汽车涂装行业VOCs治理新技术
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行业新闻

汽车涂装行业VOCs治理新技术

西安昱昌环境科技有限公司 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,而涂装行业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空气质量指数已成为天气预报不可缺少的内容,而年空气优良天数也成为各级政府工作业绩的重要考核指标

目前,全国有1.3万家汽车制造企业,而涂装是整个汽车生产制造工艺的重要组成部分,是汽车装饰、保护的主要措施,其技术质量对企业后期运行产生重要影响。而在传统制造中,溶剂型涂料的主要成分——有机溶剂和稀释剂不属于成膜物质,最终会以废气的形式进入空气,严重降低空气质量。目前各地方政府都相继出台了针对汽车表面涂装中有机物排放标准以及挥发性有机物排污收费实施办法,在制度建立和经济效益两方面双管齐下,即从立法上确保企业必须减少挥发性有机废气的排放,做到合法排放;同时从经济利益角度引导企业主动减少排放。

1汽车涂装行业VOCs排放概述

汽车涂装过程中产生的挥发性有机化合物(VOCs)主要有甲基异丁基酮、乙酸正丁酯、正丁醇、乙二醇、丁醚、甲苯、二甲苯等,具体产生VOCs的工序如图1所示。涂装车间产生有机废气的主要来源有喷漆室、流平室和烘干室。烘干室废气的特点是风量小、浓度高,一般采用高温氧化焚烧处理,在高温条件下挥发性有机物氧化分解,产生的热量可作为烘干室所需的热源,净化后的空气可以达到国家和地方发布的排放标准。而喷漆室、流平室产生的有机废气由于风量大、浓度低,在满足国家法规的情况下一般都采用高空直接排放,从而造成严重的环境污染。近几年,许多地方政府相继出台了地方法规,对有机废气排放制定了更严苛的标准,大部分地区要求VOCs排放浓度低于30mg/m3。为满足这些要求,喷漆室所排放的有机废气也必须进行有效治理。


图1

2汽车涂装行业VOCs废气治理方案

针对中涂、面涂烘干室排放的有机废气具有风量小、温度高、浓度中高且含有油烟的特点,可直接采用旋转式RTO对烘干室有机废气进行有效处理、达标排放。烘干室排放的有机废气经过具有保温层的管道收集后进入旋转式RTO直接高温氧化分解, 有机废气产生的热量一部分用于RTO自身运行,余热可供回烘干室进行有效利用。

针对喷漆室和流平室排放的有机废气具有风量大、浓度低、相对湿度大且含有漆雾的特点,采用废气预处理+沸石转轮浓缩+旋转式RTO的技术方案对喷漆废气进行有效治理(图2所示),具体工艺说明如下:

正常运行时,完整的废气预处理+沸石转轮浓缩+旋转式RTO周期流程如下。废气经管路输送先进入预处理装置,滤除废气中的颗粒物及残留的漆雾,满足进入沸石转轮的洁净度要求。

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转式RTO

浓缩废气由旋转式RTO主风机引入旋转气体分配室,经平均分配后进入5个蓄热室进行预热,预热后的废气进入热氧化室氧化分解,浓缩废气中所含有机物充分氧化分解,使氧化温度维持在800℃以上,产生的高温洁净气进入另5个蓄热室放热,将热量存储在陶瓷蓄热体内后经烟囱排放。通过吹扫风机抽取少量洁净气到吹扫区进行吹扫,将残留在蓄热体内未反应的有机物反吹到氧化室进行再次氧化分解。

有机废气氧化产生的热量一部分用于旋转式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,旋转式RTO炉体结构紧凑,散热面积小,使燃料耗量大大降低,整套工程达到环保、节能的效果。


图2废气预处理+沸石吸附浓缩轮转+旋转式RTO系统原理图

2.1 废气预处理装置

废气预处理装置的作用是去除废气中的颗粒物及残留漆雾,对废气进行预处理。大部分的漆雾颗粒介于10-100μm之间,也有相当比例的微粒介于3-10μm之间,如图3所示。

在此方案中对废气进行四级过滤,为DPA漆雾过滤+F5效率过滤+F7效率过滤+F9效率过滤,如图4所示。DPA漆雾过滤器对微粒直径≥10μm的小漆雾过滤效率达99.8%,F5效率对微粒直径≥1μm的漆雾过滤效率为50%>E≥30%,F7效率对微粒直径≥1μm的过滤效率为99%>E≥70%,F9效率对微粒直径≥0.5μm的过滤效率为99%>E≥90%。通过过滤预处理,确保1μm以上的杂质不会进入转轮导致转轮堵塞,影响其工作性能。

不同等级过滤器为模块化设计,组装方便。在过滤器前后设置在线压差变送器,保证废气过滤系统正常、安全、稳定运行。


2.2 沸石吸附浓缩转轮

筒式沸石浓缩转轮组合(Cassette)为一中心轴承与转体,转体由沸石吸附介质与陶瓷纤维制成。转轮上包含用以分开处理废气及处理后释出干净气体的密封垫,其材质为能承受VOCS 腐蚀性及高操作温度的柔材料制成(一般为硅橡胶)。密封垫将蜂巢状沸石吸附转轮组合隔离成吸附处理区、再生脱附区。转轮由一组电动驱动设备用以旋转转轮,转轮处理时为可变速、且可控制每小时旋转 3 至 8 转之能力。

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,少量洁净气与旋转式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转式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。

图5 沸石吸附浓缩转轮原理图

筒式沸石浓缩转轮的技术特点:

1)特别适用于处理大风量、低浓度的有机废气,净化效率稳定;

2)转轮低压损、无吸附损耗、对于高沸点的挥发性有机气体也能够有效处理;

3)沸石转轮由无机氧化物组成,具有不燃性,使用安全;

4)浓缩倍数高,最高可达40倍,沸石模块的沸石含有率≥75%

5)沸石模块化安装,单一模块重量小于10公斤,尺寸最大900×254×230mm,确保现场的安装和调试工作量最小;

6)转轮热稳定性极高,反复通过加热脱附来实现再生,使用寿命可达到10年左右。

2.3 旋转式RTO

旋转式RTO,也称旋转式蓄热式氧化炉。其原理是在800℃高温下将可燃废气氧化成对应的氧化物和水,从而净化废气,并回收废气分解时所释放出来的热量,废气分解效率高达99.5%,热回收效率达到95%以上。

旋转式RTO使用12个装有蜂窝陶瓷的固定蓄热室,废气通过旋转分配阀进入5个蓄热室预热后到达氧化室,废气氧化分解后的高温气体经过另5个蓄热室冷却排出,1个蓄热室为吹扫区,另1个蓄热室为隔离区。废气通过旋转分配阀交替均匀的进入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。旋转式RTO实现炉体和阀门的相对独立,同时便于安装与维护,运行更加平稳。

旋转式RTO安装爆破片预防压力过高,进行泄压保护。主风机进风口前增加LEL 浓度在线监测装置,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。发生故障时旋转式RTO 主操作屏提示报警信息,发出声光报警信号,废气切断,临时排空,保证安全。


图6 旋转式RTO原理图

旋转式RTO是第三代RTO,在各方面性能及后期维护费用上都全面优于床式RTO,表1为旋转式RTO与传统两室、三室RTO的性能对比,表2为旋转式RTO热平衡计算表。旋转式RTO主要优点为:

(1)旋转式RTO散热面积小,12个室交替工作缓冲,节约能耗;

2)12个室一起工作,气流分配,净化效率高,运行稳定;

3)旋转式RTO又具有占地面积小,散热面积小,综合热效率高等特点,自运行所需废气浓度低;

4)旋转式RTO进出口废气温差小于20℃,最大限度的回收热量;

5)采用旋转阀,进气、排气连续,管道压力波动小,废气不倒灌,有利于前端处理设备稳定运行。

6)节能优化新技术,闷炉技术的开发,停机后炉体进行保温,间断工作更节能。

1 两室、三室和旋转式RTO性能对比




3.结语

为了保护生态环境,实现经济社会的可持续发展,需要在汽车涂装工序中的各环节都尽量减少污染物使用量,同时在污染物排放末端要进行净化处理,以尽量减少污染物排放。采用本方案对涂装车间废气进行处理后,设备运行稳定可靠,可大大减少了VOC排放总量,具有较大的社会效益和经济效益。




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