喷涂废气综合治理设计工艺

 工艺路线

整套废气处理系统按Q=18000 Nm3/h设计。结合我公司废气治理工程经验，采用分区收集，集中处理的收集工艺。将各区域收集的废气经主收集管道进入主废气处理系统。收集后的废气①超重力旋转床污染控制装置，通过内部转子的高速旋转产生强重力场，废气中的漆雾颗粒在重力场的作用下被拦截。②进入低温等离子体净化设备，利用高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用，使污染物分子在很短的时间内发生分解，并发生催化氧化等后续的各种反应以达到降解污染物的目的；③处理后的达标的气体由引风机送入喷淋塔。④喷淋塔为废气的进一步反应提供空间以及时间，由喷淋塔直接排空。

注：为了充分收集漆雾及考虑漆雾对生产员工的危害，本工艺拟定在每个喷漆房顶部加一台轴流风机向下压风，在压力的作用下将漆雾压向底部，保证充分收集。同时在每套喷漆房收集的支管道上面安装阀门，可以根据实际生产情况来调整阀门开关。保证整个系统在任何时段都能正常运转。

一 低温等离子体技术简介

低温等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态，当外加电压达到气体的着火电压时，气体被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。放电过程中虽然电子温度很高，但重粒子温度很低，整个体系呈现低温状态，所以称为低温等离子体。低温等离子体降解污染物是利用这些高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用，使污染物分子在很短的时间内发生分解，并发生后续的各种反应以达到降解污染物的目的。

低温等离子体技术具有以下优点：

1.放电产生的低温等离子体中，电子能量高，几乎可以和所有的恶臭气体分子作用。

2.反应快，不受气速限制。

3.采用防腐蚀材料。 

4.只需用电，操作很简单。

5.设备启动、停止十分迅速，随用随开，常温常压下即能使用。

6.气阻小，适用于大风量的废气处理。

低温等离子体净化工业废气的工作原理:

等离子体中能量的传递大致如下：

等离子体中能量传递图

低温等离子放电过程中，电子从电场中获得能量，通过碰撞将能量转化为污染物分子的内能或动能，这些获得能量的分子被激发或发生电离形成活性基团，同时空气中的氧气和水分在高能电子的作用下也可产生大量的新生态氢、活性氧和羟基氧等活性基团，这些活性基团相互碰撞后便引发了一系列复杂的物理、化学反应。从等离子体的活性基团组成可以看出，等离子体内部富含很高化学活性的粒子，如电子、离子、自由基和激发态分子等。废气中的污染物质与这些具有较高能量的活性基团发生反应，转化为CO2和H2O等物质，从而达到净化废气的目的。

等离子体化学反应过程大致如下：

过程一：高能电子直接轰击 

过程二：产生氧原子、臭氧、羟基自由基及小分子碎片

 O2  +  2e  →  2O·

 O2   +  O·  →  O3  +  e

H2O  +  2e → H·  +  HO· 

H2O  +  O·+  e →  2HO·

H· +  O2  →  HO·  +  O

C(a+b)H(m+n)O(x+y) + 2 e → CaHmOx ·+ CbHnOy·

过程三：分子碎片氧化 

CaHmOx  + HO·→ CO2 + H2O

CaHmOx  + O·→ CO2 + H2O

CaHmOx  + O2→ CO2 + H2O

CaHmOx  + O3→ CO2 + H2O

经过低温等离子净化后，废气尚含有部分小分子的物质及臭氧，采用水洗工艺可以对污染物进行进一步处理，同时减少废气中臭氧含量。相关反应机理如下：

H2O  +  e → H·  +  HO· +  e

H·  +  O3 → O2  +  HO· 

HO·  +  O3 → HO2·  +  O2

HO2·  +  O3 → HO·  +  O2

因此在此过程中，部分小分子有机物可进一步被羟基自由基氧化而予以去除。

从以上反应过程可以看出，电子先从电场获得能量，通过激发或电离将能量转移到污染物分子中去，那些获得能量的污染物分子被激发，同时有部分分子被电离，从而成为活性基团。然后这些活性基团与氧气、活性基团与活性基团之间相互碰撞后生成稳定产物和热。

另外，高能电子也能被卤素和氧气等电子亲和力较强的物质俘获，成为负离子。这类负离子具有很好的化学活性，在化学反应中起着重要的作用。

二 .编制范围

本设计包含范围如下：

低温等离子体成套设备和其他成套设备。设备之间的管道、阀门、支架等由业主负责，及所需动力、照明电源、给排水等外部条件由业主单位按设计要求提供并负责安装到位。

各系统单元描述

1 废气收集系统

对任何一个效率高的废气控制和处理系统而言，废气收集系统都是一个很重要的关键要素。因为这一系统从源头处决定了废气控制和处理系统的处理大小。废气收集及输送系统设计得合理与否很大程度上影响着整个废气控制和处理系统的处理效果。

根据业主提供的数据，目前已有4组喷漆室有水帘柜漆雾拦截设备，建议另外2组也加装水帘柜漆雾拦截设备，防止漆雾长时间堆积堵塞管路。

2 低温等离子体净化设备单元描述

低温等离子体氧化裂解装置具有处理效果好、运行费用低、耐冲击负荷能力强、运行稳定可靠、即开即用、即关即停等优点。

相对于其它低温等离子体技术，低温等离子体氧化裂解废气处理设备具有能耗低（处理相同气量的废气能耗降低2/3）、处理风量大、免冲洗、产生的废水少等优点。

主要原理为：污染物首先与大量的新生态氢、臭氧及羟基氧等高能活性基团发生一系列的复杂的物理化学反应，使大部分大分子污染物转变为小分子物质，完成深度氧化；后小分子的污染物又在高能电子的作用下，分解、裂解，转化为CO2和H2O等物质。

低温等离子体氧化反应器为方形一体化设备，反应管、电源、内外电极、高压驱动、控制系统等均装配在一体化设备壳体内，考虑使用地点的特殊情况，所有电器开关、按钮均采用防爆型。

型    号：QKDD-II-Q18

功   率：30kW

输入电压：220V

数   量：1台

低温等离子反应器示意图

说   明：

① 壳体为长方形密闭无泄漏结构，管道材质为不锈钢，壳体材料为不锈钢。使用温度100℃以下，其剪切强度、弹性模量，保证本体有足够的刚度，设备使用寿命＞10年。

② 设备接管上装有压力、温度、风速、介质浓度等的检测采样口。

③ 内部设有接受管和发射管集成系统。

④ 所有紧固件均用不锈钢材料。

⑤设备管道内部配置冲洗装置，防止结垢和物料凝固。

⑥处理设备采用离线清洗方式。

3 引风机

本系统设计的思想为全负压操作，可有效防止风管、风阀及设备的泄漏，因此引风机装在等离子体设备后面。

引风机的进风口装有可调节风阀，供调节风量、风机维护使用。

设备参数：

型    号： FG-4-72-8C

风    量：  18000 m3/h

风    压：  2400 Pa

功    率：  22KW

数    量：   1台

引风机设置要求：

1)吸风机为侧吸式离心通风机，卧式安装，与电机置于同一机座。壳体和叶轮材料采用玻璃钢。

2)风压在较大抽气量的条件下，具有高于系统压力损失15%的余量。

3)轴与壳体贯通处无气体泄漏。

4)噪音（包括电动机在内）<80dB(A)。叶轮动平衡精度不低于G6.3级，且能24小时连续运转。

5)设有防振垫、隔振效率≥80%。

6)在快速运转条件下，气体流量可调，调节范围可由100%降至70%。

7)防护等级IP55、电流380V、3相、50Hz，F级绝缘，B级温升。

8)风机进风阀门采用法兰连接，相互之间有足够的距离，便于阀门之间的管道安装及设备的维修和装拆。

4 低温等离子体净化设备单元描述

超重力场是由旋转产生，它是一种利用离心力强化传递和混合的过程的新型技术。

超重力旋转床能够产生稳定，可调的超重力场，用离心力取代重力强化传质过程，体积传质系数可增加至普通喷淋塔的数十倍甚至上百倍。

液体在超重力场的作用下，受到巨大的剪切力的作用，表面被迅速更新，产生巨大相间接触面积，因此，很大的提高了传质和混合的作用，从可以低温等离子体处理设备做到更好的预处理效果。

型    号：QKCZ-V-Z4

功    率：11kW

气 液 比：500：1

输入电压：380V 

放置形式：卧式

数   量： 1套

配备一台喷淋泵和一台排液泵。

超重力旋转床预处理设备及工作原理示意图

超重力旋转床污染控制装置特点：

1、除水雾效率高：研究结果表明，对水雾的捕集率高达99.9%，对3μm以上粒子的捕集率高达100%。

2、切割粒径小：超重力除尘设备的切割粒径范围在0.02~0.3μm。

3、出口气体含水量低：超重力除尘设备的出口气体含水量低达到低温等离子净化设备运行要求。

4、设备体积小：与传统工业除水雾装置相比，超重力除尘设备的体积大幅缩小，设备投资及占地面积相应显著降低。

5、设备适应性好：超重力除尘设备对雾气的物性（如有机、无机、亲水、增水等）、浓度变化、水雾的粒度波动均有良好的适应性。

6、设备操作弹性大：超重力除水雾设备对处理气量的变化不敏感，对在设计气量50~120%范围内的变化均能良好适应，可以保证正常操作。

7、气液比大：超重力除尘设备的气液比一般在300-500。因此配套液体循环及处理设备小于一般湿式除尘设备，该部分设备投资及操作费用将相应减少。

8、操作维修方便：作为低速（300~500转/分钟）转动设备，超重力机的操作维修与一般工业泵及离心机相当。