VOCs處理設(shè)備在摩托車涂裝線的應(yīng)用

隨著國家對環(huán)保越來越重視，國家及地方法規(guī)均對涂裝廢氣的各項(xiàng)排放指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格控制，對VOCs排放濃度及速率進(jìn)行嚴(yán)格限制，加上涂裝廢氣末端治理技術(shù)日漸成熟，全國各地相繼進(jìn)行涂裝廢氣末端治理設(shè)備的投入以滿足最新環(huán)保法規(guī)新標(biāo)準(zhǔn)要求。重慶建設(shè)•雅馬哈有限公司綜合考慮涂裝生產(chǎn)線現(xiàn)狀、設(shè)備投資、運(yùn)行成本和處理效率等因素，選擇“分子篩吸附轉(zhuǎn)輪+蓄熱氧化燃燒”方式對涂裝車間的廢氣進(jìn)行處理，有效降低了VOCs排放，并對該套系統(tǒng)改造和運(yùn)行中存在的問題給出對策方向。
一、廢氣處理政策
1.1政策背景
2016年1月22 日，重慶市環(huán)境保護(hù)局聯(lián)合重慶市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局聯(lián)合發(fā)布了重慶市地方標(biāo)準(zhǔn)DB50/660-2016《摩托車及汽車配件制造表面涂裝大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，并于2016年2月1日實(shí)施。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了摩托車整車指導(dǎo)及汽車、摩托車零部件制造過程中表面涂裝過程大氣污染物排放控制要求、污染物監(jiān)測要求，實(shí)施與監(jiān)督管理要求。
1.2政策法規(guī)
摩托車整車制造及汽車、摩托車配件制造企業(yè)應(yīng)通過在涂裝生產(chǎn)過程中降低VOCs原料使用、工藝更新和控制、過程管控、安裝VOCs 污染治理設(shè)備等方式滿足達(dá)標(biāo)排放。新建企業(yè)自標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施之日起執(zhí)行表1、2規(guī)定的大氣污染物排放限值；現(xiàn)有企業(yè)中，主城區(qū)企業(yè)自2017年1月1 日起執(zhí)行表1、2 規(guī)定的大氣污染物排放限值；其它區(qū)域企業(yè)自2018年1月1日起執(zhí)行表1、2 規(guī)定的大氣污染物排放限值。

二、現(xiàn)狀
2.1涂裝工藝流程
VOCs治理的兩條涂裝線中，F(xiàn)e\Al線主要涂裝油箱基本色和發(fā)動機(jī)鋁合金外觀部品，涂裝方式為靜電旋碟（DISK）往復(fù)機(jī)噴涂加手工補(bǔ)正，ABS線主要噴涂ABS覆蓋件和油箱罩光，涂裝方式為全手工。涂裝室為側(cè)吸式水簾型（見圖1），采用傳統(tǒng)的2C1B 工藝，具體工藝流程為：上掛→前處理→水汽烘干→靜電除塵→下涂→流平→上涂→流平→固化烘干→下掛。工藝流程中從噴涂區(qū)到烘烤區(qū)有VOCs排放（見圖2），有以下三種形式：
（1）下涂室、上涂室VOCs通過水簾吸收后排放；
（2）下涂流平室、上涂流平室VOCs直排；
（3）脫臭爐VOCs催化燃燒（以下簡稱“RCO”）后排放。
兩條涂裝線中含有有機(jī)氣體的排風(fēng)口各10個，其中下涂室、上涂室各3個排風(fēng)口，上涂流平室、下涂流平室、固化烘干爐、脫臭爐各1個排風(fēng)口，排風(fēng)管道高度均為15m。

2.2涂裝廢氣特點(diǎn)
Fe\Al線和ABS線VOCs來源于涂料和稀釋劑，VOCs物質(zhì)構(gòu)成如表3 所示，從表中可以看出，VOCs主要為甲苯、二甲苯、醇、酯、非甲烷總烴，此外還含有少量高沸點(diǎn)物質(zhì)。
兩條線噴涂室和流平室廢氣為大風(fēng)量低濃度廢氣，風(fēng)量范圍為12-17 萬m3/h，濃度范圍約為40-300mg/m3，為典型的大風(fēng)量低濃度有機(jī)廢氣；兩條線烘干爐、脫臭爐廢氣為小風(fēng)量高濃度廢氣，風(fēng)量范圍為2500-3500m3/h，濃度>1000mg/m3。

三、廢氣處理工藝
3.1廢氣處理工藝
廢氣處理工藝主要包括“直接末端治理”和“自動化噴涂+循環(huán)風(fēng)改造+末端治理”兩種方式。“直接末端治理”的缺點(diǎn)是風(fēng)量大，設(shè)備的投入費(fèi)、使用費(fèi)等也較高；而“自動化噴涂+循環(huán)風(fēng)改造+末端治理”是在技術(shù)升級的同時實(shí)現(xiàn)了無人化噴涂，因此可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)風(fēng)改造，能大程度的減少處理風(fēng)量，使得末端處理設(shè)備的投入費(fèi)和使用費(fèi)降低。
摩托車的涂裝部品種類多，且部品形狀復(fù)雜，多為混線生產(chǎn)，全部部品均實(shí)現(xiàn)自動化噴涂困難。而現(xiàn)有兩條涂裝線以人工噴涂為主，而循環(huán)風(fēng)只能應(yīng)用于自動噴涂設(shè)備，想進(jìn)行循環(huán)風(fēng)改造以降低廢氣處理量的方案無法實(shí)現(xiàn)；即使針對自動噴涂區(qū)改造，也牽涉到自動噴涂段和人工噴涂區(qū)的風(fēng)道隔斷，若收集人工噴涂區(qū)的排放廢氣送至循環(huán)空調(diào)中進(jìn)行過濾、除濕，再送到自動噴涂區(qū)二次利用，會涉及到土建和空調(diào)的改造，改造周期長，且無足夠的空調(diào)安裝位置和車間電容量，故無法實(shí)施“自動化噴涂+循環(huán)風(fēng)改造+末端治理”方式。
3.2末端治理廢氣處理工藝對比及選擇
VOCs廢氣末端治理工藝較多，主要包括燃燒技術(shù)、冷凝技術(shù)、吸收技術(shù)、生物處理技術(shù)、光催化氧化技術(shù)、低溫等離子技術(shù)[1]等，但往往一種技術(shù)已經(jīng)很難滿足實(shí)際需求。目前應(yīng)用較廣泛的有UV 氧化技術(shù)、直接燃燒、濃縮+燃燒等。
目前常見的三種濃縮和三種燃燒方式如表4、表5所示：分子篩吸附轉(zhuǎn)輪相比于傳統(tǒng)的蜂窩活性炭和纖維活性炭吸附轉(zhuǎn)輪，具有吸附效率高、安全性好、使用壽命長、運(yùn)行穩(wěn)定、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)；蓄熱氧化燃燒相比于直接氧化燃燒和催化氧化燃燒而言，在換熱效率、氧化能耗上均有明顯優(yōu)勢。近幾年，分子篩吸附轉(zhuǎn)輪+蓄熱氧化燃燒形式應(yīng)用到VOCs廢氣治理技術(shù)較為成熟，全國各地均有實(shí)績可以借鑒，汽車涂裝線已廣泛應(yīng)用。
考慮到摩托車制造業(yè)產(chǎn)生的VOCs氣體濃度低（普遍小于1000mg/m3），且要滿足地方標(biāo)準(zhǔn)的高處理效率（≥90%以上），綜合投入成本、使用年限、占地面積、維護(hù)便捷性等，最終選取“直接末端治理”中的“分子篩吸附轉(zhuǎn)輪+蓄熱氧化燃燒”形式。

3.3分子篩吸附轉(zhuǎn)輪+蓄熱氧化燃燒
3.3.1工藝原理
噴涂室和流平室的大風(fēng)量VOCs廢氣經(jīng)過多級過濾后通過分子篩吸附轉(zhuǎn)輪的吸附區(qū)，廢氣中的有機(jī)物被吸附在轉(zhuǎn)輪上，廢氣得到凈化處理并達(dá)標(biāo)排放。分子篩吸附轉(zhuǎn)輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)，濃縮的有機(jī)物質(zhì)在脫附區(qū)進(jìn)行脫附。脫附后的高濃度有機(jī)廢氣，通過蓄熱式氧化爐進(jìn)行燃燒，轉(zhuǎn)化成CO2和H2O排入大氣中。通過兩種處理技術(shù)的結(jié)合，共同實(shí)現(xiàn)了對大風(fēng)量低濃度VOCs廢氣的處理。
3.3.2廢氣處理方案
一方面，涂裝線噴漆室和流平室產(chǎn)生的大風(fēng)量低濃度的VOCs廢氣經(jīng)過收集，通過前端的前處理系統(tǒng)，去除大風(fēng)量廢氣中的漆渣和高沸點(diǎn)VOCs后，再經(jīng)過分子篩吸附轉(zhuǎn)輪吸收大風(fēng)量廢氣中的VOCs，VOCs被吸附在轉(zhuǎn)輪中，凈化后的大風(fēng)量氣體通過煙囪向外排放；另一方面，干燥爐產(chǎn)生的小風(fēng)量高濃度VOCs廢氣和經(jīng)分子篩脫轉(zhuǎn)輪附后的VOCs廢氣先經(jīng)過蓄熱燃燒裝置的蓄熱陶瓷加熱后，再進(jìn)入蓄熱氧化燃燒爐凈化處理，凈化處理后的高溫氣體的一部分再循環(huán)利用于分子篩轉(zhuǎn)輪的脫附，其余排放至大氣中，詳見圖3。

四、改造難點(diǎn)及應(yīng)用中的問題
4.1風(fēng)管施工困難
涂裝室排氣風(fēng)管由直接高空排放改為收集后集中排放，風(fēng)管改制難度大。經(jīng)過計(jì)算車間房梁承重?zé)o法滿足主風(fēng)管吊重，只能從地面做支撐。在施工過程中主風(fēng)管與現(xiàn)有設(shè)備干涉（見圖4）。廠房內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主風(fēng)管頂部距離房梁很近，截面積大（2.5米×2米），施工難度特別大（見圖5）。在保證對現(xiàn)有設(shè)備影響最小的前提下，主風(fēng)管支撐位置經(jīng)過數(shù)次論證和修訂，最終滿足了主風(fēng)管支撐定位要求。

4.2風(fēng)平衡調(diào)整困難
涂裝室風(fēng)平衡直接關(guān)系到涂裝品質(zhì)、環(huán)境安全、消防安全、職業(yè)衛(wèi)生安全，是涂裝車間正常運(yùn)轉(zhuǎn)的必要依據(jù)。VOCs廢氣處理系統(tǒng)重新對原有排氣風(fēng)管進(jìn)行了改建，將分散排放改為集中收集處理排放，破壞了原有風(fēng)管結(jié)構(gòu)和風(fēng)量平衡，需建立新的風(fēng)平衡。在試生產(chǎn)初期，涂裝室風(fēng)量不平衡，漆霧抽不走，導(dǎo)致噴漆室作業(yè)環(huán)境惡劣、品質(zhì)差而影響生產(chǎn)。
針對風(fēng)量不平衡問題，對策方向主要如下：
1）保證送風(fēng)風(fēng)速（送風(fēng)量）一定的情況下，排氣風(fēng)閥全部打開逐一調(diào)整，遇到有竄室的情況下調(diào)整該處排氣風(fēng)閥的高度（調(diào)整完畢后需固定位置）；
2）風(fēng)管改建時，風(fēng)管的設(shè)計(jì)需嚴(yán)格按照流體力學(xué)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)（遠(yuǎn)端變徑），充分考慮管道大小，減少轉(zhuǎn)彎次數(shù)、彎管處設(shè)定導(dǎo)風(fēng)片以減少風(fēng)阻（圖6）；
3）風(fēng)管末端的引風(fēng)機(jī)須留有足夠大的富余量，一般不低于20%，保證其克服抽風(fēng)過程中的阻力；
4）從油漆烘干爐→流平室→涂裝室反向調(diào)整整體送排風(fēng)平衡，最終流平室相對于環(huán)境和油漆烘干爐入口保證微正壓，涂裝室相對與流平室微負(fù)壓。
通過上述四個步驟的綜合改善和調(diào)試，串風(fēng)、抽風(fēng)不良等風(fēng)平衡問題得到對策，恢復(fù)正常生產(chǎn)。

4.3運(yùn)行成本高
VOCs系統(tǒng)的運(yùn)行成本主要包括前處理系統(tǒng)所用過濾袋的耗材費(fèi)和處理費(fèi)以及燃燒爐所用的天然氣費(fèi)和整個系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)等運(yùn)行的電費(fèi)。VOCs 系統(tǒng)運(yùn)行以來，按16H/日稼動時間，6天/周工作日計(jì)算，前處理耗材更換頻次為G4玻纖板框3~4次/月，F(xiàn)7玻纖濾袋1 次/月，活性碳顆粒1次/年，F(xiàn)9玻纖濾袋1次/3月，僅前處理耗材運(yùn)行費(fèi)用就達(dá)25萬，加上天然氣和電費(fèi)，每年VOCs運(yùn)行成本約150萬。且前處理耗材屬于危費(fèi)，需要委托專門處理公司進(jìn)行回收（3000元/噸）。為降低能耗采取的措施如下：
1）排氣風(fēng)機(jī)葉輪、排氣風(fēng)管定期除漆、提高涂裝室水簾渦卷板除漆頻度，減少漆渣進(jìn)入前處理系統(tǒng)造成濾網(wǎng)壓差增大；
2）玻纖式樣優(yōu)化、增加袋數(shù)、延長更換周期；
3）縮短VOCs系統(tǒng)在FE\AL線和ABS線之間切換的時間，減少空運(yùn)轉(zhuǎn)能源費(fèi)用；
4）減少RTO 冷爐啟動的次數(shù)，節(jié)約天然氣能耗。
五、結(jié)語
重慶建設(shè)雅馬哈涂裝VOCs系統(tǒng)于2018年3月通過了重慶市環(huán)保局的最終驗(yàn)收，成為重慶市首批通過DB50 新地標(biāo)環(huán)保驗(yàn)收的摩托車企業(yè)，承擔(dān)了行業(yè)標(biāo)桿企業(yè)應(yīng)有的行業(yè)責(zé)任和社會責(zé)任。目前，VOCs處理設(shè)備實(shí)際生產(chǎn)中會出現(xiàn)很多問題，對應(yīng)這樣的新設(shè)備，只有邊對策邊學(xué)習(xí)，逐步積累經(jīng)。同時，在保證法律法規(guī)的前提下，如何進(jìn)一步降低設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)，還需整個行業(yè)繼續(xù)努力。隨著國家環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，廢氣處理系統(tǒng)的應(yīng)用已逐漸廣泛，由于廢氣處理技術(shù)選擇性多，如何實(shí)現(xiàn)有效投入、連續(xù)運(yùn)行和達(dá)標(biāo)排放是摩托車制造業(yè)的關(guān)注焦點(diǎn)。相信隨著環(huán)保法規(guī)的持續(xù)規(guī)范化和國家環(huán)保力度的加強(qiáng)，會有更多環(huán)保企業(yè)致力于對VOCs系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，同時也會有更多包括摩托車企業(yè)在內(nèi)的企業(yè)進(jìn)行VOCs處理，到時候城市空氣質(zhì)量會越來越好。
來源：汽車實(shí)用技術(shù)