沸石是1 種架狀含水的堿或堿土金屬鋁硅酸鹽礦類(lèi)物質(zhì)。它具備較強的吸附性、離子交換性、催化和耐酸耐熱等特點(diǎn)，廣泛應用于農業(yè)、畜牧業(yè)及工業(yè)等領(lǐng)域，尤其是對于VOCs 吸附效果十分顯著(zhù)[3]。

　　沸石轉輪是通過(guò)沸石的吸附能力，將大風(fēng)量、中低濃度的廢氣濃縮成高濃度、小風(fēng)量的廢氣再進(jìn)行處理，從而提高 VOCs 廢氣的處理效率，節約運行成本。

　　沸石轉輪吸附濃縮，再由RTO 進(jìn)行焚燒，脫附吸附同步進(jìn)行，無(wú)需單獨進(jìn)行脫附作業(yè)，是一種連續、高效的VOCs 廢氣處理方案[4]。

　　3.1“沸石轉輪+RTO”系統組成

　　整套系統由前置過(guò)濾裝置、吸附風(fēng)機、轉輪、再生加熱裝置、脫附風(fēng)機和 RTO 等組成，如圖 2 所體布置如圖3 所示。

　　圖3  “沸石轉輪+RTO”系統布置

　　3.1.1沸石轉輪工作原理

　　沸石轉輪由多塊扇形蜂巢狀沸石材料拼成。分為吸附區、再生區和冷卻區。不同濃縮比的轉輪，各個(gè)區域對應的面積也不相同，但是冷卻區和再生區面積等同。轉輪分區如圖4 所示。

　　廢氣通過(guò)沸石轉輪時(shí)，經(jīng)過(guò)吸附區的廢氣即可直接排放，少部分廢氣經(jīng)過(guò)冷卻區，然后進(jìn)入 1 個(gè)補償加熱器，加熱到180～200 ℃，再反向進(jìn)入再生區進(jìn)行脫附，脫附后的高濃度廢氣再送至 RTO 進(jìn)行焚燒。經(jīng)過(guò)脫附的轉輪扇區溫度較高，無(wú)法直接進(jìn)行吸附，因此設置1 個(gè)冷卻區。而經(jīng)過(guò)冷卻區的廢氣，溫度也會(huì )相應升高，一定程度上可以補償加熱器的能源消耗[5]。

　　1.冷卻區 2～7.吸附區 8.再生區

　　圖4 轉輪分區

　　轉輪的吸附、脫附工作是伴隨著(zhù)轉輪時(shí)刻不停地轉動(dòng)而進(jìn)行的。因此轉輪在轉動(dòng)過(guò)程中，保持密封尤為關(guān)鍵。在某VOCs 治理項目中，使用的轉輪直徑達到了4.8 m，寬度400 mm。通過(guò)對該沸石轉輪的實(shí)際工作狀況的觀(guān)察，發(fā)現如果吸附區密封不嚴，則會(huì )導致吸附效率降低，排放不能達標；如果再生區和冷卻區密封不嚴，則導致脫附風(fēng)量增大，影響脫附效果，嚴重時(shí)會(huì )導致補償加熱器內形成正壓，無(wú)法正常工作。系統整體構成如圖5 所示。

　　圖5 沸石轉輪系統拆解

　　為了使轉輪有良好的密封性，在轉輪的迎風(fēng)側和背風(fēng)側都有1 圈環(huán)形密封膠條，其中再生區和冷卻區為耐高溫密封膠條。在密封膠條和沸石接觸部分涂有潤滑介質(zhì)，以延長(cháng)密封膠條使用壽命。

　　轉輪內形成負壓，風(fēng)對沸石轉輪造成負向的壓力， 則對其密封效果影響較小。因此，在沒(méi)有場(chǎng)地限制的情況下，轉輪設計為負壓使用效果最為理想。

　　3.1.2沸石轉輪參數選擇

　　沸石轉輪是通過(guò)吸附、脫附來(lái)獲得低風(fēng)量高濃度的廢氣，因此濃縮比是轉輪性能的一個(gè)重要指標。

　　轉輪進(jìn)氣風(fēng)量與脫附風(fēng)量的比值即為濃縮比。低濃縮比雖然可以保證高吸附效率，但是增加脫附風(fēng)量的同時(shí)也增加了脫附能耗，而且大風(fēng)量低濃度的廢氣不利于后續的焚燒處理。因此， 在確保達到排放標準的吸附率前提下，合理選擇濃縮比至關(guān)重要。實(shí)際應用中，濃縮比應兼顧效率與能耗，對于高濃度廢氣，可選擇低濃縮比以確保吸附率；而低于低濃度廢氣，適當選擇高濃縮比有利于系統整體的能效比提高。不過(guò)最高濃度應不高于爆炸極限下限的25%[6]。

　　沸石轉輪的吸附與脫附在轉輪運行周期中是同步進(jìn)行的，兩者共同決定了轉輪的工作效率。轉速的大小意味著(zhù)吸附和脫附時(shí)間長(cháng)短。當轉速較低時(shí)，運行周期變長(cháng)，再生區脫附充分，但是相對吸附能力也變小。轉速較高時(shí)，運行周期變短， 吸附能力變大，但是再生區脫附時(shí)間減少，脫附的去除率下降。因此，最佳轉速是對吸附和脫附時(shí)間的綜合考量，同時(shí)還要結合處理廢氣的濃度、風(fēng)量等因素，實(shí)現轉輪的效率最大化。

　　3.2“沸石轉輪+RTO”系統方案選擇

　　結合“沸石轉輪+RTO”系統的特點(diǎn)，以某大型客車(chē)清漆及面漆噴漆室廢氣處理的實(shí)際案例來(lái)分析其方案的選擇。該車(chē)間清漆及面漆噴漆室廢氣匯總后，風(fēng)量達到了 159 333 m3/h，VOCs 濃度達到133 mg/m3。要求凈化效率≥90%，我們選擇了直徑為4 800 mm 的轉輪，濃縮比為18∶1。

　　轉輪可以設計為正壓狀態(tài)，也可以設計為負

　　R= Q

　　N

　　（3）

　　壓狀態(tài)，即吸附風(fēng)機可以放置在轉輪之前，也可以放在轉輪之后。如果放置在轉輪之前，則轉輪內形成正壓，風(fēng)對沸石轉輪造成正壓力，對其密封效果影響較大；反之，吸附風(fēng)機放置在轉輪之后，則式中，Q 為進(jìn)氣風(fēng)量；N 為濃縮比；R 為濃縮廢氣風(fēng)量。計算可得，濃縮后的廢氣風(fēng)量為8 852 m3/h。

　　P= Q × K - C × K × （1 - η）（4）

　　R

　　式中 Q 為進(jìn)氣風(fēng)量；K 為進(jìn)氣濃度；C 為凈化后風(fēng)量；η 為凈化效率；R 為濃縮后風(fēng)量；P 為濃縮廢氣濃度。

　　計算可得，濃縮后的廢氣濃度為2 168 mg/m3。經(jīng)過(guò)轉輪后，我們得到了小風(fēng)量、高濃度的廢氣，需要送往 RTO 進(jìn)行處理。該 RTO 同時(shí)還須處理來(lái)自烘干爐的有機廢氣，風(fēng)量為 12 000 m3/h，濃度達到 800 mg/m3 。因此混合后的廢氣風(fēng)量為20 852 m3/h，濃度達到1 381 mg/m3。選擇對應處理能力的RTO 即可。

　　由此可見(jiàn)，沸石轉輪與RTO 的搭配組合，不僅可以處理噴漆室的大風(fēng)量高濃度廢氣，還可以同時(shí)處理來(lái)自烘干爐的小風(fēng)量高濃度廢氣。非常適用于汽車(chē)涂裝車(chē)間這種擁有非單一來(lái)源廢氣的場(chǎng)合。