為了減少VOCs的排放量，汽車企業(yè)在應(yīng)用噴涂機(jī)器人、提高水性漆使用量、采用高固體分溶劑型涂料、回收有機(jī)溶劑、處理烘干系統(tǒng)廢氣等方面做了努力，但由于清漆仍無水性涂料、法規(guī)日趨嚴(yán)格等因素，部分企業(yè)的VOCs排放仍會(huì)超標(biāo)，因此需要對(duì)噴漆室廢氣在排放前進(jìn)一步處理。《山東省2013—2020年大氣污染防治規(guī)劃》對(duì)汽車涂裝廢氣排放提出了要求：“使用溶劑型涂料的表面涂裝工序必須密閉作業(yè)，配備有機(jī)廢氣收集系統(tǒng)，安裝高效回收凈化設(shè)施，有機(jī)廢氣凈化率達(dá)到90%以上”。為促使企業(yè)減少VOCs排放，北京、上海等地區(qū)開始對(duì)VOCs排放收費(fèi)，并根據(jù)企業(yè)治理情況，實(shí)施差別化的排污收費(fèi)政策。為此，我公司在商用車行業(yè)內(nèi)率先引入噴漆室廢氣濃縮焚燒技術(shù)，通過沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮與熱力焚燒技術(shù)對(duì)噴漆室的有機(jī)廢氣進(jìn)行凈化處理，實(shí)現(xiàn)VOCs凈化率達(dá)到92%以上，滿足國家環(huán)保法規(guī)的要求。本文首先介紹我公司涂裝車間VOCs排放現(xiàn)狀，繼而提出噴漆室廢氣處理方案，詳細(xì)闡述廢氣濃縮焚燒系統(tǒng)工藝流程，介紹轉(zhuǎn)輪吸附濃縮及廢氣熱力焚燒原理，最后對(duì)廢氣濃縮焚燒系統(tǒng)處理噴漆室廢氣的效果進(jìn)行監(jiān)測驗(yàn)證。
1、我公司涂裝車間噴漆室VOCs排放現(xiàn)狀
目前，我公司涂裝車間噴漆線分為駕駛室涂裝線、塑料件涂裝線、總裝車間底盤整體噴漆涂裝線3部分，仍主要采用溶劑型涂料，按照國家法律法規(guī)對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求，需要對(duì)這3條涂裝生產(chǎn)線所產(chǎn)生的全部含VOC廢氣進(jìn)行處理后排放。具體情況如下：
1)、駕駛室涂裝線。駕駛室涂裝線現(xiàn)有2條面漆噴漆線，一條5萬輛面漆噴漆線，一條10萬輛噴漆線，每條噴漆線均采用“濕碰濕”工藝：水性底漆→閃干及強(qiáng)冷→罩光溶劑型面漆，最后進(jìn)入面漆烘干室進(jìn)行烘干處理，需對(duì)罩光溶劑型漆排風(fēng)部分進(jìn)行溶劑回收處理，水性漆排風(fēng)部分不需處理。
2)、塑料件涂裝線。塑料件涂裝線是一條10萬套塑料件零部件生產(chǎn)線，含底漆噴漆室1臺(tái)，色漆噴漆室1臺(tái)，罩光漆噴漆室1臺(tái)，全部噴涂溶劑型漆，需對(duì)3臺(tái)噴漆室的排風(fēng)全部進(jìn)行廢氣濃縮焚燒處理。
3)、總裝車間底盤整體噴漆涂裝線?？傃b車間設(shè)有2條底盤整體噴漆線，產(chǎn)量共計(jì)10萬輛，噴漆后進(jìn)入烘干室進(jìn)行烘干處理，均采用溶劑型漆，需對(duì)2臺(tái)噴漆室的排風(fēng)全部進(jìn)行廢氣濃縮焚燒處理。
2、噴漆室廢氣處理方案
汽車涂裝產(chǎn)生的有機(jī)廢氣特點(diǎn)是廢氣量大，VOCs濃度較低，如果直接采用熱力焚燒氧化處理燃料消耗很大，不環(huán)保經(jīng)濟(jì)，目前行業(yè)應(yīng)用較多的凈化方法是轉(zhuǎn)輪吸附濃縮及熱力焚燒系統(tǒng)，熱力焚燒一般有2種形式，回收式熱力焚燒系統(tǒng)(TNV)和蓄熱式熱力焚燒系統(tǒng)(RTO)，系統(tǒng)利用“吸附→脫附→濃縮焚化”等3個(gè)連續(xù)過程，處理高流量、低污染物濃度及含多種VOCs的廢氣。廢氣處理系統(tǒng)包括空氣預(yù)熱干燥段、空氣過濾器、沸石濃縮轉(zhuǎn)輪(廢氣濃縮比為(10~15)∶1)、加壓風(fēng)機(jī)(變頻)、解附氣體預(yù)熱器、廢氣焚燒爐、內(nèi)部管道系統(tǒng)、支撐鋼構(gòu)及電控系統(tǒng)等。
針對(duì)我公司涂裝車間VOCs排放現(xiàn)狀和廢氣排放量，提出的噴漆室廢氣處理方案為：駕駛室涂裝線、塑料件涂裝線、總裝車間底盤整體噴漆涂裝線分別增加廢氣處理量為370000m3/h、420000m3/h、480000m3/h的轉(zhuǎn)輪吸附濃縮及熱力焚燒系統(tǒng)系統(tǒng)，以及相應(yīng)的風(fēng)機(jī)改造、相關(guān)排風(fēng)管道改造、補(bǔ)加電動(dòng)聯(lián)動(dòng)風(fēng)閥、補(bǔ)加相關(guān)電控等。
系統(tǒng)的性能參數(shù)要求如表1所列。
3、廢氣濃縮焚燒系統(tǒng)的工藝流程
3.1、廢氣濃縮焚燒系統(tǒng)的組成和工作原理
廢氣濃縮焚燒系統(tǒng)主要由吸附濃縮轉(zhuǎn)輪和熱力焚燒系統(tǒng)組成。轉(zhuǎn)輪由若干單元拼接而成，每個(gè)單元由沸石吸附介質(zhì)和卷制燒結(jié)而成的陶瓷基體組成，沸石吸附介質(zhì)即疏水性沸石分子篩膜是吸附VOCs的關(guān)鍵。轉(zhuǎn)輪上有耐高溫柔軟材料制成的密封墊，用于分開處理廢氣及處理后釋出干凈氣體。密封墊將蜂巢狀沸石轉(zhuǎn)輪隔離產(chǎn)生吸附區(qū)與脫附區(qū)，為提升轉(zhuǎn)輪的吸附處理能力，在兩區(qū)之間加一冷卻區(qū)，吸附區(qū)面積較大，脫附區(qū)與冷卻區(qū)面積較小，有時(shí)為特殊需求也可分為更多的串聯(lián)區(qū)。吸附轉(zhuǎn)輪由一組電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)可變頻控制，控制為2~6r/h。值得注意的是，轉(zhuǎn)輪廠家通常需要根據(jù)廢氣中的污染物成分來配制轉(zhuǎn)輪，并通過輸入濃縮比、轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速等運(yùn)行參數(shù)以及進(jìn)氣濕度、進(jìn)氣濃度、進(jìn)氣流速等參數(shù)計(jì)算得出轉(zhuǎn)輪最佳運(yùn)行條件。
熱力焚燒一般有2種形式，回收式熱力焚燒系統(tǒng)(TNV)和蓄熱式熱力焚燒系統(tǒng)(RTO)。我公司駕駛室涂裝線、塑料件涂裝線廢氣濃縮焚燒系統(tǒng)采用TNV形式，總裝車間底盤整體噴漆涂裝線采用RTO形式。
這里以底盤整體噴漆線轉(zhuǎn)輪吸附濃縮及蓄熱式熱力焚燒系統(tǒng)(RTO)為例介紹其工作原理和工藝流程。噴漆室溫度為20~35℃，噴漆室排放的有機(jī)廢氣經(jīng)過水旋結(jié)構(gòu)處理后，排放出的廢氣相對(duì)濕度能達(dá)到100%，而沸石轉(zhuǎn)輪的最佳吸附條件為溫度40℃、相對(duì)濕度75%，需要通過干燥風(fēng)機(jī)向混風(fēng)箱內(nèi)引入冷卻風(fēng)(溫度110~140℃)，調(diào)節(jié)引入風(fēng)量的大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢氣溫度、濕度的調(diào)節(jié)，達(dá)到沸石轉(zhuǎn)輪工作的最佳條件。廢氣經(jīng)過混風(fēng)箱調(diào)節(jié)后，由于噴漆室廢氣中存在會(huì)導(dǎo)致沸石轉(zhuǎn)輪阻塞和失效的雜質(zhì)、顆粒物等，為保證轉(zhuǎn)輪吸附效率和使用壽命，對(duì)噴漆室廢氣進(jìn)行過濾處理后才能進(jìn)入系統(tǒng)。
廢氣經(jīng)過2道過濾(T4、F9過濾器)后進(jìn)入疏水性沸石所組成的轉(zhuǎn)輪，VOC被吸附在轉(zhuǎn)輪的吸附區(qū)上，經(jīng)過處理后的潔凈氣體在潔凈風(fēng)機(jī)的作用下排入煙筒，最終進(jìn)入大氣。脫附區(qū)的氣體來源于室外新風(fēng)，新風(fēng)經(jīng)板式換熱器和混風(fēng)器2次加熱，在混風(fēng)器內(nèi)引入RTO上室體的氣流，調(diào)節(jié)脫附氣體溫度，達(dá)到脫附要求的180~220℃，板式換熱器的作用是充分利用RTO系統(tǒng)產(chǎn)生的余熱，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源利用的最大化。在高溫作用下，有機(jī)分子氣體與沸石分子間的范德華力和靜電吸引力被破壞，VOC脫附，脫附后的廢氣污染物濃為初始濃度的5~20倍，在廢氣風(fēng)機(jī)的作用下，進(jìn)入RTO系統(tǒng)進(jìn)一步焚燒處理，焚燒溫度在760℃以上，使廢氣中的VOC徹底分解為水和二氧化碳，焚燒處理后的潔凈氣體高空排放。