某玻璃钢生产企业废气污染治理方案

2023-04-15张中文孙文全闫后成

化工设计通讯 2023年1期

张中文，孙文全，闫后成

（潍坊市环境科学研究设计院有限公司，山东潍坊 261041）

玻璃钢，全称为玻璃纤维增强塑料，是以合成树脂作为基体，玻璃纤维及其制品为增强材料，通过糊制或缠绕而成的一种复合材料。玻璃钢加工过程中会产生挥发性有机物、颗粒物等大气污染物，如果控制不当会对生产厂区和周边环境造成污染，对操作工人和周边人群健康带来危害。由于玻璃钢加工企业一般以小型企业为主，生态环境保护意识和污染治理水平不高，在治理的过程中存在思路不清、投入不大、效果不佳的问题。本文以某玻璃钢加工企业为例，从企业生产现状分析入手，找出废气治理存在的问题，提出具体的改造升级方案，确保废气污染物稳定达标排放，为中小型玻璃钢加工企业废气污染治理提供参考。

1 企业概况

A公司主要从事玻璃钢制品生产与销售，主要产品为玻璃钢管道，总生产能力为7 000t/a，主要生产设备包括制衬机6台、缠绕机7台、脱模机7台、固化站6台、修整机6台。年消耗不饱和聚酯树脂1 400t、固化剂28t、促进剂1.4t、缠绕纱2 400t、石英砂3 400t。

2 工艺流程及产污分析

2.1 玻璃钢的构造

玻璃钢的构造从里到外，一般分为内表层、次内层、结构层、外保护层。其中，内表层和次内层并称为内衬。

（1）内表层：由内衬不饱和聚酯树脂和玻璃纤维材料组成，主要作用是防腐、防渗漏。

（2）次内层：由内衬不饱和聚酯树脂和玻璃纤维材料组成，主要作用是保护内表层。

（3）结构层：由玻璃纤维缠绕纱浸润树脂后缠绕成型，主要作用是承压。

（4）外保护层：由树脂和抗老剂组成，作用是防老化。

2.2 玻璃钢管道缠绕法主要工艺流程

国内主要采用手糊制作方法和纤维缠绕工艺，制作生产玻璃钢产品。A公司采用的是纤维缠绕法，制作生产玻璃钢管道。工艺流程包括配料、缠绕、固化成型、打磨裁切等。

（1）模具处理：根据任务单要求选择对应型号的模具，清理表面锈蚀杂物，内面打蜡并反复擦出亮度。

（2）树脂调兑：根据产品要求选择对应型号树脂，按照比例添加固化剂及促进剂调兑。

（3）内衬制作：工艺过程包括淋树脂、缠表面毡、针织毡和网格布四道工序，内衬层制作完成后，用远红外线烤板进行加热加速固化。

（4）缠绕：包括内交叉层缠绕、夹砂层缠绕和外交叉和外环向层缠绕，缠绕完成即缠外薄膜。项目采用缠绕完即覆膜的改进工艺，可有效控制挥发性有机物的逸散。

（5）固化：启动固化机，使磨具均匀转动（温度低时打开烤灯），随时观察固化情况，固化到规定程度，及时关闭烤灯及固化机，由于工件覆膜，可控制固化过程中挥发性有机物的挥发。

（6）脱模：待产品固化发热过后，用扳手禁锢底部脱模螺栓，将产品脱模。

（7）修整打磨：用设备将产品四边处少量边角料进行处理，保证产品边沿平直。

（8）检验：盛水试压检验，合格品入库。

2.3 废气产生环节

挥发性有机废气主要来源是基体树脂里面的交联剂和树脂稀释剂，主要污染因子是非甲烷总烃和苯乙烯，在配料、糊制或缠绕、固化过程中挥发出来。

粉尘废气主要污染因子是颗粒物，在玻璃钢固化后的打磨裁切工序产生。

3 污染治理思路

3.1 废气源头控制措施

根据玻璃钢加工工艺需求，努力探寻低苯乙烯不饱和聚酯树脂等环境友好型树脂代替苯乙烯含量较高的不饱和聚酯树脂，从工艺的源头减少原辅材料的VOCs含量，实现VOCs排放减量。

3.2 废气密闭收集措施

缠绕机、制衬机生产区域用铝合金结构密闭；树脂搅拌系统加盖密封，管道收集到铝合金密闭间；法兰车间密闭；打磨房密闭。产生挥发性有机废气的密闭操作房全部加装底吸的废气收集措施。确保生产过程中配料、糊制、固化、打磨、裁切等工序均在密闭车间内进行，废气可有效收集。

（1）原材料密闭容器存储，树脂采用密闭管道输送。原料树脂等装卸点安装集气设施，将装卸过程产生的废气引入处理装置。

（2）制衬、缠绕均在密闭的房间内进行，同时将废气引入处理装置，固化后进入下道工序进行缠绕，采用边缠绕边覆膜的方式，及时将已完成缠绕的部位进行覆膜，减少挥发性有机物的产生[1]。

3.3 废气末端治理措施

粉尘主要产生于打磨修整工段，采用布袋除尘器收集处理后通过15m高排气筒排放。挥发性有机物采用“水喷淋+沸石分子筛吸附/脱附+催化燃烧”组合工艺处理后通过15m高排气筒排放。

生产过程中产生的VOCs废气在离心风机的作用下，首先进入喷淋填料塔，在塔内废气与塔填料表面上的水膜相接触，去除废气中部分溶于水的胶状气体，之后有机废气经过阻火器进入吸附箱，经沸石吸附达标后排放；吸附箱内分子筛基本达到饱和后，切换至另一吸附箱继续吸附。而吸附有机气体饱和后的箱体，经脱附风吹脱后，高浓度气体经换热器提温后进入电加热器升温后进入催化燃烧室在催化剂作用下进行燃烧反应，有害VOCs气体分解为CO2和H2O，净化后的尾气通过排气筒排放。

3.4 环境管理措施

（1）建立环境管理台账。台账内容包括废气收集系统、VOCs 处理设施的主要运行和维护信息，如运行时间、废气处理量、操作温度、停留时间、吸附剂再生、催化剂更换周期和更换量等关键运行参数。由专人记录，记录保证清晰规范，保存期限不少于5a。

（2）开展自行监测。按照环评文件、批复和《排污单位自行监测技术指南总则》（HJ 819—2017）相关要求开展自行检测，监测因子包括非甲烷总烃、颗粒物、苯乙烯、臭气浓度等，监测频次为至少半年一次。

4 废气治理方案

VOCs 治理技术种类较多，有吸附法、吸收法、燃烧法、冷凝法，吸附-冷凝回收、吸附浓缩-催化燃烧、低温等离子体技术、光催化氧化、生物法、膜分离技术等。A公司采取的处理工艺是“分类分区收集+干式分离+旋流塔喷淋回收（除雾）+蜂窝活性焦吸附脱附+催化燃烧+烟囱达标高排”。

4.1 分类分区收集系统

在满足安全、经济的前提下，根据各个工序的流程顺序、相对位置、废气成分及浓度，对各生产区域实施分区收集，集中处理，合并排放，并进行前置初过滤。

4.2 喷淋除雾系统

喷淋塔和旋流除雾塔主要去除部分溶于水的盐分、粉尘类及大分子物质，保证进入吸附装置的气体纯净度。采用SUC304或玻璃钢材质，废气经过引风机由塔底切向进入，与向下喷淋的雾化水以逆流方式使气液充分接触。采用内置流体喷淋管及多层载体除雾器形式，增长气液反应时间，提高效率，充分吸收。在吸收塔出口烟道装有折流除雾器，进一步消除水汽。在此过程中，废气携带的有机、无机粉尘和其他固体颗粒也被除雾器捕获。该处理过程为全自动化操作，并且是密闭操作，最大程度减少检修维护费用，避免检修时的跑冒滴漏。

淋塔洗涤废水进入集水池由水泵提升，经破乳、混凝后进入气浮池，废水在气浮池中经过净化后进入收集池，收集池中水可供喷淋塔循环洗涤用。气浮池上部的收集物经压滤浓缩后，主要成分为玻璃钢粉尘，可作为填充料回用。压滤废水再次打回集水池继续回用，过程中无废水和废弃物产生。

4.3 催化燃烧工艺

由于玻璃钢加工过程的VOCS浓度较低，为了保证废气处理效果，需要增加活性炭吸附脱附装置，经预处理后的废气经过蜂窝活性焦进一步吸附后排入大气。活性焦由多个吸附储仓组成，设备交替工作，脱附后废气进入催化燃烧系统进行燃烧，产生的热空气为活性炭脱附提供热能。

浓缩废气经阻火器进入催化净化装置，在热交换器内与高温尾气进行热量交换，经预热的废气进入加热室（内设有电加热管）进一步升温，达到起燃温度的废气继续进入催化床内。本系统采用过渡金属催化剂和贵金属催化剂组合使用，在贵金属Pt、Pd催化剂的作用下，使有机溶剂完全氧化分解为H2O和CO2，并释放出大量反应热，可维持催化燃烧所需的起燃温度，通过换热系统达到热平衡，反应器床层温度可达到300。C以上。

混料系统废气催化燃烧装置由于需要催化燃烧氨气，会产生一定量的NOX，催化室底层装有部分SCR催化剂，高温废气进入SCR催化剂层后，剩余的氮氧化物和氨气在钒钨钛催化剂作用下还原成氮气和水，废气通过换热器热量回收后进入喷淋系统。

催化剂进出口及床层均设有温度传感器和压力传感器，控制系统实时采集温度，压力，流量，建立燃烧模型，精确控制燃烧速度，补冷风机补风量，加热器加热功率等，保证系统高效、安全、稳定运行。

配备惰性气体安全保护装置，对于高浓度、低沸点的VOCs气体，采用增加惰性气体合理控制废气氧含量，保护脱附和催化燃烧安全。

4.4 活性焦吸附浓缩系统

吸附床为组装式结构，内装填蜂窝状改性活性焦，换料方便，吸附性能好，阻力小，可使设备小型化。吸附器上设有进出气口、检修人孔、消防水接口、气体置换接口、温度和压力监测孔，确保吸附安全进行。废气中的有机物质被活性焦吸附截留在吸附床层内，经过净化的废气经烟囱高空排放，新风作为解吸用洁净气源。吸附器出口处安装在线检测仪，对排放废气浓度进行实时监测，保证废气达标排放。按照吸附周期每天对一个吸附器进行脱附，以保证吸附器的吸附效率。如此循环进行，保证尾气吸附净化的连续性，实现出吸附器废气的洁净达标。

由于废气组分中苯乙烯的存在，脱附时需要较高的脱附温度和较长的脱附时间，又由于前置喷淋塔的存在，废气中水汽浓度较高，所以普通活性炭不适合应用，分子筛吸附剂由于成本较高，故选用改性活性焦作为吸附剂。

活性焦是活性炭的一种，但是是区别于普通活性炭，其生产工艺与活性炭相似，只是比表面积和孔容积等参数没有达到活性炭的指标，但又具有一定吸附能力，特别是针对某些特殊场合，其吸附能力甚至超过了活性炭[2]。

活性焦是以褐煤为主要原料研制出的一种具有吸附剂和催化剂双重性能的粒状物质，具有十分丰富的微孔结构，能吸附大分子、长链有机物。由于相对普通活性炭其燃点高达350。C，在采用适当惰性气体控制氧含量脱附情况下，适合大分子长链有机物的脱附解析。

4.5 控制系统

采用FCS现场总线控制方式、现场工作站和远程监控管理方式，能在就地人员的巡回检查和少量操作的配合下，在各车间单元控制室内，以现场触摸屏和监控室触摸屏为主要监控中心，实现设备的启停和调整、运行工况的监视和调整以及事故处理等。同时各项数据通过光纤以太网传输到上位计算机系统，同时也可通过上位计算机网络获得公共部分的设备运行状况。

在正常工作时，每隔一个时间段记录系统运行工况数据，包括热工实时运行参数、设备运行状况等。当故障发生时系统将及时记录故障信息。操作员终端可存储大量信息，自动生成工作报表及故障记录，存储的信息可通过查询键查询。

全系统采用光纤以太网作为可靠的数据通信系统，采用独立FCS控制器进行控制，并可纳入全厂DCS控制系统中。净化装置出口烟道上设置在线传感器，信号全部进入DCS中进行监控。

4.6 催化剂选型

选用的催化剂型号为负载贵金属钯、铂型，是处理各种不同类型有机废气的高效广谱型催化剂。该催化剂采取蜂窝陶瓷为载体，通过内浸渍法负载贵金属铂和钯，具有高活性、高净化效率、耐高温及长使用寿命等特点；性能参数为：方形孔，孔数25个/cm，堆积密度为（0.76±0.02）kg/L，比表积为25m2/g，净化效率≥97%。

4.7 风机选型

风机采用防火花结构设计，叶轮及外壳之间包裹有色金属并设有叶轮止推装置。防腐方面为碳钢喷漆加环氧沥青漆。主风机采用变频器控制，系统在运行过程中，可随着风量的变化，根据风机前管道压力变化自动或手动调整风机频率，调整风机风量，节能降耗，并确保生产线的稳定。选用主风机风量24 000m3/h、功率18.5kW、风压2 510Pa，脱附风机风量2 800m3/h、功率3.5kW、风压2 107Pa，补冷风机风量1 680m3/h、功率2.2kW、风压1 250Pa[3]。