节能效果显著。
正常使用时能耗低，由于采用的是蜂窝状活性炭，其阻力极低，所以使用过程中的能耗仅为排风机功率，不会给用户增加费用。
6.4VOC处理工艺流程
6.4.1主要工艺段概述
6.4.1.1喷淋除雾塔
喷淋除雾塔是一种湿式喷淋吸收净化设备。
塔内具有充分的气液接触条件，采用高效的湿法喷淋除雾装置净化有害气体。
喷淋除雾塔的优点是气液接触充分，阻力小，漆雾颗粒物去除效率高，能够有效地去除大分子、挥发度低的有机化合物。
在喷淋除雾塔废气喷淋通道内设置折流板，使含尘废气经过顺向和逆向的洗涤，并在废气转向的过程中分离出大颗粒固体漆雾尘。
为防止经过喷淋段的废气所含的水及水雾进入后续设备，所以在此段设计了除水过滤器，过滤器内装有折叠迷宫板和填料段，以去除废气中的水雾，确保气体清洁。
6.4.1.2 活性炭吸附床
内装活性炭层及各种气流分布器，以浓缩净化有机气体，是整个装置吸附浓缩环节的主要部件及核心工序，活性炭由砖砌堆放式装填。
吸附原理：
在用多孔性固体物质处理流体混合物时，流体中的某以组分或某些组分可被吸引到固体表面并浓集保持其上，此现象称为吸附。
在进行气态污染物治理中，被处理的流体为气体，因此属于气-固吸附。
被吸附的气体组分称为吸附质，多孔固体物质称为吸附剂。
活性炭选用以优质无烟煤作为原料、外形蜂窝状，其主要特点为：
具有强度高、吸附速度快、吸附容量高、比表面积较大、孔隙结构发达、孔隙大小在于椰壳活性炭和木质活性炭之间。
活性炭脱附管路上安装有氮气注入电磁控制阀，在对活性炭吸附床脱附解析处理时，系统自动控制电磁控制阀的吸合次数及时间，将氮气注入到活性炭吸附箱体内，以降低活性炭吸附床内部的含氧量，防止活性炭在脱附时发生火灾隐患。
6.4.1.3RCO
催化燃烧是用催化剂使有害气体中的可燃组分在较低的温度下氧化分解的净化方法。
对于HC和有机溶剂蒸汽氧化分解生成二氧化碳和水并释放出热量。
催化燃烧需将待净化处理的有害气体先混合均匀并预热到催化剂所需的起燃温度，使有害气体中的可燃组分开始氧化放热反应。
设计时，根据催化剂的不同空速时间取12000~20000h-1；
RCO主要作用有以下几点：
1、内部加热元件产生热能后，通过风机和连接管道将热空气吹入活性炭床，使活性炭床升温；
2、经过吸附工艺的活性炭在温度变化后，有机物从活性炭中气化解析出来，在风机负压引导下有机物通过脱附管道进入催化燃烧床再次升温并与填装在催化燃烧床内部的贵金属催化剂发生化学反应，有机物得到二次分解净化。
3、当催化床温度达到250～300℃时，有机物即可开始反应，利用废气燃烧产生的热空气循环使用，反应后的热量达到一定值时加热元件可以停止工作（即为无功率运行状态）。
4、当RCO运行稳定后，蓄热层蓄有大量的能量，在短时间的脱附等侍期内，热能较少散失，在下一次的脱附启动预热时，只消耗少量的电能或不消耗电能。
本工程设计一台RCO对应多组活性碳吸附装置。
6.4.1.4制氮机组
活性炭具有一定的吸热功能，且有自身蓄热产生自燃可能性。
系统配置时考虑设备的安全、稳定运行，根据吸附箱的体积配置一台制氮机组，制氮机组在系统执行脱附程序完毕后97%氮气注入活性炭吸附床，或在设备运行中活性炭吸附床温度检测单元检测到异常时将氮气间断注入，注入氮气可以达到阻燃的作用，保证设备的安全运行。
6.4.1.5电控及设备布线
1.设计依据
（1）低压配电装置及线路设计规范GBJ54-83
（2）工业企业照明设计规范GBJ50034-92
（3）通用用电设备配电规范GBJ50055-93
（4）电气装置安装工程爆炸和火灾危险环境电气装置施工及验收规范GB50257。
2.电气总原则
活性炭吸附及RCO电控系统采用西门子PLC控制，PLC采用西门子200系列，触摸屏采用10”西门子产品，PLC控制系统实现对活性炭吸附床及RCO、电加热功率高低、烟气出口风门控制、风机、炉内温度、压力、风向切换阀信号联锁控制等，并对重要运行参数集中监测或控制。
3.控制层
控制层主要由PLC及其系统组成，由PLC及其系统接受现场发来的数据信息，经过自身的运算与处理后，发出相应的指令对现场设备进行控制；同时，对现场设备出现的所有故障及时的进行分析处理，实时将故障信息反映在触摸屏上，并进行相应报警提示。
4.设备层
设备层主要由风机变频器、压力控制仪表、现场设备检测元件（位置接近开关、温度传感器、压力传感器等）、现场执行机构（气动执行器、调节阀、电磁阀等）等组成；直接与控制层中的PLC进行数据交换，将现场信息发送给PLC系统，并按PLC输出指令执行设备动作，对整套系统的控制显示、炉膛压力显示监控，炉膛温度等进行自动监控。
5.控制柜
电器控制系统与示意图
每个主控制柜顶部装有带声响的柱型指示灯以显示系统的运行状态及故障类别，柱型指示灯分三层，上层红色显示故障，中层绿色显示运行，下层黄色显示停止
主控柜设置主电源开关（带热过载、电磁过载、错相保护功能，带反馈触点，上传PLC系统），可手动设定主开关，在控制柜面板设置电源指示灯。
控制柜进、出线采用电缆桥架，在控制柜的顶部或底部进、出线，给控制系统内所有设备提供动力电源及控制电源，所有控制柜配置门开关及照明灯。
布线方式：
柜内采用线槽，柜外采用镀锌桥架，其他使用尼龙软管为辅。
喷涂颜色：
各控制柜喷两遍防腐蚀底漆，甲方指定色标，屏、柜、台防护等级：
IP54。
控制柜全部采用防威图产品（框架结构，包括底座、柜内空调、照明及风扇等主要附件），柜内安装侧装空调，确保变频器在正常环境温度范围内工作。
控制柜安装在受控机械设备附近（具体位置现场定）。
控制柜带门锁，门锁采用带手柄方形门锁,并且门锁为同一型号。
柜面上的所有器具均采用嵌入式结构安装，其布置清晰、美观大方和合理。
每个柜内配置一个AC220V10A插座。
6.5安全设计
1.设计安全
（1）依据客户提供的废气参数，确保废气中可燃组分处于爆炸下限25%以下，保证系统安全运行。
（2）RCO处理效果遵循3T（反应温度、停留时间、湍流程度）法则。
（3）在RCO燃烧炉膛顶部设置泄压防爆口。
2.防爆设计
根据国家标准GB50058-1992《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》之规定，本项目防爆等级按ExDIIBT4，防护等级按IP55。
3.管路系统的安全设计
系统所有高空管道和设备均设有避雷装置，接入建筑物防雷系统。
设备和管道有可靠接地，法兰连接的风管采取跨接，避免静电集聚引起可燃气体燃烧、爆炸。
4.电气控制设计
本案采取西门子PLC全自动化控制系统，配套触摸屏、电动调节阀、变送器、报警系统等，本系统包含试车模式、手动控制模式、待机模式、系统自动开/关机安全程序。
安全保护措施包括:
停电、火灾、温度异常、风车异常、系统设备异常停机、系统静压低于低报时停机保护联锁等。
生产线处于事故状态时，停机保护连锁，尾气旁通。
系统设备提供下列信息（HMI）：
风机、马达运转状态、电机运转状态（Hz）、风机压差值（ON/OFF）、设备运转状态与进出口压差值、各点温度、RTO温度、报警信息等。
本控制系统特点：
（1）采用先进的PLC可编程控制器和具备良好人机界面的触摸屏，轻松实现操作参数调整、优化操作；
（2）可灵活切换试车、自动、待机等多种操作模式；
（3）可实现自动开停车操作。
（4）现场电气设备如风机电机和温度传感器及压力变送器等为隔爆型，防爆等级为ExDIIBT4。
5.性能保障
为了满足设备各项指标，本系统采取如下措施：
（1）活性炭吸附材料选用国内知名品牌，保障吸附效率。
（2）为了满足处理设备的连续稳定运行，系统中使用的风机均选用国内外知名厂家产品；系统中使用的控制元件均选用国内外知名厂家产品。
（4）吸附阀门采用漏气率为5‰。
（5）在燃烧炉膛内设置了泄压口，当设备内部的压力30K-80pa时，自动泄压，使设备始终在安全状态下运行。
（6）设备外表面用绝缘保温材料进行保温，使表面的温度不超过室温25℃以上，整个设备的绝缘电阻小于2MΩ。
（7）碳床采用24小时不间断测温方式，任意时刻碳床温度超过设备的设定温度时，处理设备整机停机、报警并将氮气注入活性炭吸附床内，保障活性炭安全。
七、设备设计规划及技术参数
7.1工艺规划
根据现场实际情况及排气量特点，拟将13条排气管就近分成6组，其中5组30000m3/h，1组45000m3/h。
其中：
较靠近的4组30000m3/h和1组45000m3/h，共用一套RCO进行脱附。
每组均设置一台喷淋除雾塔，每组吸附系统设置1台活性炭吸附箱处于脱附或备用状态；当1只箱体吸附饱和时，通过控制两端阀门开闭将此活性炭箱体与备用箱体置换，此箱体进入脱附状态，脱附完成留待下次置换使用,吸附箱立式单截面吸附结构。
脱附系统采用共用的RCO的燃烧余热（催化燃烧）；在线单床脱附时间设定3-4小时。
废气处理控制系统主动力采用PLC程序自动控制系统，控制风机、阀门、加热、氮气注入等。
另外，距离较远的1组30000m3/h采用“活性炭吸附浓缩（CO）催化燃烧再生净化装置”。
7.2主要技术参数
7.2.1吸附装置
7.2.1.130000m3/h（共4组，此表按单套计）
处理风量
30000
废气浓度
≤400
活性炭吸附床（不锈钢SS304）
3台
1950×1950×2000mm（l×b×h）
活性炭总填充量
8m³
15000m3/h
单箱吸附周期
≥60h
脱附周期
3~4h
喷淋除雾塔（不锈钢SS304）
4000×2500×3200mm
处理风量
数量
水泵功率
30000m3/h
1台
5.5KW
制氮机组
PSA-3/79-5m³/h机组
吸附风阀
6套
￠630mm（气动阀门）
脱附风阀
6套
￠300mm（气动阀门）
吸附风机参数
4-72№10C，32835
×1434pa×18.5KW×1台
设备占地面积
见布置图
7.2.1.245000m3/h（共1组，此表按单套计）
处理风量
45000
废气浓度
≤400
活性炭吸附床（不锈钢SS304）
4
1950×1950×2000mm（l×b×h）
活性炭总填充量
10.6m³
15000m3/h
单箱吸附周期
≥60h
脱附周期
3~4h
喷淋除雾塔（不锈钢SS304）
4000×2800×3500mm
处理风量
数量
水泵功率
45000m3/h
1台
7.5KW
吸附风阀
8套
￠630mm（气动阀门）
脱附风阀
8套
￠300mm（气动阀门）
吸附风机参数
4-72№12C，47220
×1744pa×37KW×1台
设备占地面积
见布置图
7.2.2脱附装置（公用，共1套）
处理风量
4000
废气浓度
≤4500
RCO
处理风量：
4000
电热功率：
86KW
制氮机组
PSA-3/79-5m³/h机组
2套
脱附风机参数
Y6-30-7.5C，5216~6600
×2598~2500pa×7.5KW×1台
补冷风机参数
4-72№4A，4012
×2014pa×5.5KW×2台
脱附母管阀
Φ400mm
2套
调节风阀
Φ400mm
1套
补鲜风阀
Φ400mm
1套
混流换热器
Φ400mm
1套
7.2.330000m3/h活性炭吸附催化燃烧再生净化装置（共1套）
处理风量
30000
废气浓度
≤1200
活性炭吸附床（不锈钢SS304）
3台
1950×1950×2000mm（l×b×h）
活性炭总填充量
8m³
15000m3/h
单箱吸附周期
≥60h
脱附周期
3~4h
喷淋除雾塔（不锈钢SS304）
4000×2500×3200mm
处理风量
数量
水泵功率
30000m3/h
1台
5.5KW
催化燃烧床
2000
1200×1260×2250mm（l×b×h）×1套
催化剂填充量
0.2m³
加热功率
60KW
制氮机组
PSA-3/79-5m³/h机组
吸附风阀
6套
￠630mm（电动阀门）
脱附风阀
6套
￠300mm（电动阀门）
吸附风机参数
4-72№10C，32835
×1434pa×18.5KW×1台
脱附风机参数
YX9-35№5C，3585
×1726pa×4KW×1台
补冷风机参数
4-72№3.2A，2209
×1220pa×2.2KW×1台
调节风阀
Φ300mm
补先风阀
Φ300mm
混流换热器
Φ300mm
设备占地面积
见布置图
7.3运行费用
1、计算说明：
车间家具制造运行按8小时/天，一班制，300天/年计算；电价0.8元/度，吸附净化装置运行周期60小时；解析再生运行时间3~4小时/次；
2、运行费用
序号
主项
设备名称
功率（kw）
数量
单位
日运行小时数
电费（元/度）
天运行费用（元）
1
吸附装置
吸附风机
18.5
4
台
8
0.8
473.60
2
水泵
5.5
4
台
8
0.8
140.80
3
吸附风机
37
1
台
8
0.8
236.80
4
水泵
7.5
1
台
8
0.8
48.00
5
风机
18.5
1
台
8
0.8
118.40
6
脱附装置
RCO驱动
3.7
1
台
8
0.8
23.68
7
RCO电热管
86
1
套
1
0.8
68.80
8
脱附风机
7.5
1
台
8
0.8
48.00
9
补冷风机
5.5
1
台
8
0.8
35.20
10
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