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浅谈汽车涂装车间废气治理技术

近年来,全国多地大气污染严重,空气质量差,雾霾、酸雨、光化学污染严重。在汽车涂装车间生产过程中会产生大量废气,因此涂装废气的治理日益得到关注和重视。重点介绍了汽车涂装车间废气的来源、废气特点、治理方法以及使用效果等,并结合工程实例进行了分析。

0引言

自2012年以来,我国各大城市雾霾及PM2.5造成的健康恐慌引发了公众关注,近期持续的严重雾霾污染让我们认识到大气污染仍处于加重期。VOCs(大气重要污染源)排放巨大,增加迅猛,尚未得到有效控制。

我国为加强大气污染治理力度,开始采取严厉的治理措施,改善环境质量。研究表明,工业排放和汽车尾气是雾霾污染中最主要的危害源,其中汽车涂装是大气污染治理的关键行业之一。

为加强VOCs治理力度,各地相继颁布了严苛的地方VOCs排放标准,其中上海标准最为严格,要求VOCs排放浓度≤30mg/m,。按照此标准,结合涂装生产线的工艺流程、应用涂料等因素分析,部分废气排放点不能达标,需增加废气治理装置。各地排放标准如图1所示。

《大气污染防治行动计划》中提出:将挥发性有机物纳入排污费征收范围,加大排污费征收力度,提高排污费征收标准,做到应收尽收,2015年10月1日试点开始实施。各省、自治区、直辖市可以根据本地区实际情况增加VOCs排污收费试点行业,并制定试点行业VOCs排污收费办法,具体收费标准如图2所示。为减少后期VOCs缴纳费用,降低企业成本,必须从根源减少废气排放量,加强废气治理,降低VOCs排放浓度。

漆废气浓度。传统工艺中,由于排放量差异较大,一般流平室废气浓度是喷漆室废气浓度的2倍左右,通常与喷漆室排风混合后集中处理。另外,调漆间也排放类似的有机废气。

1.3烘干室废气

涂装烘干室产生的废气量大,废气浓度高,且成分复杂,这是由于涂料绝大多数的VOCs都是在高温烘烤阶段产生的,因此涂装烘干室的废气治理非常关键。

烘干室废气的成分主要有甲苯、二甲苯、非甲烷总烃,除此之外,还包含部分增塑剂或树脂单体等挥发物、热分解生产物和反应生成物。同时,烘干废气中含有恶臭物质(甲乙酮肟),为满足GB14554{恶臭污染物排放标准》,消除恶臭物质的扰民影响,涂装烘干废气必须进行处理。

一条生产纲领为24万辆的涂装线,烘干炉废气量约为5万m3/h,浓度为500~l000mg/m3,远远超过标准要求,必须经过处理才能达标排放。

2涂装车间废气治理技术简介

涂装废气治理主要有减少废气排放和喷漆废气进行治理两方面。

2.1减少废气排放

2.1.1使用环保型涂料

环保型涂料就是不使用或少量使用有机溶剂的涂料,如水性涂料、粉末涂料、光固化涂料等。粉末涂料基本上不排放有害废气,近年发展迅速,江淮汽车已将粉末涂料成功应用于车厢喷涂,目前生产线已量产。采用粉末涂料,可大大减少车厢喷涂过程中的废气排放量,节约废气治理设备投资和运行成本。

由于近年环保问题凸显,国家强力推行水性漆的应用,目前新建生产线环评均要求使用水性漆,水性漆已普及到各涂装行业。水性漆的主要成分是水,溶剂含量为20%。25%,远远低于溶剂型涂料。使用水性漆,可以从根源上减少废气中VOCs的排放量。各种涂料的VOCs含量比较见表l所列。

2.1.2提高涂料利用率,减少涂料使用量

汽车涂装过程中常以喷涂形式使用涂料,在喷涂过程中产生较多漆雾,漆雾是喷漆废气中的颗粒物来源,因此,提高涂料利用率可以大大降低废气中的颗粒物,降低废气处理难度。不同喷涂方法的涂料利用率见表2所列。

由表2可以看出,只有采用大容量低压空气喷枪或静电喷涂才能满足至少65%的涂料利用率。除此之外,采用机器人喷涂也可以提高涂料利用率,目前国内涂装行业正在推行内喷机器人,即整条涂装线喷涂实现无人化,全部使用机器人喷涂,极大地提高了涂料的利用率。

2.1.3采用循环风技术,减少废气排放量

喷漆系统是汽车车身涂装车间能耗最大的系统,喷漆系统能耗占涂装车间总能耗的48%左右,因此如何降低喷漆系统的能耗,尤其是喷漆调温、调湿的能耗,是涂装工艺环节节能减排的关键所在。

近几年在国内部分德系、美系、日系汽车工厂中开始采用空调循环风技术,该技术主要是用于降低喷漆系统的能源消耗。

全自动喷漆室排风再循环可分为干式再循环和湿空气再循环。从漆前准备段、风幕、晾干室等区段排出的空气含湿量不高,仅过滤就可循环利用,或经干式漆雾捕捉装置处理过的喷漆室排风,因其洁净度(O_3mg/m3)已达标,可直接循环利用,统称为干式再循环,而经湿式(水洗式)漆雾捕集装置处理过的喷漆室排风含水量增加,需除湿调温后才能循环利用,故称为湿空气再循环。通过使用空调循环风技术,喷漆室空调新风风量可降低60%以上。

2.2喷漆废气治理

涂装喷漆废气治理通常采用2种方法:一是“活性炭吸附+催化燃烧”,二是“沸石浓缩转轮吸附+高温燃烧法(RTO/TNV)”,前者适用于小风量(小于10万m3/h),后者适用于大风量(大于10万m3/h)。

1)活性炭吸附法

活性炭作为涂装车间的废气吸附剂已经有很多年的应用经验。活性炭价格便宜,表面有疏水性,比表面积(500~1200m2,g)大,因而具有优异的吸附|生能,可使有机溶剂吸附在其表面,吸附饱和后,采用100℃左右的热空气进行脱附,脱附过程中被吸附的气体解析出来。

由于具有疏水性表面的分子筛(沸石)价格昂贵,在以去除有机溶剂为目的的场合,活性炭是最适宜的吸附剂。涂装喷漆废气治理如采用活性炭吸附法,常规采用活性炭吸附与催化燃烧(脱附)相结合的处理工艺。它是根据吸附(效率高)和催化燃烧(节能)2个基本原理设计的,即吸附浓缩一催化燃烧法,该工艺采用多个活性炭吸附箱连续工作,且各吸附箱之间可交替使用。

吸附:含有机物的废气通过引风机,经过活性炭吸附箱,VOCs吸附在活性炭内部,吸附后洁净气体高空排放至室外;经过一段时间(约6d)后,活性炭达到饱和状态,停止吸附,此时有机物已被浓缩在活性炭内。

脱附:启动催化净化装置内的加热装置,热风进入内部循环,当热风达到有机物的沸点(不高于120℃)时,有机物从活性炭内解析出来,进入催化室进行催化分解成CO2和H2O,同时释放出热量。释放出的热量在进人吸附床脱附时,加热装置完全停止工作,有机废气在催化燃烧室内维持自燃,尾气再生,循环进行,直至有机物完全从活性炭内部分离,至催化室分解。活性炭得到了再生,有机物得到催化分解处理。

2)沸石转轮吸附法

喷漆室废气属于大风量、低浓度的有机混合气体,目前此类废气主流治理方式为“沸石转轮吸附浓缩+高温焚烧净化”,处理后的废气直接达标排放。

待处理的喷漆室有机混合废气经引风机作用,先经过预处理过滤装置去除废气中的粉尘及杂质部分,否则直接吸附会堵塞沸石的微缩孔,从而影响吸附效果,甚至失效,经过初步过滤后,相对纯净的有机废气进入沸石转轮吸附装置进行吸附净化处理,有机物质被沸石转轮特有的作用力截留在其内部,洁净气体排出,经过一段时间吸附后,沸石转轮达到饱和状态,转轮自动转动进入冷却和高温脱附区域。

沸石转轮脱附出来的高浓度废气直接进入RTO蓄热式焚烧炉进行焚烧净化处理,废气焚烧后的氧化室高温气体与脱附废气通过热交换器进行热交换,使脱附废气换热(温度控制在150—200oC)后进入转轮脱附区进行脱附,沸石中的有机物受到热空气加热后从沸石中挥发出来,此时脱附出来的废气属于高浓度、小风量、高温度的有机废气,直接进入RTO焚烧炉氧化后释放出大量能量,有机物利用自身氧化燃烧释放出的热量维持自燃,如果脱附废气浓度足够高,RTO正常使用需要很少的天然气甚至不需要天然气,做到真正的节能环保,同时,整套装置安全、可靠、无二次污染,具体工作原理如图3所示。

3废气治理装置效益分析

3.1烘干废气治理装置

烘干室废气治理装置同时也作为烘干室加热装置,除一次性设备投资外,只有设备正常运行费用(电和天然气),无其他额外费用。

3.2“活性炭吸附+催化燃烧”装置

活性炭和催化剂使用寿命较短,在双班生产、单班8h情况下,活性炭使用寿命为2a,催化剂使用寿命为2.5a。因此采用此种方式处理喷漆废气要定期更换活性炭、催化剂和过滤器。以55000m3/h涂装线为例,设备运行费用分析如表3所列。

由于活性炭使用体积大,催化剂单价高,导致使用该治理方式年设备维护费用较高。

3.3沸石转轮吸附装置

以废气量114000m%、废气浓度430mg/m3、,要求VOCs处理效率大于96%为例,其经济效益分析如下。

3.3.1装机容量

设备装机容量如表4所列。


 

3.3.2运行能耗

设备启动及运行能耗如表5~6所列。

3.3.3维护费用

设备维护费用如表7所列。

综上所述,涂装车间双班满负荷生产,喷漆废气系统年运行费用约110万元,维护费用约5万元。

4结语

汽车行业作为中国制造行业的支柱产业,应积极响应国家环保政策,各大车企应实施一系列行之有效的废气治理技术和方法,确保废气排放满足国家和地方排放标准,加强工业废气污染治理技术的开发、研究及技术应用,为保护环境尽职尽责。

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