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宝钢化工VOCS废气治理技术路线选择与探讨

文章出处:未知 人气:发表时间:2020-12-11
摘要:本文介绍了宝钢化工VOCs治理项目的基本情况、设计要求、工艺难点、技术路线,提出了系统阻力平衡是收集系统的关键;同时,在分析各种治理技术特点及适用条件的基础上,对宝钢化工VOCs的治理技术路线的选择进行分析和讨论。

前言
现在大气环境污染问题是我国最突出的环境问题之一,其中的VOCs以其来源广、危害大成为仅次于颗粒污染物的第二大气态污染物。钢铁行业的化工企业VOCs污染物具有排放点多、布置分散、气量小、浓度低、组分复杂等特点,这对VOCs的治理提出了更高的要求。要寻找一种切实可行、行之有效的净化技术除了需要理论支撑外,还需要实践的验证。本文以宝钢化工企业为例,从废气收集、阻力平衡、净化治理等角度对VOCs治理的工艺技术路线进行分析与讨论。

1工程概况
根据上海市《大气污染物综合排放标准》(DB31/933-2015),蒽油区、精萘区、洗油区及油品配置区共7个排放点均存在超标排放的问题,需增设废气净化装置进行处理,综合考虑设备投资、运行成本、技术能力等因素,结合现场的总图布置情况,本项目将布置分散的7个排放点的废气收集起来,由无组织排放转化成有组织排放之后再进行统一治理。

2设计条件
(1)根据上海市《大气污染物综合排放标准》(DB31/933-2015),VOCs污染物排放限值详见表1。
 


 
(2)本项目共涉及四大区域的7个排放点,主要参数详见表2;
 
 
3工艺流程
本项目VOCs治理的工艺流程由两部分组成,第一部分为收集系统,第二部分为净化系统。

3.1收集系统
根据表2的排放参数和现场布置情况,此收集系统分为两个分系统:精萘区1#和蒽油区2#合并成分系统1,将油品配置区3#、4#和洗油区5#、6#、7#合并成分系统2,每个分系统设置两台收集风机(一用一备),2台风机出口合为一路总管进入净化系统,治理后由烟囱达标排放。
(1)收集管线布置
综合考虑各收集点的烟气量及现场总图情况,利用现有管廊进行统一布置,本收集系统的难点为阻力平衡。
(2)阻力计算与阻力平衡
对于此收集系统,其阻力主要来自于局部阻力和沿程阻力,下面分别计算各分系统的局部阻力损失和沿程阻力损失。
 


 
(3)风机参数
根据表2的阻力计算结果,即可对两个分系统进行风机选型,风机为防爆风机,防爆等级DⅡBT4(因项目场地位于防爆区域)。两个分系统的风机参数如下:
分系统1风机:流量:55.2m3/min;升压:15.5kPa;轴功率21.5kW;
分系统2风机:流量:39.8m3/min;升压:21.1kPa;轴功率16.5kW;

3.2净化系统
(1)成分检测
VOCs废气收集完成后,在总管的采样口进行取样检测。

(2)VOCs净化处理技术路线选择
VOCs废气经收集后,实现了由无组织排放转变为有组织排放,下一步要选择一种适合的VOCs净化技术,实现达标排放。目前VOCs净化常用技术有:冷凝法、吸收法、吸附法、光催化法、燃烧法、膜技术等。针对本VOCs气体成分,几种净化技术对比。

本项目VOCs成分中含有萘,容易结晶,不能用吸附法和催化法,结晶的萘会附着在吸附剂和催化剂上,导致净化装置失效。冷凝法、吸收法通常用于回收某些有利用价值的物质进行再利用,此VOCs是混合气,成分复杂,风量小、浓度低,其中的成分也没有回收利用价值,综合考虑,本项目VOCs净化技术宜采用燃烧法。

燃烧法分为催化燃烧和直接燃烧。催化燃烧是借用合适的催化剂,使废气中的有机物质在较低温度下氧化分解,其优点是:
①起燃温度低、能耗低;
②处理效率高,无二次污染;

但因催化剂的存在,也有一定的局限性:
①风量不宜过大(催化剂成本较高);
②不含S、Cl等使催化剂失活的物质;
③不含颗粒物质或粘性物质(防止堵塞、覆盖催化剂)。

直接燃烧是利用燃气、燃油等辅助燃料燃烧,使可燃的有害气体直接燃烧,该法工艺简单、能有效解决有机废气污染,是有效的“管子末端技术”之一,但该法能耗大、运行成本较高。因VOCs中含有萘和二硫化碳,萘结晶后易堵塞催化剂,二硫化碳会引起部分催化剂的中毒,根据上海市的《大气污染物综合排放标准》中二甲苯的允许排放浓度为20mg/m3,按此要求净化装置对二甲苯的去除率达到98%,国内催化剂无法达到此效率,而进口催化剂成本太高,综合考虑推荐直接燃烧方式。现将常用的直接燃烧法的两种方案进行对比。

可以看出,RTO方案中,萘可能会结晶堵塞活性炭,导致吸附效果越来越差,更换频繁,活性炭作为副产物还需要进行其他处理,运行成本也会提高,所以综合考虑,推荐直接燃烧方案,一次性投资小、无副产物、无催化剂、不易堵塞等优势弥补了后期运行成本偏高的不足。

(3)直接燃烧方案的工艺流程
焚烧炉内,通过焦炉煤气的燃烧将炉内温度加热至废气可燃温度,燃烧后的温度能够达到700℃左右,利用出口热烟气来预热入口原烟气,使燃烧炉出口烟气温度不高于250℃,炉内温度通过调节焦炉煤气的流入量控制。从焚烧炉换热后的气体经喷淋装置冷却后进入活性炭吸附装置,对焚烧后的烟气进行深度净化后达标排放。
主要设备清单详见下表4:

本项目的收集系统已经投运,净化系统目前还未实施,本文基于项目VOCs成分及其特点,结合目前的技术水平推荐了一种最适宜的净化方案,具体净化效果还需实际运用后验证。

4结论与建议
(1)随着公众对大气污染认识的提高、排放标准的升级,VOCs治理工作势在必行!
(2)钢铁行业的化工企业VOCs治理不同于传统化工企业,钢铁行业的VOCs排放具有气量小、浓度低、组份多、易结晶、布置分散的特点,根据其成分特点合理选择一种适合的工艺技术路线是VOCs治理工作的难点与关键。
(3)收集系统的阻力平衡计算对净化效果至关重要,避免由于阻力不平衡造成气量过抽或不足,造成废气泄露从而影响治理效果。
(4)VOCs处理技术也在迅猛发展,不同的技术路线有不同的适用对象,但是对于小气量低浓度的VOCs处理技术面临着投资、效果、运行成本等几方面不能兼顾的尴尬,一批新型的处理技术已经在慢慢探索过程中,期待在不久的将来能涌现出适合钢铁行业的小气量低浓度的VOCs净化新技术。

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