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生态环保产业作为支撑生态文明建设和高质量发展的关键力量，正面临着转型升级的迫切需求。环保新质生产力，正成为推动产业向前发展的核心力量。本栏目将聚焦生态环保产业的新技术、新装备、新材料、新模式，深入宣传推广科技创新成果，及时发布环境技术进步奖项，全面介绍行业内的实用技术装备和示范工程，引导行业持续创新，加快数字、智慧、科技的融合赋能，为经济社会全面绿色转型贡献力量。
生态环境保护实用技术
2023-J-24
申报单位
航天凯天环保科技股份有限公司
推荐单位
湖南省环境保护产业协会
一、技术简介
适用范围
应用于制造行业中大型部件喷涂产生的含苯系物、醇类、酯类等有机废气的净化，当废气入口峰值浓度<1200 mg/m3时，治理后排放浓度<40 mg/m3，优于国标要求。
本技术装备适宜处理风量为10000~50000m3/h，可以安装在室外或室内环境中。
技术原理
本技术装备采用沸石转轮配套蓄热式燃烧炉(RTO)使用，利用RTO产生的高温气流对沸石转轮进行吹扫，把沸石内吸附的有机化合物脱附出来，再送入RTO进行燃烧处理，最后生成二氧化碳和水等。
基于船舶涂装的非稳态高峰值废气，创新研发出条状沸石模块和瓦楞纸结构蜂窝模块组合的双组分转轮浓缩+RTO燃烧技术，采用一种连续旋转的沸石转轮对有机废气进行吸附净化。4个沸石转轮组成并联吸附设备组，通过周期性轮换进行脱附，当两台转轮处于在线脱附时，另外两台转轮处于离线状态。
沸石转轮分为吸附区、冷却区和高温脱附区，转轮连续旋转使废气依次通过各个区。吸附区吸附的有机废气，在脱附区经高温空气吹扫排出，脱附气体浓度为吸附入口浓度的10倍，脱附气体流量为吸附入口风量的1/10，再配置一台1/10吸附入口风量的燃烧装置进行分解处理。
从沸石转轮中脱附出来的高浓度有机废气进入蓄热式燃烧炉(RTO)的燃烧室，在760℃以上的温度下进行燃烧，分解为二氧化碳和水等，废气处理效率>99%，当废气浓度>2000mg/m³时，正常运行时RTO设备不需要额外补充天然气。
工艺路线
含VOCs有机废气→多级滤袋式过滤器→沸石转轮吸附(交替轮换脱附)→蓄热式燃烧炉RTO→排气筒。
在吸附风机的动力作用下，喷涂废气与漂浮的漆雾被送入多级滤袋式过滤器，经过G4+F6+AC+F9的四级拦截，让进入组合式沸石转轮的废气中颗粒物浓度<1mg/m³。
沸石转轮分为吸附区、冷却区和高温脱附区，转轮在各个区内连续旋转。全部的废气进入处理区进行吸附过程，吸附完成后的净化气体达标排放。
有机废气蓄热式燃烧炉采用3室结构，每个腔室循环交替进行进气、排气、吹扫，确保废气净化的高效率和实现焚烧废气的能量回收，有机废气在焚烧炉中燃烧分解。
装备性能参数及执行标准
沸石转轮的吸附效率>96%，RTO的燃烧效率>99%。
《HJ2026-2013 吸附法工业有机废气治理工程技术规范》
《HJ1093-2020 蓄热燃烧法工业有机废气治理工程技术规范》
应用效果
治理工程在完成安装调试后，经江苏省百斯特检测技术有限公司对工程排放尾气进行检测，入口气流中挥发性有机物浓度<685 mg/m³，治理后排放浓度<5mg/m³，排放速率<1kg/h，验收合格。
研发背景
我国是一个船舶制造大国，同时海上风电也在蓬勃发展。船舶、风电等行业的喷涂作业间歇性排放大风量、非稳态有机废气，具有喷涂作业时间短，流平时间长等作业不平衡的特点。大型部件的喷涂作业，通常为多喷枪同时喷涂4小时，20小时进行流平固化。喷涂时通风换气风量大、VOCs有机废气浓度峰值高达1200mg/m³；喷涂和流平工序的通风换气量及有机废气浓度的差别非常大。
针对大风量、高浓度、流平固化时间长的废气特性，国内外常用的固定床式活性炭吸脱附法、生物法等，都无法达到净化效率的要求。采用直接燃烧法处理废气，设备投资和能源消耗很高，企业无法承受。采用国外进口沸石转轮吸附浓缩+RTO蓄热燃烧技术，除了投资费用高，且必须保证吸附与脱附同时在线。
在充分调研船舶与风电制造行业喷涂特性的基础上，分析排放有机废气的浓度变化曲线，自主研发了工业有机废气双组合高浓度转轮浓缩+RTO氧化技术。采用两种结构类型的沸石分子筛材料进行有机废气的吸附净化，同时采用三床式RTO把有机废气转化为无害的二氧化碳与水等。
技术特点
本技术研发的双组分高浓度浓缩转轮吸附容量大，能支持转轮进行短时间单吸附工作模式。通过多组沸石转轮并联进行有机废气吸附浓缩，多沸石转轮周期性的交替脱附，符合喷涂车间的工作节奏。
沸石吸附转轮装备创新性地选用了国产优质的条状沸石材料与瓦楞纸蜂窝沸石两种不同形式的沸石吸附材料，有机物的吸附容量达21kg/m³，是常规吸附材料的2倍。合理分配使两组沸石转轮进行周期性的轮换在线和离线脱附，达到常规配套一半风量的RTO就可以正常工作。
沸石吸附转轮装备，转轮部分为圆环筒形状的扇形模块式分区结构，分为吸附区、冷却区、高温脱附区，当气流经过冷却区后温度能提升到90~110℃，再经过RTO换热升温到200℃，此工艺综合利用了脱附后滞留的热量，降低了整个转轮装备的脱附热量消耗。同样当沸石转轮经过冷却后恢复吸附性能，可以使经过这一个分区的废气得到吸附净化，设备的处理效率提升约4%。
设备的控制系统可根据车间的工作节拍及废气中有机物的排放浓度曲线，智能选择喷涂模式、固化模式、停止模式，避免脱附期间不必要的能源浪费，降低运营成本。同时在正常运行的过程中，可通过控制系统对喷漆时间、喷漆面积、喷涂工作间名称等参数输入，实现系统的智能节能运行。
二、典型应用案例
案例名称
招商局金陵船舶(江苏)有限公司400000m³/h涂装房VOCs有机废气双组分高浓度转轮浓缩+RTO氧化技术治理设备改造项目。
案例简介
招商局金陵船舶(江苏)有限公司涂装房VOCs治理项目，共有4个喷漆工作间，占地面积6498㎡，喷涂废气处理设计风量400000m³/h，总投资1845万元。采用8套50000m³/h的沸石转轮，配置2套10000m³/h三床式RTO系统。每4套转轮+1套RTO治理后的废气集中到一个排气筒排放。
项目由航天凯天环保科技股份有限公司总承包、设计、施工。由招商局金陵船舶(江苏)有限公司自主运行。项目实施完毕后顺利通过验收，目前系统运行良好，系统运行能耗低，用户满意。
达到的标准或性能要求
净化后的废气排放符合《上海市船舶工业大气污染物排放标准》(DB 31/934-2015)、《江苏省大气污染物综合排放标准》(DB 32/4041-2021)的要求。
业主单位
招商局金陵船舶(江苏)有限公司
投运时间
2021年12月23日
工艺流程
工艺路线：含VOCs有机废气→多级滤袋式过滤器→沸石转轮(交替轮换脱附)→蓄热式燃烧炉RTO。
在吸附风机的动力作用下，喷涂废气与漆雾被送入多级滤袋式过滤器，经过G4+F6+AC+F9四级过滤拦截漆雾。过滤后的废气进入沸石转轮进行吸附过程，吸附完成后的净化气体达标排放。
有机废气蓄热式燃烧炉采用3室结构，转轮脱附出来的有机废气首先从A室进入，吸收了蓄热体的热量以及燃烧器补充的热量，有机废气温度提高到760℃左右，在适宜3T(温度、停留时间、湍流)条件下，有机废气成分被分解成二氧化碳和水等；经充分氧化后的清洁气体从B室排出，并将热量释放至B室蓄热体，热量得以回收；同时C室进行吹扫工作，将RTO管道内残余的有机废气，送回RTO入口端。
原理图
运行情况
2021年11月29日工程安装调试完毕，机组运行正常，满足合同规定的全部技术、性能指标。
2022年3月18日经江苏省百斯特检测技术有限公司对治理工程排放尾气进行检测，挥发性有机物排放浓度<5mg/m³，排放速率<1kg/h，验收合格。
排气筒上安装有VOCs有机废气在线检测设备与环保局联网，自设备运行两年以来，运行稳定，未发生过事故与生态环境部门监督异常情况。
技术应用产生的碳减排效果
项目中采用2台10000m³/h风量的3床式RTO，实际使用热量538KW，如果采用直接从60℃加热到760℃，需热量5031KW，节能95%。
脱附气流(10000 m³/h)从110℃加热到200℃需热量323KW，由RTO燃烧后的热量回用提供。
冬季运行时RTO尾气中144KW的热量被回收用于喷涂车间供暖
进行正常脱附时，废气中挥发性有机物的燃烧热量可以维持RTO的自持运行
本项目的转轮采用周期性交替轮换脱附，降低了整套系统50%的脱附设计风量和RTO设计风量。
原标题：环保新质生产力 | 非稳态排放VOCs废气转轮浓缩+RTO净化技术
