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淺談汽車塗裝有機廢氣處理方法

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淺談汽車塗裝有機廢氣處理方法

發布日期:2018-05-19 作者:www.qinghuren.cn 點擊:

  1、前言

    汽車塗裝生產線是汽車製造過程中產生“三廢”最多的環節,其中塗裝廢氣是塗裝“三廢”的主要部分。粉體塗裝設備塗裝車間的廢氣主要是塗料中含有的有機溶劑和塗膜在噴塗及烘幹時的分解物,統稱為揮發性有機化合物(VOC),其成份主要有甲苯和二甲苯。這些成份對人的健康和生活環境有害,並且有惡臭,人如果長期吸入低濃度的有機廢氣,會引發咳嗽、胸悶、氣喘甚至肺氣腫等慢性呼吸道疾病,是目前公認的強烈致癌物。除此之外,有機廢氣對光化學煙霧、酸雨的形成起著非常重要的作用。為減少塗料中的VOC,開發了水性塗料和粉末塗料,但水性塗料中仍含有一定比例的有機溶劑。為此,各國頒布了相應的法令,限製該類氣體的排放,我國於1997年頒布並實施的GB16297《大氣汙染綜合排放標準》,限定了33種汙染物的排放限值,其中包括苯、甲苯、二甲苯等揮發性有機溶劑。近年來,隨著人們環保意識提高,環保法規不斷完善與執法力度不斷提高,汽車生產廠在新建塗裝線中需配置廢氣處理設備,對老的塗裝線也在逐步補充廢氣處理裝置,廢氣經過處理達標後才能排放。針對不同的塗裝廢氣,不同的廠家采用了不同的方法,下麵就汽車塗裝廢氣處理技術進行初淺的分析探討。


    根據汽車塗裝生產工藝,塗裝廢氣主要來自於噴塗、幹燥過程。所排放的汙染物主要為:噴漆時產生的漆霧和有機溶劑,幹燥揮發時產生的有機溶劑。漆霧主要來自於空氣噴塗作業中溶劑型塗料飛散的部分,其成分與所使用的塗料一致。有機溶劑主要來自於塗料使用過程中的溶劑、稀釋劑,絕大部分屬揮發性排放,其主要的汙染物為二甲苯、苯、甲苯等。故塗裝中排放的有害廢氣的主要發生源為噴漆室、晾幹室、烘幹室。


    2、汽車生產線廢氣處理方法


    2.1烘幹過程有機廢氣的治理方案


    電泳、中塗、麵塗烘幹室排出的氣體屬於高溫、高濃度廢氣,適合采用焚燒的方法進行處理。目前烘幹過程常用的廢氣處理措施有:蓄熱式熱力氧化技術(RTO)、蓄熱式催化燃燒技術(RCO)、TNV回收式熱力焚燒係統

粉體塗裝設備

    2.1.1蓄熱式熱力氧化技術(RTO)


    蓄熱式熱氧化器(Regenerative Thermal Oxidizer,簡稱RTO)是一種用於處理中低濃度揮發性有機廢氣的節能型環保裝置。適用於大風量、低濃度,適用於有機廢氣濃度在100PPM—20000PPM之間。其操作費用低,有機廢氣濃度在450PPM以上時,RTO裝置不需添加輔助燃料;淨化率高,兩床式RTO淨化率能達到98%以上,三床式RTO淨化率能達到99%以上,並且不產生NOX等二次汙染;全自動控製、操作簡單;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廢氣,用陶瓷蓄熱床換熱器回收熱量。由陶瓷蓄熱床、自動控製閥、燃燒室和控製係統等組成。主要特征是:蓄熱床底部的自動控製閥分別與進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,並預熱進入蓄熱床的有機廢氣,蓄熱床采用陶瓷蓄熱材料吸收、釋放熱量;預熱到一定溫度(≥760℃)的有機廢氣在燃燒室燃燒發生氧化反應,生成二氧化碳和水,得到淨化。典型的兩床式RTO主體結構一個燃燒室、兩個陶瓷填料床和四個切換閥組成(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,熱回收率大於95%;處理有機廢氣時不用或使用很少的燃料。


    優點:在處理大流量低濃度的有機廢氣時,運行成本非常低。


    缺點: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廢氣,有很多運動部件,需要較多的維護工作。


    2.1.2蓄熱式催化燃燒技術(RCO)


    蓄熱式催化燃燒裝置(Regenerative Catalytic Oxidizer簡稱RCO)直接應用於中高濃度(1000mg/m3—10000mg/m3)的有機廢氣淨化。RCO處理技術特別適用於熱回收率需求高的場合,也適用於同一生產線上,因產品不同,廢氣成分經常發生變化或廢氣濃度波動較大的場合。尤其適用於需要熱能回收的企業或烘幹線廢氣處理,可將能源回收用於烘幹線,從而達到節約能源的目的。


    蓄熱式催化燃燒治理技術是典型的氣-固相反應,其實質是活性氧參與的深度氧化作用。在催化氧化過程中,催化劑表麵的吸附作用使反應物分子富集於催化劑表麵,催化劑降低活化能的作用加快了氧化反應的進行,提高了氧化反應的速率。在特定催化劑的作用下,有機物在較低的起燃溫度下(250~300℃)發生無焰氧化燃燒,氧化分解為CO2和水。並放出大量熱能。


    RCO裝置主要由爐體、催化蓄熱體、燃燒係統、自控係統、自動閥門等幾個係統構成。在工業生產過程中,排放的有機尾氣通過引風機進入設備的旋轉閥,通過選轉閥將進口氣體和出口氣體完全分開。氣體首先通過陶瓷材料層1預熱後發生熱量的儲備和熱交換,其溫度幾乎達到催化層進行催化氧化所設定的溫度,這時其中部分汙染物氧化分解;廢氣繼續通過加熱區(可采用電加熱方式或天然氣加熱方式)升溫,並維持在設定溫度;其再進入催化層完成催化氧化反應,即反應生成CO2和H2O,並釋放大量的熱量,以達到預期的處理效果。經催化氧化後的氣體進入陶瓷材料層2,回收熱能後通過旋轉閥排放到大氣中,淨化後排氣溫度僅略高於廢氣處理前的溫度。係統連續運轉、自動切換。通過旋轉閥工作,所有的陶瓷填充層均完成加熱、冷卻、淨化的循環步驟,熱量得以回收。


    優點:工藝流程簡單、設備緊湊、運行可靠;淨化效率高,一般均可達98%以上;與RTO相比燃燒溫度低;一次性投資低,運行費用低,其熱回收效率一般均可達85%以上;整個過程無廢水產生,淨化過程不產生NOX等二次汙染;RCO淨化設備可與烘房配套使用,淨化後的氣體可直接回用到烘房利用,達到節能減排的目的;


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


    2.1.3TNV回收式熱力焚燒係統


    回收式熱力焚燒係統(德語Thermische Nachverbrennung簡稱TNV)是利用燃氣或燃油直接燃燒加熱含有機溶劑的廢氣,在高溫作用下,有機溶劑分子被氧化分解為CO2和水,產生的高溫煙氣通過配套的多級換熱裝置加熱生產過程需要的空氣或熱水,充分回收利用氧化分解有機廢氣時產生的熱能,降低整個係統的能耗。因此,TNV係統是生產過程需要大量熱量時,處理含有機溶劑廢氣高效、理想的處理方式,對於新建塗裝生產線,一般采用TNV回收式熱力焚燒係統。


    TNV係統由三大部分組成:廢氣預熱及焚燒係統、循環風供熱係統、新風換熱係統。該係統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、燃燒機及主煙道調節閥等組成。其工作過程為:用一台高壓頭風機將有機廢氣從烘幹室內抽出,經過廢氣焚燒集中供熱裝置的內置換熱器預熱後,到達燃燒室內,然後再通過燃燒機加熱,在高溫下(750℃左右)將有機廢氣進行氧化分解,分解後的有機廢氣變成CO2和水。產生的高溫煙氣通過爐內的換熱器和主煙氣管道排出,排出的煙氣對烘幹室的循環風進行加熱,為烘幹室提供所需的熱量。在係統末端設置新風換熱裝置,將係統餘熱進行最後回收,將烘幹室補充的新風用煙氣加熱後送入烘幹室。另外,在主煙氣管道上還設置有電動調節閥,用於調節裝置出口的煙氣溫度,最終排放的煙氣溫度可以控製在160℃左右。


    廢氣焚燒集中供熱裝置的特點包括:有機廢氣在燃燒室的逗留時間為1~2s;有機廢氣分解率大於99%;熱回收率可達76%;燃燒器輸出的調節比可達26∶1,最高可達40∶1。


    缺點:在處理低濃度有機廢氣時,運行成本較高;管式熱交換器隻是在連續運行時,才有較長的壽命。


    2.2噴漆室、晾幹室有機廢氣的治理方案


    噴漆室、晾幹室排出的氣體為低濃度、大流量常溫廢氣,汙染物的主要組成為芳香烴、醇醚類、酯類有機溶劑。目前,國外較為成熟的方法是:先將有機廢氣濃縮以減少需處理的有機廢氣總量,先采用吸附法(活性碳或沸石作吸附劑)對低濃度常溫噴漆廢氣進行吸附,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行處理。


    2.2.1活性炭吸附--脫附淨化裝置


    采用蜂窩狀活性炭為吸附劑,結合吸附淨化、脫附再生並濃縮VOC和催化燃燒的原理,即將大風量、低濃度的有機廢氣通過蜂窩狀活性炭吸附以達到淨化空氣的目的,當活性炭吸附飽和後再用熱空氣脫附使活性炭得到再生,脫附出濃縮的有機物被送往催化燃燒床進行催化燃燒,有機物被氧化成無害的CO2和H20,燃燒後的熱廢氣通過熱交換器加熱冷空氣,熱交換後降溫的氣體部分排放,部分用於蜂窩狀活性炭的脫附再生,達到廢熱利用和節能的目的。整套裝置由預濾器、吸附床、催化燃燒床、阻燃器、相關的風機、閥門等組成。


    活性炭吸附--脫附淨化裝置根據吸附和催化燃燒兩個基本原理設計,采用雙氣路連續工作,一個催化燃燒室,兩個吸附床交替使用。先將有機廢氣用活性炭吸附,當快達到飽和時停止吸附,然後用熱氣流將有機物從活性炭上脫附下來使活性炭再生;脫附下來的有機物已被濃縮(濃度較原來提高幾十倍)並送往催化燃燒室催化燃燒成二氧化碳及水蒸氣排出。當有機廢氣的濃度達到2000PPm以上時,有機廢氣在催化床可維持自燃,不用外加熱。燃燒後的尾氣一部分排入大氣,大部分被送往吸附床,用於活性炭再生。這樣可滿足燃燒和吸附所需的熱能,達到節能的目的。再生後的可進入下次吸附;在脫附時,淨化操作可用另一個吸附床進行,既適合於連續操作,也適合於間斷操作。


    技術性能及特點:性能穩定,結構簡便,安全可靠,節能省力,無二次汙染。設備占地麵積小,重量輕。極適用於大風量下使用。吸附有機物廢氣的活性炭床,用催化燃燒後的廢氣進行脫附再生,脫附後的氣體再送催化燃燒室進行淨化,不需外部能量,節能效果顯著。缺點是,活性炭使用壽命短,運行成本高。


    2.2.2沸石轉輪吸附--脫附淨化裝置


    沸石的主要成分為:矽、鋁,具有吸附能力,可作為吸附劑使用;沸石轉輪就是利用沸石特定孔徑對於有機汙染物具有吸附、脫附能力的特性,使原本具低濃度、大風量的VOC廢氣,經沸石轉輪濃縮轉換成小風量、高濃度的氣體,可以降低後端終處理設備的運行成本。其裝置特性適合處理大流量、低濃度、含多種有機成分的廢氣。缺點是前期投資高。


    沸石轉輪吸附-淨化裝置是一種可連續進行吸附和脫附操作的氣體淨化裝置。沸石轉輪兩側由特製的密封裝置分成三個區域:吸附區、解吸(再生)區及冷卻區域。該係統的工作過程是:沸石轉輪以較低的速度連續轉動,循環通過吸附區和解吸(再生)區及冷卻區域;低濃度、大風量的廢氣連續不斷地通過轉輪的吸附區時,廢氣中的VOC被轉輪的沸石吸附,被吸附淨化後的氣體直接排放;輪子吸附的有機溶劑隨著轉輪的轉動被送到解吸(再生)區,再用小風量熱風連續地通過解吸區,被吸附到轉輪上的VOC在解吸區受熱脫附實現再生,VOC廢氣隨熱風一起排出;轉輪轉至冷卻區域進行冷卻降溫後可重新進行吸附,隨著轉輪的不斷轉動,吸附、解吸、冷卻循環進行,確保廢氣處理持續穩定的運行。


    沸石轉輪裝置實質上是一個濃縮器,經過轉輪處理後的含有機溶劑的廢氣被分成兩個部分:可以直接排放的潔淨空氣和含高濃度有機溶劑的再生空氣。可以直接排放的潔淨空氣,可以進入噴漆空調通風係統進行循環使用;高濃度的VOC氣體,其濃度大約為進入係統前VOC濃度的10倍左右,濃縮後的氣體再通過TNV回收式熱力焚燒係統(或其他設備)進行高溫焚燒處理,焚燒產生的熱量分別為烘幹室供熱和沸石轉輪脫附供熱,熱量被充分利用,達到節能減排的效果。


    技術性能及特點:結構簡單,維護方便,使用壽命長;高吸、脫附效率,使原本高風量、低濃度的VOCs廢氣,轉換成低風量、高濃度的廢氣,降低後端終處理設備的成本;沸石轉輪吸附VOC所產生的壓降極低,可大大減少電力能耗;整體係統采預組及模塊化設計,具備了最小的空間需求,且提供了持續性及無人化的操控模式;經過轉輪濃縮後的廢氣,可達到國家排放標準;吸附劑使用不可燃性疏水沸石,使用更安全;缺點是一次性投資較高。


    3、結語


    減少塗裝公害既是塗裝技術發展方向,也是塗裝行業的責任。隨著國內對環境質量的要求不斷提高,揮發性有機廢氣的治理工作正逐步開展。對汽車塗裝廢氣,應根據不同特點,分析不同處理方法的處理效果與處理成本,采取切實有效的技術方法處理,滿足排放標準,保護地球環境,創建和諧社會。


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