發(fā)動(dòng)機(jī)涂裝線VOCs廢氣治理技術(shù)方案的策劃與分析

對(duì)增設(shè)沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+蓄熱式焚燒爐和由目前的溶劑型涂料升級(jí)為水性涂料這兩種發(fā)動(dòng)機(jī)涂裝線揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)廢氣治理技術(shù)方案的策劃進(jìn)行了可行性分析和成本對(duì)比。指出了采用水性涂料的優(yōu)勢。
筆者所在公司的發(fā)動(dòng)機(jī)涂裝線廢氣排放目前執(zhí)行GB 16297–1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》。隨著國家對(duì)環(huán)境治理的決心及長三角區(qū)域、長江流域等地區(qū)環(huán)保升級(jí)要求，現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)涂裝線廢氣的排放雖滿足國家標(biāo)準(zhǔn)，但后續(xù)依然存在不能達(dá)標(biāo)排放的高風(fēng)險(xiǎn)。基于風(fēng)險(xiǎn)的考慮，需對(duì)現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)涂裝線VOCs(揮發(fā)性有機(jī)化合物)廢氣環(huán)保治理進(jìn)行升級(jí)改造。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，升級(jí)改造可能從以下2個(gè)方面進(jìn)行：
(1) 末端廢氣采用沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮 + 蓄熱式焚燒爐(RTO)處理。
(2) 從目前的溶劑型涂料向水性涂料升級(jí)。
一、沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+RTO處理
1.1 原理及優(yōu)勢
沸石轉(zhuǎn)輪濃縮吸附裝置是利用“吸附─脫附─濃縮”三項(xiàng)連續(xù)變溫的吸、脫附程序，使低濃度、大風(fēng)量有機(jī)廢氣濃縮為高濃度、小流量的濃縮氣體，特別適合處理大流量、低濃度、含多種有機(jī)成分的廢氣。通過轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)，可在轉(zhuǎn)輪上同時(shí)完成氣體的脫附和轉(zhuǎn)輪的再生過程。進(jìn)入濃縮轉(zhuǎn)輪的有機(jī)廢氣在常溫下被轉(zhuǎn)輪吸附區(qū)吸附凈化后直接排放至大氣，接著因轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)而進(jìn)入脫附區(qū)，吸附了有機(jī)物質(zhì)的轉(zhuǎn)輪在此區(qū)內(nèi)脫附，吸附在轉(zhuǎn)輪上的有機(jī)物被分離、脫附后進(jìn)入RTO系統(tǒng)進(jìn)行焚燒，焚燒產(chǎn)生的熱量供脫附區(qū)使用。如此循環(huán)工作，如圖1所示。其特點(diǎn)與優(yōu)勢如下：
(1) 吸、脫附效率高，使原本高風(fēng)量、低濃度的VOCs廢氣轉(zhuǎn)變成低風(fēng)量、高濃度的廢氣，降低了末端處理設(shè)備的成本。
(2) 沸石轉(zhuǎn)輪吸附VOCs 所產(chǎn)生的壓降極低，可大大減少電力能耗。
(3) 濃縮倍數(shù)達(dá)到5~20 倍，大大縮小了后處理設(shè)備的規(guī)格，令運(yùn)行成本降低。
(4) 整個(gè)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，可提供持續(xù)性及無人化的操控模式。
(5) 經(jīng)過轉(zhuǎn)輪吸附凈化后的廢氣可達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 初步方案策劃
1.2.1 噴漆房相關(guān)參數(shù)
發(fā)動(dòng)機(jī)涂裝線需要處理的廢氣源包括1 個(gè)底漆噴漆房和1個(gè)面漆噴漆房。噴漆房為上送風(fēng)、下抽風(fēng)的結(jié)構(gòu)形式，底部設(shè)有水旋過濾裝置。每個(gè)噴漆房內(nèi)設(shè)置兩段，其中一段為機(jī)器人自動(dòng)噴涂(2個(gè)工位)，另外一段為人工補(bǔ)漆噴涂(1 個(gè)工位)。目前噴漆房的水旋過濾裝置的漆霧凈化效率不高，排風(fēng)量72000m3/h，風(fēng)壓200Pa，廢氣排放口末端仍然有較多的漆霧。
1.2.2 相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)
根據(jù)油漆相關(guān)資料進(jìn)行分析，原漆和稀釋劑的配比為10∶3。而根據(jù)油漆的MSDS(材料安全數(shù)據(jù)表)可知，底漆的原漆中有機(jī)溶劑占比大約18%，其主要組分為二甲苯和正丁醇;面漆原漆中的有機(jī)溶劑占比大約25%，其主要組分為二甲苯和醋酸丁酯。按照噴漆過程中有機(jī)溶劑的揮發(fā)量占總量的75%，噴房的廢氣收集效率為90%，單個(gè)噴房瞬時(shí)2 臺(tái)機(jī)器人和1 個(gè)人工工位同時(shí)作業(yè)的情況進(jìn)行核算，瞬時(shí)VOCs最高產(chǎn)生量大約為200 mg/m3。
處理方案需按照風(fēng)量為144000m3/h，VOCs小于200 mg/m3，廢氣的成分為二甲苯、正丁醇、醋酸丁酯等進(jìn)行設(shè)計(jì)。
1.2.3 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)
按照《上海市汽車制造業(yè)(涂裝)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 31/933–2015)及相關(guān)排氣筒設(shè)計(jì)要求，非甲烷總烴低于30mg/m3，排氣筒設(shè)計(jì)高度20m，相關(guān)要求見表1。

1.2.4 初步設(shè)計(jì)方案
發(fā)動(dòng)機(jī)涂裝線末端廢氣處理項(xiàng)目具有風(fēng)量大、濃度低的特點(diǎn)，同時(shí)含有較多的油漆顆粒物，而各種廢氣處理工藝各有利弊。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際工況及設(shè)備廠家的實(shí)際工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮處理效果、占地面積、投資額、運(yùn)行費(fèi)用、操作維護(hù)等各方面因素，選用如下整體方案：水洗塔 + 三級(jí)干式過濾 + 沸石轉(zhuǎn)輪 + 旋轉(zhuǎn)RTO+風(fēng)機(jī)。方案中，設(shè)備廠家設(shè)計(jì)將2個(gè)噴漆房的廢氣收集到一起進(jìn)行處理，整套系統(tǒng)使用1 個(gè)轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)進(jìn)行濃縮，同時(shí)在各個(gè)噴漆房的排風(fēng)口處設(shè)置風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，便于平衡各個(gè)噴房的風(fēng)量，而末端主風(fēng)機(jī)采用變頻控制，可根據(jù)各個(gè)噴漆房的運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)整。沸石轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)濃縮倍數(shù)為15~20倍，設(shè)計(jì)處理效率大于92%。旋轉(zhuǎn)RTO的設(shè)計(jì)處理風(fēng)量為7500Nm3/h。
1.2.5 預(yù)估成本及年維護(hù)費(fèi)用
預(yù)計(jì)設(shè)備成本大于400萬元，年維護(hù)成本約100萬元。
二、溶劑型涂料向水性涂料升級(jí)
在溶劑型涂料噴涂過程中，過噴漆霧落入水池中會(huì)導(dǎo)致用于吸收過噴漆霧的循環(huán)水渾濁，水質(zhì)發(fā)臭，漆渣沉淀多，常有堵塞設(shè)備的問題，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，需耗費(fèi)大量人力物力來進(jìn)行處理，增加了廢水處理成本，而且水池的清理清潔比較困難。隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，噴漆廢水由于污染值高，有毒，且難以降解，不能直接排放。隨著噴涂技術(shù)的迅速發(fā)展，以及人們對(duì)健康環(huán)保的更高要求，近年來全球興起了水性涂料代替溶劑型涂料的潮流。水性涂料以其幾乎不含有機(jī)溶劑的特性，在幾個(gè)重要指標(biāo)方面相對(duì)于溶劑型涂料具有壓倒性的優(yōu)勢。
(1) 不含有機(jī)溶劑，以水為溶劑，因而不易燃易爆，大大減少了涂裝車間的火災(zāi)隱患。
(2) 大幅度減少了車間內(nèi)的有害氣體，不再危害工人健康。
(3) 幾乎不對(duì)外排放有毒的VOCs，大幅度減輕了空氣污染，并減少(或直接免除)了工廠的廢氣處理投資。
(4) 漆渣無毒害，減輕對(duì)土壤的污染，并降低企業(yè)的固廢處理成本。
2.1 生產(chǎn)線工藝的可行性分析
目前涂裝生產(chǎn)線的工藝流程如圖2所示。

2.1.1 前處理
切換水性涂料后需注意工件表面油脂的清洗，目前生產(chǎn)現(xiàn)場基本能滿足要求，但需注意局部污染。
2.1.2 干燥過程
水性涂料烘烤前，需預(yù)留表干時(shí)間。以目前預(yù)留段鏈速及距離計(jì)算，表干時(shí)間足夠。
2.1.3 輸調(diào)漆系統(tǒng)
輸調(diào)漆系統(tǒng)分為底漆和面漆循環(huán)線，項(xiàng)目設(shè)計(jì)之時(shí)預(yù)留了水性涂料輸調(diào)漆功能，參數(shù)需摸索。
2.1.4 涂裝線配套設(shè)施
在半開放式發(fā)動(dòng)機(jī)涂裝線中，水性涂料對(duì)鍍鋅板等材質(zhì)的腐蝕影響較小。
2.1.5 其他
水性涂料與溶劑型涂料的特性有一定區(qū)別，涂裝工人的噴涂技巧及機(jī)器人的噴涂參數(shù)都需摸索。
2.2 產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)
采用雙組分水性環(huán)氧底漆 +“濕碰濕”+ 水性聚氨酯面漆，按照表2所述性能及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測。

2.3 施工要求
與溶劑型涂料相比，水性涂料的施工窗口窄，對(duì)施工應(yīng)用環(huán)境的溫度、濕度控制要求較高。涂裝環(huán)境溫度(23±2) °C，相對(duì)濕度(55±10)%的標(biāo)準(zhǔn)施工條件對(duì)獲得高品質(zhì)的漆膜外觀，控制流掛等漆膜弊病而言至關(guān)重要。濕膜閃干、預(yù)烘烤及烘烤條件對(duì)漆膜外觀的影響也較大。
2.4 設(shè)備要求
2.4.1 噴漆房
水性涂料的漆霧中含有大量的純水和少量助劑，會(huì)直接腐蝕噴漆室內(nèi)的結(jié)構(gòu)件，因此要求這些結(jié)構(gòu)件為不銹鋼材質(zhì)[2]。
2.4.2 空調(diào)系統(tǒng)
空調(diào)系統(tǒng)需具備制冷和除濕功能。
2.4.3 水性涂料的特殊閃干
油漆噴涂完成后需有10~15min 的閃干時(shí)間，之后再進(jìn)入烘干室。
2.4.4 噴涂機(jī)器人
靜電噴涂對(duì)機(jī)器人要求較高，但本線采用空氣噴槍，對(duì)機(jī)器人無特殊要求。
2.4.5 輸調(diào)漆系統(tǒng)
水性涂料需在5~30°C下儲(chǔ)存，調(diào)漆間需要具備恒溫恒濕的條件，以防止涂料結(jié)冰或過熱，保證涂料的穩(wěn)定性，調(diào)漆罐、管道等應(yīng)使用不銹鋼材質(zhì)。
2.5 小結(jié)
發(fā)動(dòng)機(jī)涂裝線除機(jī)器人、輸調(diào)漆系統(tǒng)需現(xiàn)場摸索施工參數(shù)外，前處理、噴涂、干燥等工藝均適合切換為水性涂料。若人工噴涂，直接采用現(xiàn)有的經(jīng)典配套切換至水性涂料(水性底漆 + 水性面漆)，基本無客觀風(fēng)險(xiǎn)。
三、兩種改造方案的對(duì)比分析
現(xiàn)有生產(chǎn)線溶劑型涂料與水性涂料耗量及綜合成本對(duì)比分析見表3。

總結(jié)：環(huán)保高壓政策之下，生產(chǎn)企業(yè)采用環(huán)保水性涂料進(jìn)行涂裝的話，綜合成本更低，安全管理、生產(chǎn)管理等更省心省力。
四、總結(jié)
隨著環(huán)保管控的持續(xù)收緊，以及企業(yè)對(duì)成本降低的持續(xù)追求，綜合發(fā)動(dòng)機(jī)涂裝車間現(xiàn)有工藝、設(shè)備等情況，VOCs廢氣治理方向可傾向于由溶劑型涂料向水性涂料的升級(jí)方案。該方案可以帶來不少益處。
(1) 社會(huì)效益：采用低VOCs的水性涂料順應(yīng)了中央及地方政府對(duì)大氣污染進(jìn)行管控的環(huán)保法規(guī)，符合國家和地方環(huán)保政策，為地方VOCs治理起到模范帶頭作用，可向市、區(qū)財(cái)政及環(huán)保局申請(qǐng)改造補(bǔ)貼及減稅(如環(huán)保稅)、免稅等政策。
(2) 經(jīng)濟(jì)效益：根據(jù)國家環(huán)保法規(guī)及工廠所在地馬鞍山市地方政府的環(huán)保政策，要達(dá)到VOCs排放的嚴(yán)苛標(biāo)準(zhǔn)必須使用水性涂料涂裝，其綜合成本低于溶劑型涂料，企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益突出。
(3) 品牌效益：“綠色、環(huán)保、安全”貫徹于企業(yè)及產(chǎn)品的所有環(huán)節(jié)，既體現(xiàn)企業(yè)的社會(huì)責(zé)任，又為廣大客戶提供有環(huán)保附加值的產(chǎn)品和服務(wù)，品牌形象進(jìn)一步提升。
在實(shí)施時(shí)僅需重點(diǎn)考慮以下問題：
(1) 現(xiàn)場設(shè)備需符合水性涂料噴涂要求，否則要進(jìn)行改造，且要綜合考慮改造成本。
(2) 水性涂料開發(fā)選型需滿足漆膜的技術(shù)指標(biāo)要求。
(3) 設(shè)備升級(jí)改造的周期及對(duì)生產(chǎn)的影響。
來源：《電鍍與涂飾》