项目编号：XM2019010195

山推工程机械股份有限公司

传动分公司毛坯底漆涂装线

新增有机废气处理装置

技术方案

编制单位：山东晟博环境科技有限公司

二零一九年三月

目 录

第 一章 概  述 

1.1项目说明 

1.2资源配置环境 

1.3涂装线生产现状 

第二章 设计依据和设计原则 

2.1设计依据 

2.2设计原则 

第三章 工艺设计 

3.1污染物来源及排放要求 

3.2废气收集方式及风量 

3.3废气净化工艺的选择 

3.4废气治理工程施工规范 

3.5运行费用计算 

3.6设备占地及自重 

第四章 废气设备清单 

第五章 工程范围及进度计划 

5.1工程界面 

5.2工程进度计划 

第 一章 概  述

1.1项目说明

该项目服务于山推股份传动分公司铸造车间毛坯底漆涂装生产线：底漆喷涂室、油漆烘干室所挥发的有机溶剂治理。

1.2资源配置环境

1.2.1安装地点：设备安装在山推传动分公司铸造车间喷漆工部室外设备区域内。

1.2.2 甲方设备运行的环境条件：

生产纲领和工作制度：年产量:120000 件；单班，8小时/天；

基础动力及设施情况：

环境温度：-15ºC～+55ºC。

厂房内相对湿度：20%～95%。

公用动力: 三相五线，380V±10%，50Hz；

自来水：压力0.15Mpa；

压缩空气：0.4MPa～0.55MPa；

加热能源：采用蒸汽加热；

地面承压：均载， 3000kg/m2。

3、甲乙方安装调试责任（水、电、汽、暖、工具、设备）

1.3涂装线生产现状

传动分公司现有毛坯底漆涂装线由腻子烘干室、打磨室、水帘式喷漆室、油漆烘干室共计4个室组成，产生VOCs的主要设施部位为：喷漆室及烘干室。按环保要求，各室内连通后应严格密闭，总设计排风量在3万立方米/小时左右，现喷漆室采取水帘式，在电机引风处铺设活性炭吸附。涂装线运行集中喷漆时，平均耗漆量20~25KG/h。

表1-1现有工艺流程及参数

表1-2水帘喷漆室主要技术参数

第二章 设计依据和设计原则

2.1设计依据

2.1.1《中华人民共和国环境保护法》；

2.1.2《中华人民共和国大气污染防治法》；

2.1.3中华人民共和国《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）；

2.1.4中华人民共和国《恶臭污染物排放标准》（GB 14554-93）；

2.1.5《大气污染治理工程技术导则》（HJ2000-2010）；

2.1.6 DB37/2801.5-2018《挥发性有机物排放标准  第5部分：表面涂装行业》

2.1.7根据业主提供有关技术资料、参数和处理要求；

2.2设计原则

2.2.1严格执行国家有关环境保护的各项措施，确保各项废气指标达到国家和地方排放标准；

2.2.2 采用成熟、安全、可靠的工艺和先进的设备，确保处理装置运行稳定、可靠；

2.2.3优化设备组合和管道安装，使废气净化系统的阻力减小，以节约运行成本；

2.2.4整个工艺设施布局合理，流程简单，占地面积小；

2.2.5操作管理方便，尽量控制工程成本，达到以较少的投资实现较大的环境效益；

2.2.6项目设计应符合国家有关的安全规范。

第三章 工艺设计

3.1污染物来源及排放要求

本项目涉及的范围：

本工程乙方负责该设备改造方案的设计、制造、包装、运输、装卸、安装及调试及环保检测工作，甲方配合现场安装、调试，双方职责如下：

目前适用于该项目的排放标准：

通过对现有喷漆生产线进行技术改造，增加废气（VOCs）处理装置，使废气排放达到山东省DB37/2801.5-2018《挥发性有机物排放标准  第5部分：表面涂装行业》排放限值要求，使生产线废气排放对企业周边的空气环境质量影响在规范允许范围内。

附山东省DB37/2801.5-2018《挥发性有机物排放标准  第5部分：表面涂装行业》排放限值；

表3-1专用设备制造业（C35）表面涂装企业或生产设施涂装工序VOCs排放限值

3.2废气收集方式及风量

设计风量取值为30000m3/h

3.3废气净化工艺的选择

3.3.1 常用的废气处理工艺优缺点

目前工业VOCs废气的末端控制技术可以分为两大类：即回收技术和销毁技术。回收技术是通过物理的方法，改变温度、压力或采用选择性吸附剂和选择性渗透膜等方法来富集分离有机污染物的方法，主要包括吸附技术、吸收技术、冷凝技术及膜分离技术等。回收的挥发性有机物可以直接或经过简单纯化后返回工艺过程再利用，以减少原料的消耗，或者用于有机溶剂质量要求较低的生产工艺，或者集中进行分离提纯。销毁技术是通过化学或生化反应，用热、光、催化剂或微生物等将有机化合物转变成为二氧化碳和水等无毒害无机小分子化合物的方法，主要包括高温焚烧、催化燃烧、生物氧化、低温等离子体破坏和光催化氧化技术等。常用的废气治理方法的优缺点见下表3-2。

表3-2 常用有机废气处理方法优缺点

每种方法都有其应用范围和一定的使用条件，在兼顾经济效益和环境效益的前提下，应根据工程项目的具体条件选择一种或多种工艺组合使用。

3.3.2 工艺选择`

本项目可能涉及的污染物的主要性质见下表。

表3-3 VOCs主要成分物化性质一览表

本项目的涂料生产的废气，总体来讲风量相对较大，浓度低。可以使用的治理工艺有活性炭吸附、低温等离子体等单个工艺，以及活性炭吸附浓缩-催化燃烧法、沸石浓缩转轮- RTO焚烧等组合工艺。

活性炭吸附工艺，在采用新的活性炭吸附时，初始处理效果可以做到95%以上，但处理效果会逐渐衰减，衰减至不能满足排放要求的程度（称为穿透），就需要对活性炭进行更换，更换活性炭的运行费用高，更换不及时易造成超标排放现象，而且更换下来的活性炭要作为危险废物进行处置。

鉴于低温等离子体单独使用可能出现超标排放的问题，该设备处理此种废气的净化效率一般为70%~80%，此种工艺适合与其他工艺相结合。

活性炭吸附浓缩-催化燃烧组合工艺和沸石浓缩转轮-RTO燃烧工艺处理效果较好，解决了吸附剂再生问题，前者一次性投资相对较小，后者一次性投资较大。本项目主体工艺采用蜂窝状活性炭吸附浓缩催化燃烧组合工艺治理喷漆废气。

表3-3 VOCs治理技术适用条件

3.3.3 吸附浓缩-催化燃烧技术工艺介绍

技术原理

吸附浓缩-催化燃烧技术是将吸附和催化燃烧相结合的一种集成技术，将大风量、低浓度的有机废气经过吸附/脱附过程转换成小风量、高浓度的有机废气，然后经过催化燃烧设备净化处理。

                          图3.4活性炭吸附浓缩催化燃烧工艺流程图

工艺流程

经预处理去除尘杂质后的废气，通过合理布风，使其均匀地通过固定吸附器内的活性炭，在一定停留时间内，废气中的有机物通过物理吸附聚集在活性炭表面积，使废气得到净化；净化装置设置两台或多台吸附床，即废气从其他几台经过，确保一台处于脱附再生或备用，保证吸附过程连续性，不影响实际生产

当活性炭吸附器出口VOCs浓度达到设定上限值时定义为该吸附器被穿透，此时通过相关阀门切换使该吸附器停止吸附操作并进行脱附再生。过程如下：相关风机、阀门开启，催化燃烧设备的电加热启动用于预热催化层，同时产生一定量的热空气。热空气在相关的风机、阀门、温控仪表的控制下进入吸附器的活性炭层，把吸附在活性炭孔隙中的有机物吹脱下来，形成小风量、高浓度的有机废气，终引入催化反应室净化处理，将有机成分转化为无毒、无害的CO2和H2O，并释放出大量的热能。产生的热量可维持催化反应所需的温度，部分热量回收用于活性炭再生，从而大大降低了电能消耗。

本项目二甲苯等属于非极性有机物，采用非极性吸附剂可以对其实现有效地吸附。在众多的吸附剂当中，活性炭吸附效能较好、应用较广，可以吸附大多数有机物。先活性炭浓缩吸附，然后再热空气脱附催化燃烧的方式进行处理，一方面可达到较为理想的处理效果，另一方面可延长活性炭的使用周期。

表3-4活性炭上易于再生和难以再生的物质

催化燃烧是一种无火焰燃烧，没有明火，氧化速度极快，反应完全。催化反应如下：

催化剂能把反应烷烃分子吸附在自己的表面上，并能使氧化反应的活化能降低，这就在一定范围内增加了有机溶剂蒸汽分子和氧分子的有效碰撞机会，加快了氧化反应速度。优良催化剂的应用在整个催化燃烧中至关重要，本公司采用的第三代r-Al2O3蜂窝状贵金属催化剂。具有空速大、阻力小、启燃温度低，一般在250℃~320℃就能启燃。净化率稳定在97%以上。

3.3.4 吸附浓缩催化燃烧设备选型技术参数

涂料生产过程中会产生挥发性有机废气排入室内外环境中，影响大气环境质量和人体健康，治理措施的选择本着成熟、可靠、安全、质量优良、长期稳定操作简便的原则，充分考虑运行的经济性。

1. 预处理系统

废气中存在少量漆雾液滴，当废气中的颗粒物进入活性炭吸附床时小直径颗粒物会将活性炭的通风口（吸附微孔）堵塞，致使活性炭失效增加设备维护费用（当活性炭微孔堵塞后必须对活性炭作更换处理）。前处理作用就是去除废气中的细小颗粒，保护后续工艺中的活性炭吸附正常运行。

喷涂经过水帘及干燥器后后进入干式过滤器。干式过滤器采用二级处理 (合成纤维无纺布)，以降低活性炭更换周期，减少运行费用。

采用金属网制成框架，内夹过滤材料，过滤器安装在金属箱体内。抽屉式过滤框架更换方便（更换时间不超过6分钟），过滤器内安装压差计，当干式过滤器达到需更换的条件（通过压差计设定的数值确定）时，系统控制柜发出报警，待干式过滤器更换过滤棉后，警报解除，废气处理程序进入正常净化工作（此功能为选配，一般可安装就地指针式压差计，做好日常点检记录即可）。

2.活性炭吸附器

有机废气处理段采用活性炭吸附浓缩+催化净化处理工艺，系统中活性炭吸附床数量为3台，每台活性炭吸附床的处理风量为15000m3/h，吸附时由一台吸附器工作（另一床备用），备用的活性炭吸附床在其中一个吸附床吸附饱和后自动将其替换出吸附状态，在PLC自动控制下启动配套的催化燃烧系统将其转换为热解析状态，如此往复循环不间断处理。

活性炭吸附器内装活性炭层及气流分布器，以浓缩净化有机气体，是整个装置头一个主循环的主要部件及核心工序，活性炭采用堆放装填，更换极其方便。

为达到全天候不停产的情况下有效的对废气进行处理本套设备设计3个吸附床，工作时2用1备。活性炭吸附箱的单床设计风量为：15000m3/h×3床，设计滤速为1.0m/s，活性炭吸附周期为48小时（预估）。

TF系列蜂窝活性炭示意图例：

               图3.1蜂窝状活性炭

表3-5蜂窝状活性炭产品主要性能参数

表3-6活性炭吸附器主要性能参数

3.催化燃烧装置

该装置是将浓缩的有机废气引入主要设备。有机废气经内装加热装置从活性炭层中将有机物分离后，通过催化剂的作用分解成水和二氧化碳，同时释放能量，由热交换装置置换能量，用于维护设备自燃的能源。

当催化床温度达到250～300℃时，催化燃烧床开始反应，利用废气燃烧产生的热空气循环使用，此时电加热停止，不需要外加热，单床脱附，脱附时间为2~3小时，设定时间活性炭吸附箱定时自动切换脱附，内部装填的陶瓷蜂窝体贵金属催化剂使用寿命为8000小时。整个脱附系统采用多点温度控制，保证脱附效果的稳定。

TFJF型催化剂采用堇青石蜂窝陶瓷体作为主要载体，γ-Al2O3为第二载体，以贵金属Pd、Pt等为主要活性组分，贵金属铂和钯,具有高活性、高净化效率、耐高温及长使用寿命。

表3-7 净化效率≥97%的起燃温度和相应浓度表

                              图3.2 γ蜂窝状贵金属催化剂

催化剂采用堇青石蜂窝陶瓷体作为主要载体，γ-Al2O3为第二载体，以贵金属Pd、Pt等为主要活性组分，是一种新型高效的有机废气净化催化剂。

表3-8 催化燃烧床的性能指标

4.风机

风机设置处理设备末端，设备工作压力为负压工作，保证气体不外溢，每套系统为独立风机工作。

表3-9 主风机的性能指标

表3-10 脱附风机的性能指标

5.阀门

根据工况要求，在电器控制下实现管路切换，脱附时控制整个设备脱附温度的必要元件，执行机构为电动。

表3-11 阀门数量及参数

6.混流换热器

考虑活性炭的物理性能及特点，热空气进入活性炭吸附箱的温度必须得到有效的控制，当一级温控达不到控制要求时，混流风机工作，将热气流进行二级降温处理，保证进入活性炭吸附箱的温度在有效的控制范围内。

表3-12 混流器及混流风机的性能指标

7.电控部分

整个设备的中心枢纽，采用PLC程序控制及HMI人机对话界面操控，保证各设备的正常自动运行，同时对各动力点起保护、控制、监控作用，可在车间设置主排风机分项控制柜，PLC控制系统主要功能：

l 具有自动、手动两种操作方式；

l 自动运行时具有连锁功能；

l 系统具有自我诊断功能；

l 运行时出现的异常情况可报警及自动停机；

l 控制柜面板流程可显示运行主要参数；

l 根据工艺要求随时可改变控制参数；

l 系统设有自动运行状态,操作模式非常简便，不会因人员调动或调离影响生产。

表3-13 电控系统

3.4废气治理工程施工规范

3.4.1整体规划与布置

净化设备安装于贵公司指定地点，但设备距离收集点不宜过远（有利于降低吸风机的功率、有利于安全检查的规范）。控制柜布置于设备旁，便于设备的调试、维修、保养。

风管的布置直接与工艺、土建、电气、给排水等专业关系密切，应相互配合、协调一致。 具体要求如下：

l 风管在布置时应考虑使用的灵活性；

l 风管的布置应符合工艺和气流组织的要求；

l 风管的布置应力求顺直，避免复杂的局部管件；

l 风管上应设置必要的调节和测量装置（如阀门、压力表、温度计、风量测定孔、采样孔等）或预留安装测量装置的接口；

l 风管布置应较大限度地满足工艺需要，并且不妨碍生产操作；

l 风管布置应在满足气流组织要求的基础上，达到美观、实用的原则。

3.4.2工程材料选用说明

车间内废气收集风管采用螺纹镀锌风管制作，风管采用法兰连接，风管厚度依据国家标准

主风管：废气处理设备主风管采用镀锌钢板制作。

吸附箱、干式过滤器：吸附箱和干式过滤器的壁板材料采用δ3mm钢板制作，支架采用□60×60×3mm方管制作，内壁板防腐处理。

催化燃烧设备：催化燃烧设备换热器SUS304不锈钢制作，加热室、燃烧室炉板采用、外骨架材质为碳钢。

3.4.3工程控制系统说明

电控是整个设备的中心枢纽，根据本项目中生产废气的特点，采用手动/自动控制，保证各设备的正常自动运行，同时对各动力点起保护、控制作用：

（1）系统运行时采用PLC程序全自动控制；

（2）自动运行时具有连锁功能；

（3）系统具有自我诊断功能，运行时出现的异常情况可报警及自动停机；

（4）根据工艺要求改变控制参数；

（5）自动运行时可根据工艺条件退出运行；

（6）可根据生产车间就地箱给出的生产设施开启情况，自行变频调节风机，以节约能耗。

本设计电气自动控制系统是以西门子PLC为核心，以人机界面（HMI）为监视和操作中心；并配置适当的指示灯和控制按钮为辅助。

3.4.4系统各控制单元说明

1.电源

主电源380V±5%、3相、50HZ，采用三相五线制供电。

2.辅助电压

控制电源单独由隔离变压器提供，该电源与车间电源相隔离，避免由于车间电源的波纹系数过高而产生的干扰。

仪表电源单独由隔离变压器提供，该电源与其他电源相隔离。

3.在失电情况下的保护措施

电控系统及元件必须能够适应工厂电网上的电压偏差、波动±5%、闪变和各种谐波及脉冲干扰。

在线路中其它电压干扰，或失电后，被中断的程序必须能够重新启动运行。

供电系统有缺相、欠压时，该系统电源开关必须随之自动断电。

电源切断或设备急停时，为避免设备损坏或人身伤害，不允许设备运动执行元件有任何运动。

4.用电设备的保护

每条回路单独采用漏电、短路、过流保护装置。

每条回路单独采用过载保护装置，不允许自动再次接通电源；

三相电机的电流过载保护器分别安装在三相线路上。

限位开关和各种保护开关装置，在回路中使用继电器去执行动作。

联锁保护：当操作者发生误操作时，存在前后动作逻辑关系的各应用单元之间具有可靠的联锁关系，以免产生危险。

5.导线和接线端子

电源电路和控制电路的电线符合国家标准。

电缆使用多芯导线。

电缆具有足够的长度而且能够使元件间进行快速准确的信号交换。

所有元器件以便于维护的方式进行连接。

所有电线、电缆均不能中间有接头。

所有主回路的接线端子用绝缘盖罩进行保护。

如果导线的截面积较大，无法获得相应颜色导线，可以用黑色电线代替，在端头用相应相序颜色作出标记。

6.控制柜的技术要求

控制柜符合GB3836标准。

颜色按照甲方提供的色卡来进行表面喷涂。

防护等级：室内IP54级，室外IP56级

柜门必须用拉杆同时锁住门的上下两端。

门内则装有金属盒，用以保存图纸。

控制柜要留有20％安装空间，以备将来增加元件之用，控制柜内的结构和所有内部连线要符合有关标准的具体要求；

为了保持柜内温度低于各元件允许的较高温度，要提供强制的通风；

风扇电源为220V，50HZ，风扇要有防护手指免受伤害措施，噪声要满足标准要求，风扇要用可拆清洗式的滤网；

电控柜面板和各操作站面板都必须设置急停按钮，操作工位安需要配置急停按钮。

7.绝缘电阻的测量

对各种用电设备、电机、滑触装置均必须按相应规范标准做绝缘电阻测量，并按规定表格填写内容和签字。

8.电动机起动设备的选择技术要求

电动机采用变频器启动；

3.5运行费用计算

3.5.1 VOC-XC耗能分布表

1.平均能耗电费估算（按8小时生产计算）

风机匹配变频器，功耗取值按照70%。脱附过程按照每4天脱附一次计，一次脱附时间为8~10小时，催化燃烧床的加热器工作时间为3~4h/次。将工作时间平均到每天，计算如下：

e1=吸附部分（37kw×0.7×8小时×0.6元/度）=124元/天

e2=催化燃烧部分（60kw×1小时/天×0.6元/度+5.5kw×0.7×2.5小时/次×0.6元/度）=41.8元/天

2.耗材活性炭更换费用（1年更换一次，根据具体情况调整）

e3=7.2×8000元/÷（1年×300天）=192元/天

3.耗材催化剂更换费用（9000小时）

e4=0.16×180000元/÷9000小时×3小时/天=9.6元/天

4.过滤棉更换费用

e5=24只×90元÷90天=24元/天

3.6设备占地及自重

吸附浓缩催化燃烧设备占地面积：60m2，长宽均不低于3米，高不得低于6米，基础承重：50吨；

第四章 废气设备清单

第五章 工程范围及进度计划

5.1工程界面

5.2工程进度计划

废气处理工程施工计划

注：以上开始时间是以合同生效之日起计算