日期:2018-01-18
近年來,全國多地大氣污染嚴(yán)重,空氣質(zhì)量差,霧霾、酸雨、光化學(xué)污染嚴(yán)重。在汽車涂裝車間生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量廢氣,因此涂裝廢氣的治理日益得到關(guān)注和重視。重點(diǎn)介紹了汽車涂裝車間廢氣的來源、廢氣特點(diǎn)、治理方法以及使用效果等,并結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行了分析。
0引言
自2012年以來,我國各大城市霧霾及PM2.5造成的健康恐慌引發(fā)了公眾關(guān)注,近期持續(xù)的嚴(yán)重霧霾污染讓我們認(rèn)識到大氣污染仍處于加重期。VOCs(大氣重要污染源)排放巨大,增加迅猛,尚未得到有效控制。
我國為加強(qiáng)大氣污染治理力度,開始采取嚴(yán)厲的治理措施,改善環(huán)境質(zhì)量。研究表明,工業(yè)排放和汽車尾氣是霧霾污染中最主要的危害源,其中汽車涂裝是大氣污染治理的關(guān)鍵行業(yè)之一。
為加強(qiáng)VOCs治理力度,各地相繼頒布了嚴(yán)苛的地方VOCs排放標(biāo)準(zhǔn),其中上海標(biāo)準(zhǔn)最為嚴(yán)格,要求VOCs排放濃度≤30mg/m,。按照此標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合涂裝生產(chǎn)線的工藝流程、應(yīng)用涂料等因素分析,部分廢氣排放點(diǎn)不能達(dá)標(biāo),需增加廢氣治理裝置。各地排放標(biāo)準(zhǔn)如圖1所示。
《大氣污染防治行動計(jì)劃》中提出:將揮發(fā)性有機(jī)物納入排污費(fèi)征收范圍,加大排污費(fèi)征收力度,提高排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn),做到應(yīng)收盡收,2015年10月1日試點(diǎn)開始實(shí)施。各省、自治區(qū)、直轄市可以根據(jù)本地區(qū)實(shí)際情況增加VOCs排污收費(fèi)試點(diǎn)行業(yè),并制定試點(diǎn)行業(yè)VOCs排污收費(fèi)辦法,具體收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)如圖2所示。為減少后期VOCs繳納費(fèi)用,降低企業(yè)成本,必須從根源減少廢氣排放量,加強(qiáng)廢氣治理,降低VOCs排放濃度。
漆廢氣濃度。傳統(tǒng)工藝中,由于排放量差異較大,一般流平室廢氣濃度是噴漆室廢氣濃度的2倍左右,通常與噴漆室排風(fēng)混合后集中處理。另外,調(diào)漆間也排放類似的有機(jī)廢氣。
1.3烘干室廢氣
涂裝烘干室產(chǎn)生的廢氣量大,廢氣濃度高,且成分復(fù)雜,這是由于涂料絕大多數(shù)的VOCs都是在高溫烘烤階段產(chǎn)生的,因此涂裝烘干室的廢氣治理非常關(guān)鍵。
烘干室廢氣的成分主要有甲苯、二甲苯、非甲烷總烴,除此之外,還包含部分增塑劑或樹脂單體等揮發(fā)物、熱分解生產(chǎn)物和反應(yīng)生成物。同時(shí),烘干廢氣中含有惡臭物質(zhì)(甲乙酮肟),為滿足GB14554{惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》,消除惡臭物質(zhì)的擾民影響,涂裝烘干廢氣必須進(jìn)行處理。
一條生產(chǎn)綱領(lǐng)為24萬輛的涂裝線,烘干爐廢氣量約為5萬m3/h,濃度為500~l000mg/m3,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過標(biāo)準(zhǔn)要求,必須經(jīng)過處理才能達(dá)標(biāo)排放。
2涂裝車間廢氣治理技術(shù)簡介
涂裝廢氣治理主要有減少廢氣排放和噴漆廢氣進(jìn)行治理兩方面。
2.1減少廢氣排放
2.1.1使用環(huán)保型涂料
環(huán)保型涂料就是不使用或少量使用有機(jī)溶劑的涂料,如水性涂料、粉末涂料、光固化涂料等。粉末涂料基本上不排放有害廢氣,近年發(fā)展迅速,江淮汽車已將粉末涂料成功應(yīng)用于車廂噴涂,目前生產(chǎn)線已量產(chǎn)。采用粉末涂料,可大大減少車廂噴涂過程中的廢氣排放量,節(jié)約廢氣治理設(shè)備投資和運(yùn)行成本。
由于近年環(huán)保問題凸顯,國家強(qiáng)力推行水性漆的應(yīng)用,目前新建生產(chǎn)線環(huán)評均要求使用水性漆,水性漆已普及到各涂裝行業(yè)。水性漆的主要成分是水,溶劑含量為20%。25%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于溶劑型涂料。使用水性漆,可以從根源上減少廢氣中VOCs的排放量。各種涂料的VOCs含量比較見表l所列。
2.1.2提高涂料利用率,減少涂料使用量
汽車涂裝過程中常以噴涂形式使用涂料,在噴涂過程中產(chǎn)生較多漆霧,漆霧是噴漆廢氣中的顆粒物來源,因此,提高涂料利用率可以大大降低廢氣中的顆粒物,降低廢氣處理難度。不同噴涂方法的涂料利用率見表2所列。
由表2可以看出,只有采用大容量低壓空氣噴槍或靜電噴涂才能滿足至少65%的涂料利用率。除此之外,采用機(jī)器人噴涂也可以提高涂料利用率,目前國內(nèi)涂裝行業(yè)正在推行內(nèi)噴機(jī)器人,即整條涂裝線噴涂實(shí)現(xiàn)無人化,全部使用機(jī)器人噴涂,極大地提高了涂料的利用率。
2.1.3采用循環(huán)風(fēng)技術(shù),減少廢氣排放量
噴漆系統(tǒng)是汽車車身涂裝車間能耗最大的系統(tǒng),噴漆系統(tǒng)能耗占涂裝車間總能耗的48%左右,因此如何降低噴漆系統(tǒng)的能耗,尤其是噴漆調(diào)溫、調(diào)濕的能耗,是涂裝工藝環(huán)節(jié)節(jié)能減排的關(guān)鍵所在。
近幾年在國內(nèi)部分德系、美系、日系汽車工廠中開始采用空調(diào)循環(huán)風(fēng)技術(shù),該技術(shù)主要是用于降低噴漆系統(tǒng)的能源消耗。
全自動噴漆室排風(fēng)再循環(huán)可分為干式再循環(huán)和濕空氣再循環(huán)。從漆前準(zhǔn)備段、風(fēng)幕、晾干室等區(qū)段排出的空氣含濕量不高,僅過濾就可循環(huán)利用,或經(jīng)干式漆霧捕捉裝置處理過的噴漆室排風(fēng),因其潔凈度(O_3mg/m3)已達(dá)標(biāo),可直接循環(huán)利用,統(tǒng)稱為干式再循環(huán),而經(jīng)濕式(水洗式)漆霧捕集裝置處理過的噴漆室排風(fēng)含水量增加,需除濕調(diào)溫后才能循環(huán)利用,故稱為濕空氣再循環(huán)。通過使用空調(diào)循環(huán)風(fēng)技術(shù),噴漆室空調(diào)新風(fēng)風(fēng)量可降低60%以上。
2.2噴漆廢氣治理
涂裝噴漆廢氣治理通常采用2種方法:一是“活性炭吸附+催化燃燒”,二是“沸石濃縮轉(zhuǎn)輪吸附+高溫燃燒法(RTO/TNV)”,前者適用于小風(fēng)量(小于10萬m3/h),后者適用于大風(fēng)量(大于10萬m3/h)。
1)活性炭吸附法
活性炭作為涂裝車間的廢氣吸附劑已經(jīng)有很多年的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。活性炭價(jià)格便宜,表面有疏水性,比表面積(500~1200m2,g)大,因而具有優(yōu)異的吸附|生能,可使有機(jī)溶劑吸附在其表面,吸附飽和后,采用100℃左右的熱空氣進(jìn)行脫附,脫附過程中被吸附的氣體解析出來。
由于具有疏水性表面的分子篩(沸石)價(jià)格昂貴,在以去除有機(jī)溶劑為目的的場合,活性炭是最適宜的吸附劑。涂裝噴漆廢氣治理如采用活性炭吸附法,常規(guī)采用活性炭吸附與催化燃燒(脫附)相結(jié)合的處理工藝。它是根據(jù)吸附(效率高)和催化燃燒(節(jié)能)2個基本原理設(shè)計(jì)的,即吸附濃縮一催化燃燒法,該工藝采用多個活性炭吸附箱連續(xù)工作,且各吸附箱之間可交替使用。
吸附:含有機(jī)物的廢氣通過引風(fēng)機(jī),經(jīng)過活性炭吸附箱,VOCs吸附在活性炭內(nèi)部,吸附后潔凈氣體高空排放至室外;經(jīng)過一段時(shí)間(約6d)后,活性炭達(dá)到飽和狀態(tài),停止吸附,此時(shí)有機(jī)物已被濃縮在活性炭內(nèi)。
脫附:啟動催化凈化裝置內(nèi)的加熱裝置,熱風(fēng)進(jìn)入內(nèi)部循環(huán),當(dāng)熱風(fēng)達(dá)到有機(jī)物的沸點(diǎn)(不高于120℃)時(shí),有機(jī)物從活性炭內(nèi)解析出來,進(jìn)入催化室進(jìn)行催化分解成CO2和H2O,同時(shí)釋放出熱量。釋放出的熱量在進(jìn)人吸附床脫附時(shí),加熱裝置完全停止工作,有機(jī)廢氣在催化燃燒室內(nèi)維持自燃,尾氣再生,循環(huán)進(jìn)行,直至有機(jī)物完全從活性炭內(nèi)部分離,至催化室分解?;钚蕴康玫搅嗽偕?,有機(jī)物得到催化分解處理。
2)沸石轉(zhuǎn)輪吸附法
噴漆室廢氣屬于大風(fēng)量、低濃度的有機(jī)混合氣體,目前此類廢氣主流治理方式為“沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+高溫焚燒凈化”,處理后的廢氣直接達(dá)標(biāo)排放。
待處理的噴漆室有機(jī)混合廢氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)作用,先經(jīng)過預(yù)處理過濾裝置去除廢氣中的粉塵及雜質(zhì)部分,否則直接吸附會堵塞沸石的微縮孔,從而影響吸附效果,甚至失效,經(jīng)過初步過濾后,相對純凈的有機(jī)廢氣進(jìn)入沸石轉(zhuǎn)輪吸附裝置進(jìn)行吸附凈化處理,有機(jī)物質(zhì)被沸石轉(zhuǎn)輪特有的作用力截留在其內(nèi)部,潔凈氣體排出,經(jīng)過一段時(shí)間吸附后,沸石轉(zhuǎn)輪達(dá)到飽和狀態(tài),轉(zhuǎn)輪自動轉(zhuǎn)動進(jìn)入冷卻和高溫脫附區(qū)域。
沸石轉(zhuǎn)輪脫附出來的高濃度廢氣直接進(jìn)入RTO蓄熱式焚燒爐進(jìn)行焚燒凈化處理,廢氣焚燒后的氧化室高溫氣體與脫附廢氣通過熱交換器進(jìn)行熱交換,使脫附廢氣換熱(溫度控制在150—200oC)后進(jìn)入轉(zhuǎn)輪脫附區(qū)進(jìn)行脫附,沸石中的有機(jī)物受到熱空氣加熱后從沸石中揮發(fā)出來,此時(shí)脫附出來的廢氣屬于高濃度、小風(fēng)量、高溫度的有機(jī)廢氣,直接進(jìn)入RTO焚燒爐氧化后釋放出大量能量,有機(jī)物利用自身氧化燃燒釋放出的熱量維持自燃,如果脫附廢氣濃度足夠高,RTO正常使用需要很少的天然氣甚至不需要天然氣,做到真正的節(jié)能環(huán)保,同時(shí),整套裝置安全、可靠、無二次污染,具體工作原理如圖3所示。
3廢氣治理裝置效益分析
3.1烘干廢氣治理裝置
烘干室廢氣治理裝置同時(shí)也作為烘干室加熱裝置,除一次性設(shè)備投資外,只有設(shè)備正常運(yùn)行費(fèi)用(電和天然氣),無其他額外費(fèi)用。
3.2“活性炭吸附+催化燃燒”裝置
活性炭和催化劑使用壽命較短,在雙班生產(chǎn)、單班8h情況下,活性炭使用壽命為2a,催化劑使用壽命為2.5a。因此采用此種方式處理噴漆廢氣要定期更換活性炭、催化劑和過濾器。以55000m3/h涂裝線為例,設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用分析如表3所列。
由于活性炭使用體積大,催化劑單價(jià)高,導(dǎo)致使用該治理方式年設(shè)備維護(hù)費(fèi)用較高。
3.3沸石轉(zhuǎn)輪吸附裝置
以廢氣量114000m%、廢氣濃度430mg/m3、,要求VOCs處理效率大于96%為例,其經(jīng)濟(jì)效益分析如下。
3.3.1裝機(jī)容量
設(shè)備裝機(jī)容量如表4所列。
3.3.2運(yùn)行能耗
設(shè)備啟動及運(yùn)行能耗如表5~6所列。
3.3.3維護(hù)費(fèi)用
設(shè)備維護(hù)費(fèi)用如表7所列。
綜上所述,涂裝車間雙班滿負(fù)荷生產(chǎn),噴漆廢氣系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)用約110萬元,維護(hù)費(fèi)用約5萬元。
4結(jié)語
汽車行業(yè)作為中國制造行業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè),應(yīng)積極響應(yīng)國家環(huán)保政策,各大車企應(yīng)實(shí)施一系列行之有效的廢氣治理技術(shù)和方法,確保廢氣排放滿足國家和地方排放標(biāo)準(zhǔn),加強(qiáng)工業(yè)廢氣污染治理技術(shù)的開發(fā)、研究及技術(shù)應(yīng)用,為保護(hù)環(huán)境盡職盡責(zé)。
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