奉賢有機廢氣處理設備供應商 隨著國內經(jīng)濟的高速發(fā)展，人們對于汽車的需求也越來越大，從而引發(fā)汽車工業(yè)飛速發(fā)展，并逐漸成為重要的支柱產(chǎn)業(yè)。為了滿足日益增長的汽車消費需求，各汽車廠商積極投入到擴大產(chǎn)能的行列中，希望抓住中國汽車行業(yè)發(fā)展的歷史機遇，紛紛在各地上馬建設整車項目。與此同時，人們對于環(huán)境尤其是空氣質量的關注度越來越高，霧霾、PM2.5、AQI空氣質量指數(shù)已成為天氣預報*的內容，而年空氣優(yōu)良天數(shù)也成為各級工作業(yè)績的重要考核指標。
    涂裝車間是整車項目中*的一部分，在汽車涂裝過程中，由于需要使用涂料，通常被認為是一個污染大戶，是產(chǎn)生污染物的一個環(huán)節(jié)[1]，包括廢氣、廢水和廢渣。因此，如何有效治理汽車涂裝生產(chǎn)中的廢氣已成為亟待解決的重要問題。目前各地方都相繼出臺了針對汽車表面涂裝中有機物排放標準以及揮發(fā)性有機物排污收費實施辦法，在制度建立和經(jīng)濟效益兩方面雙管齊下，即從立法上確保企業(yè)必須減少揮發(fā)性有機廢氣的排放，做到合法排放;同時從經(jīng)濟利益角度引導企業(yè)主動減少排放。
    1涂裝車間噴漆室廢氣凈化方案設計
    1.1涂裝車間有機廢氣概述
    涂裝車間產(chǎn)生有機廢氣的主要來源有噴漆室、揮發(fā)室和烘房。噴漆室和烘房廢氣的產(chǎn)生及排放見圖1所示。烘房廢氣和噴漆室廢氣參數(shù)對比見表1。烘房廢氣的特點是風量小、濃度高，一般采用高溫氧化焚燒處理，在高溫條件下?lián)]發(fā)性有機物氧化分解，產(chǎn)生的熱量作為烘房所需的熱源，凈化后的空氣可以達到國家和地方發(fā)布的排放標準。而噴漆室產(chǎn)生的有機廢氣由于風量大、濃度低，在滿足國家法規(guī)的情況下一般都采用高空直接排放，從而造成嚴重的環(huán)境污染。近幾年，許多地方相繼出臺了地方法規(guī)，對有機廢氣排放制定了更嚴苛的標準。為滿足這些要求，部分噴漆室所排放的有機廢氣也必須進行有效治理。
    1.2涂裝車間噴漆室形式
    汽車涂裝車間通常采用的漆霧處理方式有2種，一種是傳統(tǒng)濕式文丘里噴漆室，另外一種是干式或半干式噴漆室。
    由于干式或半干式噴漆室在節(jié)能減排方面*，近幾年已被各廠家普遍選用。不同的噴漆室形式下，排風風量、溫濕度、廢氣濃度以及排風中的顆粒物都有很大的區(qū)別，具體比較見表2。
    而這些參數(shù)的不同對后續(xù)廢氣處理方案的設計會產(chǎn)生很大的影響。
    1.3廢氣凈化技術方案設計
    1.3.1吸附材料選取
    汽車涂裝噴漆室廢氣具有風量大、濃度低的特點。如果采用直接燃燒處理，成本比較高，因此通常采用吸附的方法進行處理，即采用吸附轉輪進行濃縮，濃縮后變?yōu)闈舛雀摺L量低的氣體，然后采用高溫焚燒氧化處理。吸附材料目前有活性炭和分子篩沸石，這2種吸附劑的特性對比見表3。
    活性炭一般適用于大部分VOCs的吸附凈化，但在實際工業(yè)應用中，其對需處理的廢氣有較高的相對濕度要求，通常小于50%左右;而且活性炭存在再生困難、吸附性能受水氣影響大、吸附飽和時在熱氣流再生過程中安全性較差、易發(fā)生火災等缺陷。筆者所在單位在20世紀90年代末曾經(jīng)試驗過一套采用活性炭纖維的轉輪，在調試過程中就發(fā)生設備自燃，也驗證了活性炭在涂裝車間噴漆室廢氣處理應用中并不適用。
    沸石分子篩的特性為：有較強的疏水性，對原始廢氣的相對濕度要求較低，而且不可燃、耐溫高、高溫再生簡單易行、維護方便。因此，非常適合用于處理汽車涂裝車間的噴漆室和晾干室廢氣。
    為了達到較理想的處理效率，沸石分子篩對所處理廢氣的相對濕度和溫度通常有一定要求，圖2為某沸石轉輪制造廠商所提供的濃縮轉輪試驗數(shù)據(jù)覆蓋圖，藍色區(qū)域為數(shù)據(jù)覆蓋范圍，同時也是廠家推薦使用工況，因此所處理的廢氣其相對濕度和溫度要盡可能在藍色區(qū)域范圍內。
    目前廣泛采用的廢氣燃燒處理裝置有蓄熱式氧化爐RTO或熱氧化爐TNV/TAR，本文主要以熱氧化爐為例，典型的熱氧化爐結構如圖3所示。
    從轉輪脫附區(qū)過來的高濃度廢氣首先在熱氧化焚燒爐內的光管式換熱器內被高溫潔凈氣體預先加熱至450~500℃，然后流過燃燒器，進入燃燒室，加熱到約730℃，使污染物氧化。此過程中需要的熱能一部分由廢氣中的溶劑提供，根據(jù)廢氣中的溶劑含量，所需的補充熱能以其他燃料如天然氣形式供應。因燃燒室內存在相當大的湍流，經(jīng)過一定滯留時間后有機污染物被氧化分解。熱潔凈氣體流從反應室流入廢氣預熱器中，預熱器中的大部分熱能換熱到更冷的廢氣上。
    1.3.3沸石轉輪系統(tǒng)基本技術方案
    采用沸石作為吸附介質的轉輪系統(tǒng)組成如圖4所示，來自噴漆室的廢氣首先經(jīng)過過濾，因為廢氣中的顆粒物會堵塞沸石分子篩，從而影響吸附過程。因此在沸石轉輪前需要安裝空氣過濾器，以去除這些顆粒，保護沸石分子篩。過濾系統(tǒng)的級別通常和噴漆室的形式有關。沸石轉輪的作用是將有機廢氣從大風量濃縮到小風量中。濃縮后的小風量廢氣，可以高效地被熱氧化爐焚燒處理。吸附的意思是有機溶劑分子在被稱作“吸附介質”的“活性”物質上富集，類似于海綿，吸附介質將有機溶劑氣體吸收進來。然后，通過高溫小風量氣流對其加熱，將有機物分子溫度升高至200℃左右，加劇其分子間的不規(guī)則運動，轉輪無法繼續(xù)捕捉后，有機物分子將隨氣流全部從轉輪內部帶出。
    沸石轉輪的基材由蜂窩狀的陶瓷纖維片組成，而作為吸附介質的疏水性沸石采用特殊的燒結工藝覆蓋在基材的表面，轉輪的吸附和脫附是一個連續(xù)的運轉過程，即轉輪一直在旋轉。因此它被分為了3個區(qū)域：吸附區(qū)、脫附區(qū)和冷卻區(qū)，每個區(qū)域間相互隔離。含大部分VOCs的廢氣在經(jīng)過轉輪吸附區(qū)的時候被吸附在轉輪上，變成潔凈的氣體排出。在脫附區(qū)域，附著在轉輪上的VOCs被連續(xù)的高溫脫附氣體從反方向解吸出來。高濃度的VOCs氣體從轉輪上脫離后被送到焚燒爐高溫氧化焚燒處理。
    轉輪中熱脫附區(qū)接著被轉到了冷卻區(qū)，原先的小部分廢氣被引入到該區(qū)對轉輪進行冷卻處理，然后被送到脫附熱交換器進行升溫，在換熱器中，這部分氣體與焚燒爐出口的高溫潔凈氣體進行熱交換并成為高溫的脫附氣體。
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    2.1干式噴漆室廢氣處理技術方案應用
    以本公司在江蘇省某工廠涂裝車間為例，采用無中涂工藝，即水性色漆和雙組分溶劑型清漆工藝，同時采用杜爾公司Dry-Scrubber石灰石干式噴漆室，由于車身內、外表面99.99%采用機器人自動噴涂，因此85%的空氣循環(huán)使用，其噴漆室的排風濃度高于當?shù)嘏欧艠藴?，必須處理后才允許排放。因此，針對轉輪吸附濃縮和焚燒工藝在噴漆廢氣處理中的應用，設計了詳細的方案。該車間的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和排風參數(shù)見表4。
    根據(jù)以上廢氣參數(shù)，經(jīng)分析和理論計算，相關方案見圖5和表5，經(jīng)過計算選用2套直徑為4250mm的沸石轉輪，可以滿足江蘇地方排放標準。
    由于來自干式噴漆室的廢氣顆粒排放小于0.1mg/m3，所以只要再經(jīng)過2道過濾即F7和F9，即可去除廢氣中的顆粒物，確保顆粒物不會進入轉輪而造成堵塞。然后這些大風量、低濃度的廢氣被沸石有效吸附處理后變?yōu)楦蓛舻臍怏w，而吸附在轉輪上的有機溶劑被高溫氣體脫附后變?yōu)楦邼舛?、低風量的氣體，通過高溫焚燒氧化處理后轉化為潔凈氣體進行排放。脫附后的沸石經(jīng)過冷卻后重新進入吸附區(qū)進行有機溶劑吸附。詳細流程見圖6所示?？紤]到熱交換器后的氣體溫度高于200℃，因此設計了余熱回收裝置，確保系統(tǒng)更加節(jié)能。
    設備調試投入運行后，根據(jù)GB/T16157—1996和GB16297—1996對廢氣凈化設備的進口濃度和處理后的潔凈氣體進行檢測，檢測因子包括非甲烷總烴、苯系物和TVOCs，檢測時間為8h，取樣3次/h，檢測數(shù)據(jù)如圖7~8所示。
    進口面漆1線色漆和清漆廢氣中苯系物濃度范圍為60~185mg/m3，進口面漆2線色漆和清漆廢氣中苯系物濃度范圍為66~177mg/m3，經(jīng)過廢氣凈化裝置處理后出口濃度范圍為5.9~11.1mg/m3，苯系物平均去除效率>90%。
    進口面漆1線色漆和清漆廢氣中TVOCs濃度范圍為215~476mg/m3，進口面漆2線色漆和清漆廢氣中TVOCs濃度范圍為256~445mg/m3，經(jīng)過廢氣凈化裝置處理后TVOCs出口濃度范圍為14.9~25.1mg/m3，TVOCs平均去除效率>90%。
    從檢測數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過處理后的潔凈空氣苯系物濃度小于20mg/m3，TVOCs濃度小于30mg/m3，均符合江蘇省地方標準DB32/2862—2016《表面涂裝(汽車制造業(yè))揮發(fā)性有機物排放標準》中相關要求，標準限值見表6。
    2.2濕式噴漆室廢氣處理技術方案
    以本公司在上海某工廠涂裝車間為例，由于該車間建設比較早，采用傳統(tǒng)溶劑型工藝，漆霧經(jīng)過文丘里水洗裝置處理后通過70m高煙囪排放。雖然該噴漆室排放滿足國家排放法規(guī)，但是無法滿足2017年1月1日開始實施的地方排放法規(guī)要求，因此必須進行凈化處理才能排放。針對轉輪吸附濃縮和焚燒工藝在噴漆廢氣處理中的應用，做了詳細的方案設計。該車間的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和中涂、面漆排風參數(shù)見表7。
    根據(jù)以上廢氣參數(shù)，經(jīng)過轉輪廠家的分析和理論計算，設計出廢氣治理方案(見圖9)，相關計算見表8。
    經(jīng)過計算選用5套直徑為4500mm的沸石轉輪，可以達到當?shù)氐胤脚欧艠藴省?br />    來自濕式噴漆室的廢氣中顆粒物為3mg/m3，所以首先經(jīng)過4道過濾，包括G4、F5、F7、F9去除廢氣中的顆粒物，以免這些顆粒物進入轉輪造成堵塞。廢氣進入沸石轉輪系統(tǒng)后，大風量、低濃度的廢氣被沸石有效吸附處理后變?yōu)楦蓛舻臍怏w，而吸附在轉輪上的有機溶劑被高溫氣體脫附后變?yōu)楦邼舛取⒌惋L量的氣體，這部分高濃度的廢氣一部分被引入到轉輪入口，以提高入口的廢氣濃度，這樣可以減少焚燒處理設備的裝機容量以及能源的耗量。通過高溫焚燒處理后轉為潔凈氣體進行排放，脫附后的沸石轉輪經(jīng)過冷卻后重新進入吸附區(qū)進行有機溶劑吸附。
    設備投入運行后進行了監(jiān)測，入口NMHC平均濃度為135mg/m3，經(jīng)過廢氣凈化裝置處理后排放平均濃度為0.6mg/m3，處理效率為>90%。從檢測數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過處理后的潔凈空氣NMHC濃度小于30mg/m3，均符合上海地方標準DB31/859—2014《汽車制造業(yè)(涂裝)大氣污染物排放標準》中相關要求，標準限值見表9。
    3結語
    為了保護生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展，需要在工業(yè)生產(chǎn)中的各環(huán)節(jié)都盡量減少污染物使用量，同時在污染物排放末端要進行凈化處理，以盡量減少污染物排放。采用本方案對涂裝車間噴漆室的廢氣進行處理后，設備運行穩(wěn)定可靠，大大減少了VOCs排放總量，具有較大的社會效益。