涂装生产线上的VOCs治理技术解析

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。

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。

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。

废气经过两道过滤(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。

底盘整体喷漆线废气浓缩焚烧系统RTO的核心是氧化室和蓄热室,分别提供氧化反应所需要的反应时间和温度条件,RTO设备主要由上室体、下室体、风阀、加热系统、风机、超温泄放装置等组成。利用陶瓷热交换填料的热特性快速吸收热气(燃烧处理后的净化气)的热量,用于冷气的升温,填料交替性地分别与热气或冷气相互接触,降低燃料的消耗量,节约能源。RTO设备共有3个蓄热室,在下室体通过切换阀的动作,使上室体3个蓄热室轮流处于进气放热、吹扫净化、排气蓄热状态,循环往复,连续工作。

RTO系统包括停机模式、吹扫模式、升温模式、待机模式、废气处理模式5个状态,其模式切换见图1。在由于停机、故障等因素造成停机之后,系统将回到初始位置,再次启动RTO,首先进入吹扫模式,吹扫掉整个系统的可燃气体,吹扫结束后系统自动转换到加热模式,利用新鲜空气燃烧加热到系统运行温度,随后系统进入待机模式,等待进行废气处理,当废气引入信号被激活,同时RTO系统准备完成时,RTO进入废气处理模式,开始处理脱附后的高浓度废气。

废气处理