為了減少VOCs的排放量，汽車企業(yè)在應用噴涂機器人、提高水性漆使用量、采用高固體分溶劑型涂料、回收有機溶劑、處理烘干系統(tǒng)廢氣等方面做了努力，但由于清漆仍無水性涂料、法規(guī)日趨嚴格等因素，部分企業(yè)的VOCs排放仍會超標，因此需要對噴漆室廢氣在排放前進一步處理?！渡綎|省2013—2020年大氣污染防治規(guī)劃》對汽車涂裝廢氣排放提出了要求：“使用溶劑型涂料的表面涂裝工序必須密閉作業(yè)，配備有機廢氣收集系統(tǒng)，安裝高效回收凈化設施，有機廢氣凈化率達到90%以上”。為促使企業(yè)減少VOCs排放，北京、上海等地區(qū)開始對VOCs排放收費，并根據(jù)企業(yè)治理情況，實施差別化的排污收費政策。為此，我公司在商用車行業(yè)內率先引入噴漆室廢氣濃縮焚燒技術，通過沸石轉輪吸附濃縮與熱力焚燒技術對噴漆室的有機廢氣進行凈化處理，實現(xiàn)VOCs凈化率達到92%以上，滿足國家環(huán)保法規(guī)的要求。本文首先介紹我公司涂裝車間VOCs排放現(xiàn)狀，繼而提出噴漆室廢氣處理方案，詳細闡述廢氣濃縮焚燒系統(tǒng)工藝流程，介紹轉輪吸附濃縮及廢氣熱力焚燒原理，最后對廢氣濃縮焚燒系統(tǒng)處理噴漆室廢氣的效果進行監(jiān)測驗證。
1、我公司涂裝車間噴漆室VOCs排放現(xiàn)狀
目前，我公司涂裝車間噴漆線分為駕駛室涂裝線、塑料件涂裝線、總裝車間底盤整體噴漆涂裝線3部分，仍主要采用溶劑型涂料，按照國家法律法規(guī)對環(huán)境保護的要求，需要對這3條涂裝生產線所產生的全部含VOC廢氣進行處理后排放。具體情況如下：
1)、駕駛室涂裝線。駕駛室涂裝線現(xiàn)有2條面漆噴漆線，一條5萬輛面漆噴漆線，一條10萬輛噴漆線，每條噴漆線均采用“濕碰濕”工藝：水性底漆→閃干及強冷→罩光溶劑型面漆，最后進入面漆烘干室進行烘干處理，需對罩光溶劑型漆排風部分進行溶劑回收處理，水性漆排風部分不需處理。
2)、塑料件涂裝線。塑料件涂裝線是一條10萬套塑料件零部件生產線，含底漆噴漆室1臺，色漆噴漆室1臺，罩光漆噴漆室1臺，全部噴涂溶劑型漆，需對3臺噴漆室的排風全部進行廢氣濃縮焚燒處理。
3)、總裝車間底盤整體噴漆涂裝線?？傃b車間設有2條底盤整體噴漆線，產量共計10萬輛，噴漆后進入烘干室進行烘干處理，均采用溶劑型漆，需對2臺噴漆室的排風全部進行廢氣濃縮焚燒處理。
2、噴漆室廢氣處理方案
汽車涂裝產生的有機廢氣特點是廢氣量大，VOCs濃度較低，如果直接采用熱力焚燒氧化處理燃料消耗很大，不環(huán)保經(jīng)濟，目前行業(yè)應用較多的凈化方法是轉輪吸附濃縮及熱力焚燒系統(tǒng)，熱力焚燒一般有2種形式，回收式熱力焚燒系統(tǒng)(TNV)和蓄熱式熱力焚燒系統(tǒng)(RTO)，系統(tǒng)利用“吸附→脫附→濃縮焚化”等3個連續(xù)過程，處理高流量、低污染物濃度及含多種VOCs的廢氣。廢氣處理系統(tǒng)包括空氣預熱干燥段、空氣過濾器、沸石濃縮轉輪(廢氣濃縮比為(10~15)∶1)、加壓風機(變頻)、解附氣體預熱器、廢氣焚燒爐、內部管道系統(tǒng)、支撐鋼構及電控系統(tǒng)等。
針對我公司涂裝車間VOCs排放現(xiàn)狀和廢氣排放量，提出的噴漆室廢氣處理方案為：駕駛室涂裝線、塑料件涂裝線、總裝車間底盤整體噴漆涂裝線分別增加廢氣處理量為370000m3/h、420000m3/h、480000m3/h的轉輪吸附濃縮及熱力焚燒系統(tǒng)系統(tǒng)，以及相應的風機改造、相關排風管道改造、補加電動聯(lián)動風閥、補加相關電控等。
系統(tǒng)的性能參數(shù)要求如表1所列。
3、廢氣濃縮焚燒系統(tǒng)的工藝流程
3.1、廢氣濃縮焚燒系統(tǒng)的組成和工作原理
廢氣濃縮焚燒系統(tǒng)主要由吸附濃縮轉輪和熱力焚燒系統(tǒng)組成。轉輪由若干單元拼接而成，每個單元由沸石吸附介質和卷制燒結而成的陶瓷基體組成，沸石吸附介質即疏水性沸石分子篩膜是吸附VOCs的關鍵。轉輪上有耐高溫柔軟材料制成的密封墊，用于分開處理廢氣及處理后釋出干凈氣體。密封墊將蜂巢狀沸石轉輪隔離產生吸附區(qū)與脫附區(qū)，為提升轉輪的吸附處理能力，在兩區(qū)之間加一冷卻區(qū)，吸附區(qū)面積較大，脫附區(qū)與冷卻區(qū)面積較小，有時為特殊需求也可分為更多的串聯(lián)區(qū)。吸附轉輪由一組電動驅動，轉輪轉動可變頻控制，控制為2~6r/h。值得注意的是，轉輪廠家通常需要根據(jù)廢氣中的污染物成分來配制轉輪，并通過輸入濃縮比、轉輪轉速等運行參數(shù)以及進氣濕度、進氣濃度、進氣流速等參數(shù)計算得出轉輪最佳運行條件。
熱力焚燒一般有2種形式，回收式熱力焚燒系統(tǒng)(TNV)和蓄熱式熱力焚燒系統(tǒng)(RTO)。我公司駕駛室涂裝線、塑料件涂裝線廢氣濃縮焚燒系統(tǒng)采用TNV形式，總裝車間底盤整體噴漆涂裝線采用RTO形式。
這里以底盤整體噴漆線轉輪吸附濃縮及蓄熱式熱力焚燒系統(tǒng)(RTO)為例介紹其工作原理和工藝流程。噴漆室溫度為20~35℃，噴漆室排放的有機廢氣經(jīng)過水旋結構處理后，排放出的廢氣相對濕度能達到100%，而沸石轉輪的最佳吸附條件為溫度40℃、相對濕度75%，需要通過干燥風機向混風箱內引入冷卻風(溫度110~140℃)，調節(jié)引入風量的大小，實現(xiàn)對廢氣溫度、濕度的調節(jié)，達到沸石轉輪工作的最佳條件。廢氣經(jīng)過混風箱調節(jié)后，由于噴漆室廢氣中存在會導致沸石轉輪阻塞和失效的雜質、顆粒物等，為保證轉輪吸附效率和使用壽命，對噴漆室廢氣進行過濾處理后才能進入系統(tǒng)。
廢氣經(jīng)過2道過濾(T4、F9過濾器)后進入疏水性沸石所組成的轉輪，VOC被吸附在轉輪的吸附區(qū)上，經(jīng)過處理后的潔凈氣體在潔凈風機的作用下排入煙筒，最終進入大氣。脫附區(qū)的氣體來源于室外新風，新風經(jīng)板式換熱器和混風器2次加熱，在混風器內引入RTO上室體的氣流，調節(jié)脫附氣體溫度，達到脫附要求的180~220℃，板式換熱器的作用是充分利用RTO系統(tǒng)產生的余熱，實現(xiàn)對能源利用的最大化。在高溫作用下，有機分子氣體與沸石分子間的范德華力和靜電吸引力被破壞，VOC脫附，脫附后的廢氣污染物濃為初始濃度的5~20倍，在廢氣風機的作用下，進入RTO系統(tǒng)進一步焚燒處理，焚燒溫度在760℃以上，使廢氣中的VOC徹底分解為水和二氧化碳，焚燒處理后的潔凈氣體高空排放。