汽車塗裝行業VOCs治理新技術
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行業新聞

汽車塗裝行業VOCs治理新技術

西安AG網址視訊環境科技有限公司 副總工程師 陳喆

隨著我國表麵工程行業發展迅速,國家產業政策鼓勵表麵工程產業向高技術方向發展,而塗裝行業作為表麵處理行業的重要組成部分。涉及塗裝工藝的汽車製造、木質家具、工程機械、船舶製造、鋼結構等生產企業形成快速發展的趨勢,汽車製造行業顯得尤為突出。人們對於汽車的需求越來越大,從而引發汽車工業飛速發展,並逐漸成為重要的支柱產業。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能的行列中,希望抓住中國汽車行業發展的曆史機遇,紛紛在各地上馬建設整車項目。與此同時,人們對於環境尤其是空氣質量的關注度越來越高,霧霾、PM2.5AQI空氣質量指數已成為天氣預報不可缺少的內容,而年空氣優良天數也成為各級政府工作業績的重要考核指標

目前,全國有1.3萬家汽車製造企業,而塗裝是整個汽車生產製造工藝的重要組成部分,是汽車裝飾、保護的主要措施,其技術質量對企業後期運行產生重要影響。而在傳統製造中,溶劑型塗料的主要成分——有機溶劑和稀釋劑不屬於成膜物質,最終會以廢氣的形式進入空氣,嚴重降低空氣質量。目前各地方政府都相繼出台了針對汽車表麵塗裝中有機物排放標準以及揮發性有機物排汙收費實施辦法,在製度建立和經濟效益兩方麵雙管齊下,即從立法上確保企業必須減少揮發性有機廢氣的排放,做到合法排放;同時從經濟利益角度引導企業主動減少排放。

1汽車塗裝行業VOCs排放概述

汽車塗裝過程中產生的揮發性有機化合物(VOCs)主要有甲基異丁基酮、乙酸正丁酯、正丁醇、乙二醇、丁醚、甲苯、二甲苯等,具體產生VOCs的工序如圖1所示。塗裝車間產生有機廢氣的主要來源有噴漆室、流平室和烘幹室。烘幹室廢氣的特點是風量小、濃度高,一般采用高溫氧化焚燒處理,在高溫條件下揮發性有機物氧化分解,產生的熱量可作為烘幹室所需的熱源,淨化後的空氣可以達到國家和地方發布的排放標準。而噴漆室、流平室產生的有機廢氣由於風量大、濃度低,在滿足國家法規的情況下一般都采用高空直接排放,從而造成嚴重的環境汙染。近幾年,許多地方政府相繼出台了地方法規,對有機廢氣排放製定了更嚴苛的標準,大部分地區要求VOCs排放濃度低於30mg/m3。為滿足這些要求,噴漆室所排放的有機廢氣也必須進行有效治理。


圖1

2汽車塗裝行業VOCs廢氣治理方案

針對中塗、麵塗烘幹室排放的有機廢氣具有風量小、溫度高、濃度中高且含有油煙的特點,可直接采用旋轉式RTO對烘幹室有機廢氣進行有效處理、達標排放。烘幹室排放的有機廢氣經過具有保溫層的管道收集後進入旋轉式RTO直接高溫氧化分解, 有機廢氣產生的熱量一部分用於RTO自身運行,餘熱可供回烘幹室進行有效利用。

針對噴漆室和流平室排放的有機廢氣具有風量大、濃度低、相對濕度大且含有漆霧的特點,采用廢氣預處理+沸石轉輪濃縮+旋轉式RTO的技術方案對噴漆廢氣進行有效治理(圖2所示),具體工藝說明如下:

正常運行時,完整的廢氣預處理+沸石轉輪濃縮+旋轉式RTO周期流程如下。廢氣經管路輸送先進入預處理裝置,濾除廢氣中的顆粒物及殘留的漆霧,滿足進入沸石轉輪的潔淨度要求。

經過預處理的廢氣由收集管道進入沸石吸附濃縮轉輪,廢氣中的有機物被沸石轉輪所吸附,同時脫附風機、換熱器開始工作,利用高溫廢氣反向將轉輪吸附的有機物脫附出來,隨著轉輪旋轉,濃縮廢氣連續穩定的輸送至旋轉式RTO

濃縮廢氣由旋轉式RTO主風機引入旋轉氣體分配室,經平均分配後進入5個蓄熱室進行預熱,預熱後的廢氣進入熱氧化室氧化分解,濃縮廢氣中所含有機物充分氧化分解,使氧化溫度維持在800℃以上,產生的高溫潔淨氣進入另5個蓄熱室放熱,將熱量存儲在陶瓷蓄熱體內後經煙囪排放。通過吹掃風機抽取少量潔淨氣到吹掃區進行吹掃,將殘留在蓄熱體內未反應的有機物反吹到氧化室進行再次氧化分解。

有機廢氣氧化產生的熱量一部分用於旋轉式RTO自身運行,另一部分熱量用於沸石轉輪的脫附熱量需求以及預處理裝置入口處的廢氣溫濕度調節,旋轉式RTO爐體結構緊湊,散熱麵積小,使燃料耗量大大降低,整套工程達到環保、節能的效果。


圖2廢氣預處理+沸石吸附濃縮輪轉+旋轉式RTO係統原理圖

2.1 廢氣預處理裝置

廢氣預處理裝置的作用是去除廢氣中的顆粒物及殘留漆霧,對廢氣進行預處理。大部分的漆霧顆粒介於10-100μm之間,也有相當比例的微粒介於3-10μm之間,如圖3所示。

在此方案中對廢氣進行四級過濾,為DPA漆霧過濾+F5效率過濾+F7效率過濾+F9效率過濾,如圖4所示。DPA漆霧過濾器對微粒直徑≥10μm的小漆霧過濾效率達99.8%,F5效率對微粒直徑≥1μm的漆霧過濾效率為50%>E≥30%,F7效率對微粒直徑≥1μm的過濾效率為99%>E≥70%,F9效率對微粒直徑≥0.5μm的過濾效率為99%>E≥90%。通過過濾預處理,確保1μm以上的雜質不會進入轉輪導致轉輪堵塞,影響其工作性能。

不同等級過濾器為模塊化設計,組裝方便。在過濾器前後設置在線壓差變送器,保證廢氣過濾係統正常、安全、穩定運行。


2.2 沸石吸附濃縮轉輪

筒式沸石濃縮轉輪組合(Cassette)為一中心軸承與轉體,轉體由沸石吸附介質與陶瓷纖維製成。轉輪上包含用以分開處理廢氣及處理後釋出幹淨氣體的密封墊,其材質為能承受VOCS 腐蝕性及高操作溫度的柔材料製成(一般為矽橡膠)。密封墊將蜂巢狀沸石吸附轉輪組合隔離成吸附處理區、再生脫附區。轉輪由一組電動驅動設備用以旋轉轉輪,轉輪處理時為可變速、且可控製每小時旋轉 3 至 8 轉之能力。

VOCS廢氣進入係統後,轉輪以較低的速度連續轉動,廢氣由風機吹入轉輪吸附區,處理後的潔淨空氣排入大氣,當轉輪吸附後轉到脫附區,少量潔淨氣與旋轉式RTO高溫餘熱進行熱交換後加熱為熱氣(180-200℃)使被吸附的VOCs脫附再生,而脫附下來的高濃度廢氣進入旋轉式RTO中高溫氧化。再生後轉入吸附區繼續進行吸附。如此循環運轉,大風量廢氣被連續的吸附,並被小風量氣體連續的脫附,從而達到節省投資及節能效果,如圖5所示。

圖5 沸石吸附濃縮轉輪原理圖

筒式沸石濃縮轉輪的技術特點:

1)特別適用於處理大風量、低濃度的有機廢氣,淨化效率穩定;

2)轉輪低壓損、無吸附損耗、對於高沸點的揮發性有機氣體也能夠有效處理;

3)沸石轉輪由無機氧化物組成,具有不燃性,使用安全;

4)濃縮倍數高,最高可達40倍,沸石模塊的沸石含有率≥75%

5)沸石模塊化安裝,單一模塊重量小於10公斤,尺寸最大900×254×230mm,確保現場的安裝和調試工作量最小;

6)轉輪熱穩定性極高,反複通過加熱脫附來實現再生,使用壽命可達到10年左右。

2.3 旋轉式RTO

旋轉式RTO,也稱旋轉式蓄熱式氧化爐。其原理是在800℃高溫下將可燃廢氣氧化成對應的氧化物和水,從而淨化廢氣,並回收廢氣分解時所釋放出來的熱量,廢氣分解效率高達99.5%,熱回收效率達到95%以上。

旋轉式RTO使用12個裝有蜂窩陶瓷的固定蓄熱室,廢氣通過旋轉分配閥進入5個蓄熱室預熱後到達氧化室,廢氣氧化分解後的高溫氣體經過另5個蓄熱室冷卻排出,1個蓄熱室為吹掃區,另1個蓄熱室為隔離區。廢氣通過旋轉分配閥交替均勻的進入12個蓄熱室,控製廢氣在蓄熱室不斷切換,實現了連續平穩的蓄熱、放熱工況切換。旋轉分配閥采用航天特種材料製造,使用全新的密封技術,使進出口的氣流波動小,對前端工藝生產線不會造成影響。旋轉式RTO實現爐體和閥門的相對獨立,同時便於安裝與維護,運行更加平穩。

旋轉式RTO安裝爆破片預防壓力過高,進行泄壓保護。主風機進風口前增加LEL 濃度在線監測裝置,保證進氣濃度低於25%LEL,當濃度過高時,新風口自動打開,補充新風降低濃度。主風機主軸配置轉動監測裝置,保證主風機轉動正常,維持係統負壓狀態正常,防止係統回火。發生故障時旋轉式RTO 主操作屏提示報警信息,發出聲光報警信號,廢氣切斷,臨時排空,保證安全。


圖6 旋轉式RTO原理圖

旋轉式RTO是第三代RTO,在各方麵性能及後期維護費用上都全麵優於床式RTO,表1為旋轉式RTO與傳統兩室、三室RTO的性能對比,表2為旋轉式RTO熱平衡計算表。旋轉式RTO主要優點為:

(1)旋轉式RTO散熱麵積小,12個室交替工作緩衝,節約能耗;

2)12個室一起工作,氣流分配,淨化效率高,運行穩定;

3)旋轉式RTO又具有占地麵積小,散熱麵積小,綜合熱效率高等特點,自運行所需廢氣濃度低;

4)旋轉式RTO進出口廢氣溫差小於20℃,最大限度的回收熱量;

5)采用旋轉閥,進氣、排氣連續,管道壓力波動小,廢氣不倒灌,有利於前端處理設備穩定運行。

6)節能優化新技術,悶爐技術的開發,停機後爐體進行保溫,間斷工作更節能。

1 兩室、三室和旋轉式RTO性能對比




3.結語

為了保護生態環境,實現經濟社會的可持續發展,需要在汽車塗裝工序中的各環節都盡量減少汙染物使用量,同時在汙染物排放末端要進行淨化處理,以盡量減少汙染物排放。采用本方案對塗裝車間廢氣進行處理後,設備運行穩定可靠,可大大減少了VOC排放總量,具有較大的社會效益和經濟效益。




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