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行業新聞

汽車塗裝行業VOCs治理新技術

西安www550556com環境科技有限公司 副总工程师 陈喆

随着我国表面工程行业发展迅速,国家产业政策鼓励表面工程产业向高技术方向发展,而塗裝行業作为表面处理行业的重要组成部分。涉及涂装工艺的汽车制造、木质家具、工程机械、船舶制造、钢结构等生产企业形成快速发展的趋势,汽车制造行业显得尤为突出。人们对于汽车的需求越来越大,从而引发汽车工业飞速发展,并逐渐成为重要的支柱产业。为了满足日益增长的汽车消费需求,各汽车厂商积极投入到扩大产能的行列中,希望抓住中国汽车行业发展的历史机遇,纷纷在各地上马建设整车项目。与此同时,人们对于环境尤其是空气质量的关注度越来越高,雾霾、PM2.5AQI空氣質量指數已成爲天氣預報不可缺少的內容,而年空氣優良天數也成爲各級政府工作業績的重要考核指標

目前,全國有1.3萬家汽車制造企業,而塗裝是整個汽車生産制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産生重要影響。而在傳統制造中,溶劑型塗料的主要成分——有機溶劑和稀釋劑不屬于成膜物質,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面塗裝中有機物排放標准以及揮發性有機物排汙收費實施辦法,在制度建立和經濟效益兩方面雙管齊下,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汽车塗裝行業VOCs排放概述

汽車塗裝過程中産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,具體産生VOCs的工序如圖1所示。塗裝車間産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,産生的熱量可作爲烘幹室所需的熱源,淨化後的空氣可以達到國家和地方發布的排放標准。而噴漆室、流平室産生的有機廢氣由于風量大、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,對有機廢氣排放制定了更嚴苛的標准,大部分地區要求VOCs排放濃度低于30mg/m3。爲滿足這些要求,噴漆室所排放的有機廢氣也必須進行有效治理。


圖1

2汽车塗裝行業VOCs廢氣治理方案

針對中塗、面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直接高温氧化分解, 有机废气产生的热量一部分用于RTO自身運行,余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。

经过预处理的废气由收集管道进入沸石吸附浓缩转轮,废气中的有机物被沸石转轮所吸附,同时脱附风机、换热器开始工作,利用高温废气反向将转轮吸附的有机物脱附出来,随着转轮旋转,浓缩废气连续稳定的输送至旋轉式RTO

浓缩废气由旋轉式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,産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。

有机废气氧化产生的热量一部分用于旋轉式RTO自身运行,另一部分热量用于沸石转轮的脱附热量需求以及预处理装置入口处的废气温湿度调节,旋轉式RTO爐體結構緊湊,散熱面積小,使燃料耗量大大降低,整套工程達到環保、節能的效果。


图2废气预处理+沸石吸附浓缩轮转+旋轉式RTO系统原理图

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于10-100μm之間,也有相當比例的微粒介于3-10μm之間,如圖3所示。

在此方案中對廢氣進行四級過濾,爲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的漆霧過濾效率爲50%>E≥30%,F7效率對微粒直徑≥1μm的過濾效率爲99%>E≥70%,F9效率對微粒直徑≥0.5μm的過濾效率爲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。

不同等級過濾器爲模塊化設計,組裝方便。在過濾器前後設置在線壓差變送器,保證廢氣過濾系統正常、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)爲一中心軸承與轉體,轉體由沸石吸附介質與陶瓷纖維制成。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,其材質爲能承受VOCS 腐蝕性及高操作溫度的柔材料制成(一般爲矽橡膠)。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,轉輪處理時爲可變速、且可控制每小時旋轉 3 至 8 轉之能力。

VOCS废气进入系统后,转轮以较低的速度连续转动,废气由风机吹入转轮吸附区,处理后的洁净空气排入大气,当转轮吸附后转到脱附区,少量洁净气与旋轉式RTO高温余热进行热交换后加热为热气(180-200℃)使被吸附的VOCs脱附再生,而脱附下来的高浓度废气进入旋轉式RTO中高温氧化。再生后转入吸附区继续进行吸附。如此循环运转,大风量废气被连续的吸附,并被小风量气体连续的脱附,从而达到节省投资及节能效果,如图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)特別適用于處理大風量、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、對于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,單一模塊重量小于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,也称旋轉式蓄热式氧化炉。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個蓄熱室爲吹掃區,另1個蓄熱室爲隔離區。廢氣通過旋轉分配閥交替均勻的進入12个蓄热室,控制废气在蓄热室不断切换,实现了连续平稳的蓄热、放热工况切换。旋转分配阀采用航天特种材料制造,使用全新的密封技术,使进出口的气流波动小,对前端工艺生产线不会造成影响。旋轉式RTO實現爐體和閥門的相對獨立,同時便于安裝與維護,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 浓度在線監測装置,保证进气浓度低于25%LEL,当浓度过高时,新风口自动打开,补充新风降低浓度。主风机主轴配置转动监测装置,保证主风机转动正常,维持系统负压状态正常,防止系统回火。发生故障时旋轉式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。


图6 旋轉式RTO原理图

旋轉式RTO是第三代RTO,在各方面性能及後期維護費用上都全面優于床式RTO,表1为旋轉式RTO與傳統兩室、三室RTO的性能對比,表2为旋轉式RTO热平衡计算表。旋轉式RTO主要優點爲:

(1)旋轉式RTO散熱面積小,12個室交替工作緩沖,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又具有占地面积小,散熱面積小,综合热效率高等特点,自运行所需废气浓度低;

4)旋轉式RTO進出口廢氣溫差小于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,有利于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 两室、三室和旋轉式RTO性能對比




3.結語

爲了保護生態環境,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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