客車涂裝車間廢氣處理的方法和工藝

隨著國家對環(huán)境污染問題越來越重視，國家和各地的環(huán)保政策也趨于從嚴(yán)的趨勢。目前，北京、天津、上海等一線城市都陸續(xù)出臺了大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)，大體上把工業(yè)廢氣排放的苯、甲苯、二甲苯、非甲烷總烴等污染物指標(biāo)都有了明確的要求其中一線城市對苯的最高允許排放濃度為1mg/m3(國標(biāo)無要求),甲苯、二甲苯限值在10~30mg/m3(國標(biāo)限值為40~70mg/m3)以下,非甲烷總烴限值在50~70mg/m3(國標(biāo)限值為120mg/m3)以下,都高于國標(biāo)要求。
做好涂裝車間的廢氣處理是客車企業(yè)的必須工程。由于涂裝車間的設(shè)備安裝后具有難以返工的特點，因此要求在工廠設(shè)計時要充分調(diào)研。
1客車涂裝車間廢氣處理方法介紹
目前國內(nèi)針對揮發(fā)性有機(jī)廢氣的主流治理方法有吸附法、吸收法、燃燒法、冷凝法、生物法等，而客車涂裝車間的廢氣主要成分是涂料所含的有機(jī)溶劑和涂膜在烘干時的分解物，統(tǒng)稱為揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)，VOCs的成分和排出量隨所使用的涂料品種、使用量、使用條件等的變化而有差異。涂裝車間廢氣主要發(fā)生源是噴漆室、烘干室和晾干室的排氣。
1)噴漆室的排氣。一般是排風(fēng)量大，VOCs濃度極低，其體積分?jǐn)?shù)在0.001%~0.002%的范圍內(nèi)，約500ul/L;另外還含有過噴漆產(chǎn)生的漆霧。
2)烘干室的排氣。它含有濕涂膜帶來的有機(jī)溶劑、烘干過程產(chǎn)生的涂膜分解物及反應(yīng)生成物和燃料燃燒廢氣。
3)晾干室的排氣。它是濕涂膜在烘干或強(qiáng)制干燥前流平過程中揮發(fā)出來的有機(jī)溶劑蒸汽，幾乎不含漆霧。
針對客車涂裝車間的有機(jī)廢氣的特點，通常采用的方法有以下3種，無論哪種方法，從經(jīng)濟(jì)性的角度考慮，核心都是最大限度地降低室體風(fēng)量。
1.1纖維活性炭吸附濃縮+蓄熱催化燃燒法
該方法的原理是：含有機(jī)物的廢氣經(jīng)風(fēng)機(jī)的作用，經(jīng)過濾后到活性炭纖維吸附層，有機(jī)物質(zhì)被活性炭纖維特有的作用力截留在其內(nèi)部，潔凈氣體排出;經(jīng)過一段時間后，活性炭接近飽和狀態(tài)時，停止吸附，此時有機(jī)物已被濃縮在活性炭纖維內(nèi);冷空氣通過外部加熱或燃燒室熱能蓄能利用加熱到100℃左右(廢氣的沸點)進(jìn)行脫附，高濃度的有機(jī)廢氣從活性炭纖維內(nèi)解析出來進(jìn)入到催化凈化裝置內(nèi);催化凈化裝置內(nèi)設(shè)加熱室，啟動加熱裝置，在350℃左右催化分解成CO2和H2O，同時釋放出能量。利用釋放出的能量再進(jìn)入吸附床脫附時，此時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，吸附劑再生，循環(huán)進(jìn)行，直至有機(jī)物完全從活性炭纖維內(nèi)部解析至催化室分解。
1.2蜂窩活性炭吸附濃縮+蓄熱催化燃燒法
該方法的基本原理同上，只是吸附介質(zhì)由纖維炭改為蜂窩炭,同屬于活性炭吸附法。
以上兩種活性炭處理方法的特點：具有大的比表面積;具有良好的選擇性吸附作用;吸附容量大;具有良好的的機(jī)械強(qiáng)度和均勻的尺寸;有足夠的熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性;有良好的再生性能;活性炭+催化燃燒法處理廢氣效果可到90%以上。
1.3轉(zhuǎn)輪濃縮+催化燃燒+熱能利用法
該方法的原理如下：
1)啟動階段。催化燃燒(RCO)風(fēng)機(jī)啟動，RCO新風(fēng)閥開啟，關(guān)閉所有吹掃置換閥門，依次打開煙氣進(jìn)氣閥門和排放閥門，啟動燃燒器自動點火，將3個蓄熱室(循環(huán)使用，保障廢氣連續(xù)燃燒)分別逐個加熱到運行狀態(tài)，一般需要2.5~3h。
2)預(yù)處理階段。廢氣經(jīng)管路輸送先進(jìn)入汽水分離器去除廢氣中的水霧，然后進(jìn)入混合過濾器濾除去廢氣中的顆粒物，同時與RCO排放廢氣混合，降低廢氣的相對濕度，以滿足進(jìn)入沸石轉(zhuǎn)輪的濕度及潔凈度要求。
3)處理階段。經(jīng)過預(yù)處理的廢氣由管道進(jìn)入沸石轉(zhuǎn)輪濃縮器，尾氣中的有機(jī)物被沸石轉(zhuǎn)輪所吸附，同時脫附風(fēng)機(jī)、加熱器開始工作，利用高溫空氣反向?qū)⑥D(zhuǎn)輪吸附的有機(jī)物吹脫出來，隨著轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，濃縮尾氣連續(xù)穩(wěn)定進(jìn)入蓄熱催化氧化室體中。濃縮尾氣經(jīng)阻火器后進(jìn)入氣體分布室，經(jīng)平均分配后進(jìn)入蓄熱室預(yù)熱到350℃左右，預(yù)熱后的廢氣進(jìn)入催化層氧化分解，在助燃燃料的作用下，廢氣中所含有機(jī)物充分氧化分解，使氧化溫度維持在400℃左右，產(chǎn)生的煙氣大部分進(jìn)入蓄熱室放熱，少部分通過煙氣預(yù)熱調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量，通過轉(zhuǎn)輪加熱器加熱轉(zhuǎn)輪冷卻氣至脫附溫度(140℃)。
該方法中的設(shè)備昂貴是其推向市場的最大障礙，雖然其處理效率可到95%以上，但一般處理90%已能滿足當(dāng)前的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)?？蛙嚨拈g斷生產(chǎn)也不適合轉(zhuǎn)輪這種耗能較高的處理方案，但在連續(xù)生產(chǎn)的情況下，中涂機(jī)器人所在工序因其噴漆的單一性和連續(xù)性，在提高廢氣濃度前提下可合理采用。
2客車涂裝車間廢氣處理的整體解決方案
2.1客車涂裝車間基本情況介紹
客車廢氣排放的特點是大風(fēng)量、低濃度，且客車生產(chǎn)節(jié)拍不是連續(xù)的，具有間斷性，因此它的廢氣處理不能照搬乘用車的模式，否則能耗與投資都是巨大的。
客車廢氣處理的整體思路是，最大限度地減低風(fēng)量并根據(jù)工藝和工位布置特點，采用分類或合并同類項區(qū)別處理。目前我司新建2萬輛項目的有中涂、面漆、清漆、彩條、配套件等大小不一噴漆室15個，中涂、面漆、清漆、彩條、配套件、電泳等烘干室15個，這些噴漆室烘干室從經(jīng)濟(jì)性角度考慮一定要區(qū)別對待，否則將造成不必要的投資浪費。
2.2廢氣處理方法對比
3種處理方法有以下幾個特點:
1)纖維活性炭和蜂窩炭的總成本大致相同。因為蜂窩炭的吸附比率大，裝載量較小，成本較低，性能成熟等特點，建議使用蜂窩炭進(jìn)行處理。
2)轉(zhuǎn)輪總成本是活性炭的2~3倍以上。投資和運行成本相對活性炭都高，但分子篩沸石則具有適應(yīng)性強(qiáng)、低損耗以及再生容易等優(yōu)點。其在乘用車領(lǐng)域用得較多。
2.3廢氣處理整體解決方案
據(jù)以上特點，針對客車涂裝車間廢氣，以風(fēng)量的大小、濃度的高低進(jìn)行分類處理;對風(fēng)量減少這個核心問題進(jìn)行技術(shù)性的探討。整體解決方案用以下5點來實現(xiàn)：
1)晾干室與烘干室的氣量小，濃度高，可直接送入RCO中，與噴漆室濃縮后的廢氣一起燃燒，生成CO2和H2O排出。
2)噴漆室分類處理。噴漆室根據(jù)氣量和濃度來看，大致可分為3類：一類是機(jī)器人(中涂、面漆、清漆)噴漆室，特點是節(jié)奏緊湊，自動化程度高;二類是彩條和人工噴漆室(中涂、面漆、清漆),特點是噴漆總量相對較少;三類是13.7m大噴漆室，此類風(fēng)量大，自動化程度低。
3)循環(huán)風(fēng)減低風(fēng)量。根據(jù)機(jī)器人噴漆室的節(jié)拍規(guī)律性和自動化程度高的特點，使機(jī)器人噴漆室的風(fēng)自循環(huán)，自循環(huán)百分比大約在80%~90%，具體的百分比根據(jù)油漆VOCs含量的爆炸下限確定。達(dá)到一定濃度可直接接入RCO燃燒。
4)活性炭動態(tài)吸附，靜態(tài)脫附。彩條和人工噴漆室的特點可用活性炭動態(tài)吸附，達(dá)到飽和后進(jìn)行切換，最終在不生產(chǎn)的情況下集中脫附送入RCO燃燒，節(jié)省能耗。
5)分段送排風(fēng)減低風(fēng)量。對于14.7m的噴漆室可采用此方法。將客車噴漆室的送排風(fēng)區(qū)域分成4個分段，有規(guī)律的控制送排風(fēng)區(qū)域進(jìn)行噴漆作業(yè)，如每次4個區(qū)域，每次運行一個區(qū)域，風(fēng)量就能減少3/4;考慮到漆霧的互串，可同時進(jìn)行兩個區(qū)域的送風(fēng)，工件盡量放置在中間區(qū)域，廢氣接入活性炭罐+RCO處理。
通過以上處理方案，相對于項目起始可研階段的廢氣處理方案，每個噴漆室上轉(zhuǎn)輪需要15套轉(zhuǎn)輪濃縮(15個噴漆室)，再加蓄熱催化燃燒室體。初步估計我們的投資可直接從9000萬元(批量采購600萬元一套)下降到1800萬元左右，下降幅度高達(dá)80%，通過合并蓄熱催化燃燒室體可節(jié)省更多的投資成本和后期運行成本(一個轉(zhuǎn)輪處理15萬m3/h風(fēng)量的廢氣一年的運行費用在54.6萬元)。
3結(jié)論
噴涂是客車的高裝飾性的必然要求，廢氣處理達(dá)標(biāo)是基本入門條件。結(jié)合實際成本對比及分析，對廢氣處理總體方案有以下幾點結(jié)論：
1)采用機(jī)器人噴漆室廢氣自循環(huán)的模式，可節(jié)省廢氣處理設(shè)備的投入，單項可節(jié)省80%~90%的資金投入。
2)采用分段送排風(fēng)的模式的噴漆室，廢氣處理可至少節(jié)省50%(分4段，每次2段送風(fēng)，保證工件的噴漆質(zhì)量)。
3)整體估計節(jié)省投資80%和后期大量的運行成本。初步估計我們的投資可直接從9000萬(批量采購600萬一套)下降到1800萬左右，下降幅度高達(dá)80%，通過合并蓄熱催化室體可節(jié)省更多的投資成本和后期運行成本(一個轉(zhuǎn)輪處理15萬m3/h風(fēng)量的廢氣一年的運行費用在54.6萬元)。
4)客車涂裝車間廢氣處理總體方案為：機(jī)器人噴漆室采用自循環(huán)+蓄熱催化室體;人工噴漆室和彩條噴漆室采用活性炭吸附+蓄熱催化室體(動態(tài)吸附，靜態(tài)脫附);12m和13.7m車型噴漆室采用分段送排風(fēng)+活性炭吸附+蓄熱催化室體的形式。
來源:《客車技術(shù)與研究》