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废气浓缩焚烧系统在汽车涂装生产线上的应用

日期: 2013-12-11
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为了减少VOCs的排放量,汽车企业在应用喷涂机器人、提高水性漆使用量、采用高固体分溶剂型涂料、回收有机溶剂、处理烘干系统废气等方面做了努力,但由于清漆仍无水性涂料、法规日趋严格等因素,部分企业的VOCs排放仍会超标,因此需要对喷漆室废气在排放前进一步处理。《山东省2013—2020年大气污染防治规划》对汽车涂装废气排放提出了要求:“使用溶剂型涂料的表面涂装工序必须密闭作业,配备有机废气收集系统,安装高效回收净化设施,有机废气净化率达到90%以上”。为促使企业减少VOCs排放,北京、上海等地区开始对VOCs排放收费,并根据企业治理情况,实施差别化的排污收费政策。为此,我公司在商用车行业内率先引入喷漆室废气浓缩焚烧技术,通过沸石转轮吸附浓缩与热力焚烧技术对喷漆室的有机废气进行净化处理,实现VOCs净化率达到92%以上,满足国家环保法规的要求。本文首先介绍我公司涂装车间VOCs排放现状,继而提出喷漆室废气处理方案,详细阐述废气浓缩焚烧系统工艺流程,介绍转轮吸附浓缩及废气热力焚烧原理,最后对废气浓缩焚烧系统处理喷漆室废气的效果进行监测验证。

1、我公司涂装车间喷漆室VOCs排放现状

目前,我公司涂装车间喷漆线分为驾驶室涂装线、塑料件涂装线、总装车间底盘整体喷漆涂装线3部分,仍主要采用溶剂型涂料,按照国家法律法规对环境保护的要求,需要对这3条涂装生产线所产生的全部含VOC废气进行处理后排放。具体情况如下:

1)、驾驶室涂装线。驾驶室涂装线现有2条面漆喷漆线,一条5万辆面漆喷漆线,一条10万辆喷漆线,每条喷漆线均采用“湿碰湿”工艺:水性底漆→闪干及强冷→罩光溶剂型面漆,最后进入面漆烘干室进行烘干处理,需对罩光溶剂型漆排风部分进行溶剂回收处理,水性漆排风部分不需处理。

2)、塑料件涂装线。塑料件涂装线是一条10万套塑料件零部件生产线,含底漆喷漆室1台,色漆喷漆室1台,罩光漆喷漆室1台,全部喷涂溶剂型漆,需对3台喷漆室的排风全部进行废气浓缩焚烧处理。

3)、总装车间底盘整体喷漆涂装线。总装车间设有2条底盘整体喷漆线,产量共计10万辆,喷漆后进入烘干室进行烘干处理,均采用溶剂型漆,需对2台喷漆室的排风全部进行废气浓缩焚烧处理。

2、喷漆室废气处理方案

汽车涂装产生的有机废气特点是废气量大,VOCs浓度较低,如果直接采用热力焚烧氧化处理燃料消耗很大,不环保经济,目前行业应用较多的净化方法是转轮吸附浓缩及热力焚烧系统,热力焚烧一般有2种形式,回收式热力焚烧系统(TNV)和蓄热式热力焚烧系统(RTO),系统利用“吸附→脱附→浓缩焚化”等3个连续过程,处理高流量、低污染物浓度及含多种VOCs的废气。废气处理系统包括空气预热干燥段、空气过滤器、沸石浓缩转轮(废气浓缩比为(10~15)∶1)、加压风机(变频)、解附气体预热器、废气焚烧炉、内部管道系统、支撑钢构及电控系统等。

针对我公司涂装车间VOCs排放现状和废气排放量,提出的喷漆室废气处理方案为:驾驶室涂装线、塑料件涂装线、总装车间底盘整体喷漆涂装线分别增加废气处理量为370000m3/h、420000m3/h、480000m3/h的转轮吸附浓缩及热力焚烧系统系统,以及相应的风机改造、相关排风管道改造、补加电动联动风阀、补加相关电控等。

系统的性能参数要求如表1所列。

3、废气浓缩焚烧系统的工艺流程

3.1、废气浓缩焚烧系统的组成和工作原理

废气浓缩焚烧系统主要由吸附浓缩转轮和热力焚烧系统组成。转轮由若干单元拼接而成,每个单元由沸石吸附介质和卷制烧结而成的陶瓷基体组成,沸石吸附介质即疏水性沸石分子筛膜是吸附VOCs的关键。转轮上有耐高温柔软材料制成的密封垫,用于分开处理废气及处理后释出干净气体。密封垫将蜂巢状沸石转轮隔离产生吸附区与脱附区,为提升转轮的吸附处理能力,在两区之间加一冷却区,吸附区面积较大,脱附区与冷却区面积较小,有时为特殊需求也可分为更多的串联区。吸附转轮由一组电动驱动,转轮转动可变频控制,控制为2~6r/h。值得注意的是,转轮厂家通常需要根据废气中的污染物成分来配制转轮,并通过输入浓缩比、转轮转速等运行参数以及进气湿度、进气浓度、进气流速等参数计算得出转轮最佳运行条件。

热力焚烧一般有2种形式,回收式热力焚烧系统(TNV)和蓄热式热力焚烧系统(RTO)。我公司驾驶室涂装线、塑料件涂装线废气浓缩焚烧系统采用TNV形式,总装车间底盘整体喷漆涂装线采用RTO形式。

这里以底盘整体喷漆线转轮吸附浓缩及蓄热式热力焚烧系统(RTO)为例介绍其工作原理和工艺流程。喷漆室温度为20~35℃,喷漆室排放的有机废气经过水旋结构处理后,排放出的废气相对湿度能达到100%,而沸石转轮的最佳吸附条件为温度40℃、相对湿度75%,需要通过干燥风机向混风箱内引入冷却风(温度110~140℃),调节引入风量的大小,实现对废气温度、湿度的调节,达到沸石转轮工作的最佳条件。废气经过混风箱调节后,由于喷漆室废气中存在会导致沸石转轮阻塞和失效的杂质、颗粒物等,为保证转轮吸附效率和使用寿命,对喷漆室废气进行过滤处理后才能进入系统。

废气经过2道过滤(T4、F9过滤器)后进入疏水性沸石所组成的转轮,VOC被吸附在转轮的吸附区上,经过处理后的洁净气体在洁净风机的作用下排入烟筒,最终进入大气。脱附区的气体来源于室外新风,新风经板式换热器和混风器2次加热,在混风器内引入RTO上室体的气流,调节脱附气体温度,达到脱附要求的180~220℃,板式换热器的作用是充分利用RTO系统产生的余热,实现对能源利用的最大化。在高温作用下,有机分子气体与沸石分子间的范德华力和静电吸引力被破坏,VOC脱附,脱附后的废气污染物浓为初始浓度的5~20倍,在废气风机的作用下,进入RTO系统进一步焚烧处理,焚烧温度在760℃以上,使废气中的VOC彻底分解为水和二氧化碳,焚烧处理后的洁净气体高空排放。


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