汽車涂裝生產(chǎn)工藝對(duì)VOCs治理技術(shù)的選擇性及優(yōu)缺點(diǎn)介紹

2016-10-18 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

針對(duì)不同的涂裝廢氣,不同的廠家采用了不同的方法,下面就汽車涂裝廢氣處理技術(shù)進(jìn)行初淺的分析探討。1、前言

汽車涂裝生產(chǎn)線是汽車制造過程中產(chǎn)生“三廢”最多的環(huán)節(jié),其中涂裝廢氣是涂裝“三廢”的主要部分。涂裝車間的廢氣主要是涂料中含有的有機(jī)溶劑和涂膜在噴涂及烘干時(shí)的分解物,統(tǒng)稱為揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC),其成份主要有甲苯和二甲苯。這些成份對(duì)人的健康和生活環(huán)境有害,并且有惡臭,人如果長(zhǎng)期吸入低濃度的有機(jī)廢氣,會(huì)引發(fā)咳嗽、胸悶、氣喘甚至肺氣腫等慢性呼吸道疾病,是目前公認(rèn)的強(qiáng)烈致癌物。除此之外,有機(jī)廢氣對(duì)光化學(xué)煙霧、酸雨的形成起著非常重要的作用。為減少涂料中的VOC,開發(fā)了水性涂料和粉末涂料,但水性涂料中仍含有一定比例的有機(jī)溶劑。為此,各國(guó)頒布了相應(yīng)的法令,限制該類氣體的排放,我國(guó)于1997年頒布并實(shí)施的GB16297《大氣污染綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》,限定了33種污染物的排放限值,其中包括苯、甲苯、二甲苯等揮發(fā)性有機(jī)溶劑。近年來,隨著人們環(huán)保意識(shí)提高,環(huán)保法規(guī)不斷完善與執(zhí)法力度不斷提高,汽車生產(chǎn)廠在新建涂裝線中需配置廢氣處理設(shè)備,對(duì)老的涂裝線也在逐步補(bǔ)充廢氣處理裝置,廢氣經(jīng)過處理達(dá)標(biāo)后才能排放。針對(duì)不同的涂裝廢氣,不同的廠家采用了不同的方法,下面就汽車涂裝廢氣處理技術(shù)進(jìn)行初淺的分析探討。

根據(jù)汽車涂裝生產(chǎn)工藝,涂裝廢氣主要來自于噴涂、干燥過程。所排放的污染物主要為:噴漆時(shí)產(chǎn)生的漆霧和有機(jī)溶劑,干燥揮發(fā)時(shí)產(chǎn)生的有機(jī)溶劑。漆霧主要來自于空氣噴涂作業(yè)中溶劑型涂料飛散的部分,其成分與所使用的涂料一致。有機(jī)溶劑主要來自于涂料使用過程中的溶劑、稀釋劑,絕大部分屬揮發(fā)性排放,其主要的污染物為二甲苯、苯、甲苯等。故涂裝中排放的有害廢氣的主要發(fā)生源為噴漆室、晾干室、烘干室。

2、汽車生產(chǎn)線廢氣處理方法2.1烘干過程有機(jī)廢氣的治理方案

電泳、中涂、面涂烘干室排出的氣體屬于高溫、高濃度廢氣,適合采用焚燒的方法進(jìn)行處理。目前烘干過程常用的廢氣處理措施有:蓄熱式熱力氧化技術(shù)(RTO)、蓄熱式催化燃燒技術(shù)(RCO)、TNV回收式熱力焚燒系統(tǒng)

2.1.1蓄熱式熱力氧化技術(shù)(RTO)

蓄熱式熱氧化器(Regenerative Thermal Oxidizer,簡(jiǎn)稱RTO)是一種用于處理中低濃度揮發(fā)性有機(jī)廢氣的節(jié)能型環(huán)保裝置。適用于大風(fēng)量、低濃度,適用于有機(jī)廢氣濃度在100PPM—20000PPM之間。其操作費(fèi)用低,有機(jī)廢氣濃度在450PPM以上時(shí),RTO裝置不需添加輔助燃料;凈化率高,兩床式RTO凈化率能達(dá)到98%以上,三床式RTO凈化率能達(dá)到99%以上,并且不產(chǎn)生NOX等二次污染;全自動(dòng)控制、操作簡(jiǎn)單;安全性高。

蓄熱式熱氧化器采用熱氧化法處理中低濃度的有機(jī)廢氣,用陶瓷蓄熱床換熱器回收熱量。由陶瓷蓄熱床、自動(dòng)控制閥、燃燒室和控制系統(tǒng)等組成。主要特征是:蓄熱床底部的自動(dòng)控制閥分別與進(jìn)氣總管和排氣總管相連,蓄熱床通過換向閥交替換向,將由燃燒室出來的高溫氣體熱量蓄留,并預(yù)熱進(jìn)入蓄熱床的有機(jī)廢氣,蓄熱床采用陶瓷蓄熱材料吸收、釋放熱量;預(yù)熱到一定溫度(≥760℃)的有機(jī)廢氣在燃燒室燃燒發(fā)生氧化反應(yīng),生成二氧化碳和水,得到凈化。典型的兩床式RTO主體結(jié)構(gòu)一個(gè)燃燒室、兩個(gè)陶瓷填料床和四個(gè)切換閥組成(見下圖)。該裝置中的蓄熱式陶瓷填充床換熱器可使熱能得到最大限度的回收,熱回收率大于95%;處理有機(jī)廢氣時(shí)不用或使用很少的燃料。

優(yōu)點(diǎn):在處理大流量低濃度的有機(jī)廢氣時(shí),運(yùn)行成本非常低。

缺點(diǎn):較高的一次性投資,燃燒溫度較高,不適合處理高濃度的有機(jī)廢氣,有很多運(yùn)動(dòng)部件,需要較多的維護(hù)工作。

2.1.2蓄熱式催化燃燒技術(shù)(RCO)

蓄熱式催化燃燒裝置(Regenerative Catalytic Oxidizer簡(jiǎn)稱RCO)直接應(yīng)用于中高濃度(1000mg/m3—10000mg/m3)的有機(jī)廢氣凈化。RCO處理技術(shù)特別適用于熱回收率需求高的場(chǎng)合,也適用于同一生產(chǎn)線上,因產(chǎn)品不同,廢氣成分經(jīng)常發(fā)生變化或廢氣濃度波動(dòng)較大的場(chǎng)合。尤其適用于需要熱能回收的企業(yè)或烘干線廢氣處理,可將能源回收用于烘干線,從而達(dá)到節(jié)約能源的目的。

蓄熱式催化燃燒治理技術(shù)是典型的氣-固相反應(yīng),其實(shí)質(zhì)是活性氧參與的深度氧化作用。在催化氧化過程中,催化劑表面的吸附作用使反應(yīng)物分子富集于催化劑表面,催化劑降低活化能的作用加快了氧化反應(yīng)的進(jìn)行,提高了氧化反應(yīng)的速率。在特定催化劑的作用下,有機(jī)物在較低的起燃溫度下(250~300℃)發(fā)生無焰氧化燃燒,氧化分解為CO2和水。并放出大量熱能。

RCO裝置主要由爐體、催化蓄熱體、燃燒系統(tǒng)、自控系統(tǒng)、自動(dòng)閥門等幾個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成。在工業(yè)生產(chǎn)過程中,排放的有機(jī)尾氣通過引風(fēng)機(jī)進(jìn)入設(shè)備的旋轉(zhuǎn)閥,通過選轉(zhuǎn)閥將進(jìn)口氣體和出口氣體完全分開。氣體首先通過陶瓷材料層1預(yù)熱后發(fā)生熱量的儲(chǔ)備和熱交換,其溫度幾乎達(dá)到催化層進(jìn)行催化氧化所設(shè)定的溫度,這時(shí)其中部分污染物氧化分解;廢氣繼續(xù)通過加熱區(qū)(可采用電加熱方式或天然氣加熱方式)升溫,并維持在設(shè)定溫度;其再進(jìn)入催化層完成催化氧化反應(yīng),即反應(yīng)生成CO2和H2O,并釋放大量的熱量,以達(dá)到預(yù)期的處理效果。經(jīng)催化氧化后的氣體進(jìn)入陶瓷材料層2,回收熱能后通過旋轉(zhuǎn)閥排放到大氣中,凈化后排氣溫度僅略高于廢氣處理前的溫度。系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、自動(dòng)切換。通過旋轉(zhuǎn)閥工作,所有的陶瓷填充層均完成加熱、冷卻、凈化的循環(huán)步驟,熱量得以回收。

優(yōu)點(diǎn):工藝流程簡(jiǎn)單、設(shè)備緊湊、運(yùn)行可靠;凈化效率高,一般均可達(dá)98%以上;與RTO相比燃燒溫度低;一次性投資低,運(yùn)行費(fèi)用低,其熱回收效率一般均可達(dá)85%以上;整個(gè)過程無廢水產(chǎn)生,凈化過程不產(chǎn)生NOX等二次污染;RCO凈化設(shè)備可與烘房配套使用,凈化后的氣體可直接回用到烘房利用,達(dá)到節(jié)能減排的目的;

缺點(diǎn):催化燃燒裝置僅適用含低沸點(diǎn)有機(jī)成分、灰分含量低的有機(jī)廢氣的處理,對(duì)含油煙等粘性物質(zhì)的廢氣處理則不宜采用,催化劑宜中毒;處理有機(jī)廢氣濃度在20%以下。

2.1.3TNV回收式熱力焚燒系統(tǒng)

回收式熱力焚燒系統(tǒng)(德語Thermische Nachverbrennung簡(jiǎn)稱TNV)是利用燃?xì)饣蛉加椭苯尤紵訜岷袡C(jī)溶劑的廢氣,在高溫作用下,有機(jī)溶劑分子被氧化分解為CO2和水,產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄟ^配套的多級(jí)換熱裝置加熱生產(chǎn)過程需要的空氣或熱水,充分回收利用氧化分解有機(jī)廢氣時(shí)產(chǎn)生的熱能,降低整個(gè)系統(tǒng)的能耗。因此,TNV系統(tǒng)是生產(chǎn)過程需要大量熱量時(shí),處理含有機(jī)溶劑廢氣高效、理想的處理方式,對(duì)于新建涂裝生產(chǎn)線,一般采用TNV回收式熱力焚燒系統(tǒng)。

TNV系統(tǒng)由三大部分組成:廢氣預(yù)熱及焚燒系統(tǒng)、循環(huán)風(fēng)供熱系統(tǒng)、新風(fēng)換熱系統(tǒng)。該系統(tǒng)中的廢氣焚燒集中供熱裝置是TNV的核心部分,它由爐體、燃燒室、換熱器、燃燒機(jī)及主煙道調(diào)節(jié)閥等組成。其工作過程為:用一臺(tái)高壓頭風(fēng)機(jī)將有機(jī)廢氣從烘干室內(nèi)抽出,經(jīng)過廢氣焚燒集中供熱裝置的內(nèi)置換熱器預(yù)熱后,到達(dá)燃燒室內(nèi),然后再通過燃燒機(jī)加熱,在高溫下(750℃左右)將有機(jī)廢氣進(jìn)行氧化分解,分解后的有機(jī)廢氣變成CO2和水。產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄟ^爐內(nèi)的換熱器和主煙氣管道排出,排出的煙氣對(duì)烘干室的循環(huán)風(fēng)進(jìn)行加熱,為烘干室提供所需的熱量。在系統(tǒng)末端設(shè)置新風(fēng)換熱裝置,將系統(tǒng)余熱進(jìn)行最后回收,將烘干室補(bǔ)充的新風(fēng)用煙氣加熱后送入烘干室。另外,在主煙氣管道上還設(shè)置有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥,用于調(diào)節(jié)裝置出口的煙氣溫度,最終排放的煙氣溫度可以控制在160℃左右。

廢氣焚燒集中供熱裝置的特點(diǎn)包括:有機(jī)廢氣在燃燒室的逗留時(shí)間為1~2s;有機(jī)廢氣分解率大于99%;熱回收率可達(dá)76%;燃燒器輸出的調(diào)節(jié)比可達(dá)26∶1,最高可達(dá)40∶1。

缺點(diǎn):在處理低濃度有機(jī)廢氣時(shí),運(yùn)行成本較高;管式熱交換器只是在連續(xù)運(yùn)行時(shí),才有較長(zhǎng)的壽命。

2.2噴漆室、晾干室有機(jī)廢氣的治理方案

噴漆室、晾干室排出的氣體為低濃度、大流量常溫廢氣,污染物的主要組成為芳香烴、醇醚類、酯類有機(jī)溶劑。目前,國(guó)外較為成熟的方法是:先將有機(jī)廢氣濃縮以減少需處理的有機(jī)廢氣總量,先采用吸附法(活性碳或沸石作吸附劑)對(duì)低濃度常溫噴漆廢氣進(jìn)行吸附,用高溫氣體脫附,濃縮的廢氣采用催化燃燒或蓄熱式熱力燃燒的方法進(jìn)行處理。

2.2.1活性炭吸附--脫附凈化裝置

采用蜂窩狀活性炭為吸附劑,結(jié)合吸附凈化、脫附再生并濃縮VOC和催化燃燒的原理,即將大風(fēng)量、低濃度的有機(jī)廢氣通過蜂窩狀活性炭吸附以達(dá)到凈化空氣的目的,當(dāng)活性炭吸附飽和后再用熱空氣脫附使活性炭得到再生,脫附出濃縮的有機(jī)物被送往催化燃燒床進(jìn)行催化燃燒,有機(jī)物被氧化成無害的CO2和H20,燃燒后的熱廢氣通過熱交換器加熱冷空氣,熱交換后降溫的氣體部分排放,部分用于蜂窩狀活性炭的脫附再生,達(dá)到廢熱利用和節(jié)能的目的。整套裝置由預(yù)濾器、吸附床、催化燃燒床、阻燃器、相關(guān)的風(fēng)機(jī)、閥門等組成。

活性炭吸附--脫附凈化裝置根據(jù)吸附和催化燃燒兩個(gè)基本原理設(shè)計(jì),采用雙氣路連續(xù)工作,一個(gè)催化燃燒室,兩個(gè)吸附床交替使用。先將有機(jī)廢氣用活性炭吸附,當(dāng)快達(dá)到飽和時(shí)停止吸附,然后用熱氣流將有機(jī)物從活性炭上脫附下來使活性炭再生;脫附下來的有機(jī)物已被濃縮(濃度較原來提高幾十倍)并送往催化燃燒室催化燃燒成二氧化碳及水蒸氣排出。當(dāng)有機(jī)廢氣的濃度達(dá)到2000PPm以上時(shí),有機(jī)廢氣在催化床可維持自燃,不用外加熱。燃燒后的尾氣一部分排入大氣,大部分被送往吸附床,用于活性炭再生。這樣可滿足燃燒和吸附所需的熱能,達(dá)到節(jié)能的目的。再生后的可進(jìn)入下次吸附;在脫附時(shí),凈化操作可用另一個(gè)吸附床進(jìn)行,既適合于連續(xù)操作,也適合于間斷操作。

技術(shù)性能及特點(diǎn):性能穩(wěn)定,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便,安全可靠,節(jié)能省力,無二次污染。設(shè)備占地面積小,重量輕。極適用于大風(fēng)量下使用。吸附有機(jī)物廢氣的活性炭床,用催化燃燒后的廢氣進(jìn)行脫附再生,脫附后的氣體再送催化燃燒室進(jìn)行凈化,不需外部能量,節(jié)能效果顯著。缺點(diǎn)是,活性炭使用壽命短,運(yùn)行成本高。

2.2.2沸石轉(zhuǎn)輪吸附--脫附凈化裝置

沸石的主要成分為:硅、鋁,具有吸附能力,可作為吸附劑使用;沸石轉(zhuǎn)輪就是利用沸石特定孔徑對(duì)于有機(jī)污染物具有吸附、脫附能力的特性,使原本具低濃度、大風(fēng)量的VOC廢氣,經(jīng)沸石轉(zhuǎn)輪濃縮轉(zhuǎn)換成小風(fēng)量、高濃度的氣體,可以降低后端終處理設(shè)備的運(yùn)行成本。其裝置特性適合處理大流量、低濃度、含多種有機(jī)成分的廢氣。缺點(diǎn)是前期投資高。

沸石轉(zhuǎn)輪吸附-凈化裝置是一種可連續(xù)進(jìn)行吸附和脫附操作的氣體凈化裝置。沸石轉(zhuǎn)輪兩側(cè)由特制的密封裝置分成三個(gè)區(qū)域:吸附區(qū)、解吸(再生)區(qū)及冷卻區(qū)域。該系統(tǒng)的工作過程是:沸石轉(zhuǎn)輪以較低的速度連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),循環(huán)通過吸附區(qū)和解吸(再生)區(qū)及冷卻區(qū)域;低濃度、大風(fēng)量的廢氣連續(xù)不斷地通過轉(zhuǎn)輪的吸附區(qū)時(shí),廢氣中的VOC被轉(zhuǎn)輪的沸石吸附,被吸附凈化后的氣體直接排放;輪子吸附的有機(jī)溶劑隨著轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)被送到解吸(再生)區(qū),再用小風(fēng)量熱風(fēng)連續(xù)地通過解吸區(qū),被吸附到轉(zhuǎn)輪上的VOC在解吸區(qū)受熱脫附實(shí)現(xiàn)再生,VOC廢氣隨熱風(fēng)一起排出;轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)至冷卻區(qū)域進(jìn)行冷卻降溫后可重新進(jìn)行吸附,隨著轉(zhuǎn)輪的不斷轉(zhuǎn)動(dòng),吸附、解吸、冷卻循環(huán)進(jìn)行,確保廢氣處理持續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行。

沸石轉(zhuǎn)輪裝置實(shí)質(zhì)上是一個(gè)濃縮器,經(jīng)過轉(zhuǎn)輪處理后的含有機(jī)溶劑的廢氣被分成兩個(gè)部分:可以直接排放的潔凈空氣和含高濃度有機(jī)溶劑的再生空氣。可以直接排放的潔凈空氣,可以進(jìn)入噴漆空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)使用;高濃度的VOC氣體,其濃度大約為進(jìn)入系統(tǒng)前VOC濃度的10倍左右,濃縮后的氣體再通過TNV回收式熱力焚燒系統(tǒng)(或其他設(shè)備)進(jìn)行高溫焚燒處理,焚燒產(chǎn)生的熱量分別為烘干室供熱和沸石轉(zhuǎn)輪脫附供熱,熱量被充分利用,達(dá)到節(jié)能減排的效果。

技術(shù)性能及特點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,維護(hù)方便,使用壽命長(zhǎng);高吸、脫附效率,使原本高風(fēng)量、低濃度的VOCs廢氣,轉(zhuǎn)換成低風(fēng)量、高濃度的廢氣,降低后端終處理設(shè)備的成本;沸石轉(zhuǎn)輪吸附VOC所產(chǎn)生的壓降極低,可大大減少電力能耗;整體系統(tǒng)采預(yù)組及模塊化設(shè)計(jì),具備了最小的空間需求,且提供了持續(xù)性及無人化的操控模式;經(jīng)過轉(zhuǎn)輪濃縮后的廢氣,可達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn);吸附劑使用不可燃性疏水沸石,使用更安全;缺點(diǎn)是一次性投資較高。

3、結(jié)語

減少涂裝公害既是涂裝技術(shù)發(fā)展方向,也是涂裝行業(yè)的責(zé)任。隨著國(guó)內(nèi)對(duì)環(huán)境質(zhì)量的要求不斷提高,揮發(fā)性有機(jī)廢氣的治理工作正逐步開展。對(duì)汽車涂裝廢氣,應(yīng)根據(jù)不同特點(diǎn),分析不同處理方法的處理效果與處理成本,采取切實(shí)有效的技術(shù)方法處理,滿足排放標(biāo)準(zhǔn),保護(hù)地球環(huán)境,創(chuàng)建和諧社會(huì)。

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