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【江苏博钛环保】客车项目涂装废气处理技术

文章来源:    发布时间:2021-05-17 16:16:07    浏览次数:94次

介绍了客车项目涂装车间各种生产废气的处理方式和技术特点,并总结了技术原理、设备投资和生产运行成本等方面的对比分析结果,提出了选择建议。

0 引言

随着环保法规的日趋严格,人们对于汽车生产过程中的废气处理要求也是越来越严格。对于客车项目而言,涂装车间是产生废气的主要部门,选择合适的处理技术和设备,不仅要满足环境保护的相关法规要求,而且要经济适用,这是项目设计过程中面临的重要课题。

1 生产废气处理方式综述

生产纲领为年产5 000辆以上的客车项目中,涂装车间一般含阴极电泳底漆和中涂、面漆、彩条漆及罩光漆喷涂工艺,涂装工序在喷涂和烘干过程中会产生对环境有害的有机废气,这些有机废气中成分复杂,主要含有二甲苯等芳香烃和其他非甲烷总烃,另外还含有醇、酯类有机物质。

有机废气的处理技术可分为分解技术和吸附技术两大类,其中分解技术主要指燃烧技术、催化氧化技术、生物降解技术以及低温等离子技术等。通常情况下单独使用一种处理方法难以达到净化要求,实际工程中往往采用两种或多种技术组合才能达到较好的处理效果。

2 废气处理技术的分析比较

2.1 喷漆废气处理

喷漆废气通常排风风量大而且其中的有机废气浓度低,一般不易于直接处理,需要先将废气浓缩,然后再进行处理,达标后排放。

目前的废气处理技术中,采用比较多的方式有“活性炭吸附+催化燃烧”和“沸石转轮吸附+RTO”。

2.1.1 活性炭吸附+催化燃烧

活性炭吸附+催化燃烧”处理技术是指前端采用活性炭吸附浓缩,后端采用催化燃烧处理的方法。活性炭吸附浓缩一般采用吸附性能好、气流阻力小的蜂窝结构活性炭作为吸附介质,喷漆室排出的喷漆废气通过活性炭吸附床与活性炭充分接触吸附、净化,然后经小风量热气流进行脱附后,活性炭获得再生,同时生成小风量、高浓度的有机废气。高浓度的有机废气进入后端,通过催化燃烧法进行处理。

催化燃烧法是通过使用催化剂,在一定的温度条件下,通过催化剂的作用将有机成分氧化分解成CO2和H2O,并释放出热量的过程。催化燃烧炉由预热段、加热段和催化床组成,废气进入催化燃烧炉,预热到反应温度,然后通过催化床进行催化分解,最终生成CO2和H2O,催化后的热气体与冷的废气进行换热降温后经过排气筒达标排放。

优点:设备投资较少,以处理10万m3废气计算,设备投资约需200万元。

缺点:活性炭和催化剂使用寿命较短,一般两年即需更换。运行过程中需要风机供电和催化处理部分电加热预热及维持运行,考虑更换材料费用,综合运行成本相对较高,每天约需1 000元(每10万m3废气)。

2.1.2 沸石转轮吸附+RTO

沸石分子筛转轮吸附浓缩+催化燃烧RTO废气处理系统是通过“吸附→脱附→浓缩”的连续变温过程,将低浓度、大风量有机废气转化成高浓度、小流量的浓缩气体,从而便于后续的处理。

沸石分子筛转轮采用沸石作为吸附介质,吸附、脱附效果好,浓缩比大,适合处理成分复杂的有机废气。鉴于沸石成分的稳定性,相对而言优点很突出,比如不易燃烧(活性炭在高温下容易燃烧),消防安全性更好;比如吸附老化进程时间长(活性炭老化失效时间较短,要求更新的频率较高),因此可连续运行的时间较长,且脱附后剩余浓度比较稳定,更利于生产运行和控制。沸石分子筛转轮吸附的结构包括处理区、脱附区和冷却区,工作时,随着吸附转轮的转动,形成一个连续吸附、脱附的循环工作过程。含挥发性有机化合物(VOC)的废气先通过过滤装置,过滤掉废气中漆雾颗粒和水分,送到沸石转轮的处理区被转轮中的吸附剂所吸附,净化后气体从转轮的处理区排出。吸附于沸石转轮中的VOC在脱附区(也是再生区)经小风量热气流进行脱附后,沸石吸附介质获得再生,同时生成小风量、高浓度的有机废气,送到后端RTO 中进行热分解处理。

RTO即蓄热式热氧化器,在燃烧室内将有机废气加热至一定温度(≥760 ℃),使废气中的有机物分解成CO2和H2O,达标高空排放;通过陶瓷蓄热体将有机废气氧化分解产生的高温气体中的能量进行热交换回收,再通过热交换将新鲜的有机废气进行加热分解,实现热量循环利用,这样就可以减少甚至不使用额外的燃气或燃料来为废气分解提供热量,实现能量节约、循环利用的目的。陶瓷蓄热体热回收效率可高达95%以上,在所处理的有机物浓度足够高时,回收氧化产生的气体余热可以维持燃烧室的温度,就可以消耗少量甚至不需消耗额外的燃料,实现环保和节能的双重目标。

优点:沸石介质为无机氧化物,不燃,安全性高;设备运行费用低,效率高、安全性好;过滤材料使用寿命较长,一般可使用10年左右。运行过程中需要风机供电和天然气预热及维持运行,运行费用每天不到100元(每10万m3废气)。

缺点:设备投资较大,以处理10万m3废气计算,设备投资约需600万元。

2.2 烘干废气处理

烘干废气有风量小、有机废气浓度高的特点,一般可以直接处理,选择采用TAR(废气焚烧炉)或RTO即蓄热式热氧化器进行处理。

2.2.1 TAR(废气焚烧炉)

TAR即废气焚烧炉,是将废气的加热与高温氧化分解组合为一体的设备。烘干室有机废气从烘干室排除来后经过热交换进行预热,升温到350 ~ 420 ℃,经过混合通道进入到烘干设备加热单元的燃烧器火焰区,在650 ~ 760 ℃温度的火焰作用下,废气中有机成分分解为CO2和H2O,与燃烧烟气混合,然后通过一系列热交换器进行热交换,对烟气进行降温,同时将热量用来加热烘干设备的热空气;换热后的烟气混合物达标高空排放。

一般情况下,烘干设备设置1台TAR作为加热单元,再设置多台三元体进行换热,给烘干设备供热;另外设置1台新风换热器,为烘干设备进出口端部的风幕提供热量。

2.2.2 RTO(蓄热式热氧化器)

RTO即蓄热式热氧化器,上文已述。

2.2.3 TAR与RTO比较

1)流程

RTO系统是几个烘炉废气集中送至蓄热式RTO焚烧炉焚烧,直接排空,废气排空温度较高。烘干室供热由四元体单独提供。

TAR系统的设计通常是单独供热,每台烘干室单独设置加热单元和换热单元,有机废气通过燃烧器火焰区直接焚烧后产生热量,燃气火焰形成的热量混合后直接通过换热单元给设备提供热量。客车涂装中的烘干室通常采用三元体换热作为换热热备。

2)成本

单台RTO要比TAR设备投资成本高,但RTO运行过程消耗的燃气要比TAR低很多,TAR因为要满足烘干炉加热需要,需要不间断地消耗天然气。

3)适用性

电泳烘干基本可实现连续生产,采用TAR系统,造价低,运行过程中更加节能,适合单个烘干炉使用,可同时实现废气处理与加热功能。

喷漆烘干基本上为间歇式生产

设备分布较为分散,单个烘干炉废气排量较少,采用RTO系统仅用于处理废气,可以几个烘干炉共用1套设备,既可减少设备投资,也可减少运行成本。

3 结语

为满足相关环保排放要求,结合客车生产工艺特点,一般采取如下废气处理措施:

1)底漆采用阴极电泳工艺,车身在水性溶液中通过电流作用完成底漆涂覆工作。电泳槽液中有机溶剂含量很低,但通常会将亲水性的有机溶剂(中、高沸点的酯和醇系溶剂)加入槽液添加剂的配方中,这样在使用过程中可以提高涂料的水溶性并且增加电泳槽液的分散稳定性,含量一般不超过2% ~ 3%。生产过程中随着槽液挥发,会有少量有机废气排出,因含量较低,一般不作特殊处理,通过电泳槽上排气风机、排气筒高出车间屋面排到大气。

2)车身涂装中涂采用水性涂料,水性漆喷漆废气VOC含量较低,采用大风量稀释后通过排气筒高空排放;面漆和清漆采用溶剂型双组分涂料,喷漆废气中VOC含量相对较高,采用“漆雾过滤+除湿+吸附+催化燃烧”方式处理达标后,高空排放。

3)电泳烘干室产生的有机废气采用TAR废气焚

烧炉直接燃烧法进行处理。

4)中涂、面漆、彩条漆及罩光漆喷漆烘干室废气采用RTO进行处理后达标排放。