客車涂裝車間廢氣處理的整體解決方案

張聰炳，徐春江，周良國(guó)

（江西博能上饒客車有限公司，江西上饒 334000）

客車涂裝車間廢氣處理的整體解決方案

張聰炳，徐春江，周良國(guó)

（江西博能上饒客車有限公司，江西上饒 334000）

介紹客車涂裝車間廢氣的主要發(fā)生源和目前常用的處理方法，針對(duì)客車涂裝車間廢氣的特點(diǎn)，結(jié)合成本分析，對(duì)比纖維炭、蜂窩炭、沸石轉(zhuǎn)輪吸附法加燃燒法的組合方案的成本和工藝特點(diǎn)，總結(jié)出經(jīng)濟(jì)、可行、有前瞻性的廢氣處理方案。

客車涂裝車間；廢氣處理；吸附法；燃燒法

隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境污染問題越來越重視，國(guó)家和各地的環(huán)保政策也趨于從嚴(yán)的趨勢(shì)。目前，北京、天津、上海等一線城市都陸續(xù)出臺(tái)了大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)，大體上把工業(yè)廢氣排放的苯、甲苯、二甲苯、非甲烷總烴等污染物指標(biāo)都有了明確的要求[1-5]。其中一線城市對(duì)苯的最高允許排放濃度為1 mg/m3（國(guó)標(biāo)無要求）,甲苯、二甲苯限值在10～30 mg/m3（國(guó)標(biāo)限值為40～70 mg/m3）以下,非甲烷總烴限值在50～70 mg/m3（國(guó)標(biāo)限值為120 mg/m3）以下,都高于國(guó)標(biāo)要求。

做好涂裝車間的廢氣處理是客車企業(yè)的必須工程。由于涂裝車間的設(shè)備安裝后具有難以返工的特點(diǎn)，因此要求在工廠設(shè)計(jì)時(shí)要充分調(diào)研。以目前實(shí)際的排放情況，本文方案能滿足國(guó)家的環(huán)保政策，是一個(gè)有前瞻性、經(jīng)濟(jì)性的工藝方案。

1 客車涂裝車間廢氣處理方法介紹

目前國(guó)內(nèi)針對(duì)揮發(fā)性有機(jī)廢氣的主流治理方法有吸附法、吸收法、燃燒法、冷凝法、生物法等，而客車涂裝車間的廢氣主要成分是涂料所含的有機(jī)溶劑和涂膜在烘干時(shí)的分解物，統(tǒng)稱為揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC），VOC的成分和排出量隨所使用的涂料品種、使用量、使用條件等的變化而有差異。涂裝車間廢氣主要發(fā)生源是噴漆室、烘干室和晾干室的排氣[6-7]。

1）噴漆室的排氣。一般是排風(fēng)量大，VOC濃度極低，其體積分?jǐn)?shù)在0.001%～0.002%的范圍內(nèi)，約500 ul/L；另外還含有過噴漆產(chǎn)生的漆霧。

2）烘干室的排氣。它含有濕涂膜帶來的有機(jī)溶劑、烘干過程產(chǎn)生的涂膜分解物及反應(yīng)生成物和燃料燃燒廢氣。

3）晾干室的排氣。它是濕涂膜在烘干或強(qiáng)制干燥前流平過程中揮發(fā)出來的有機(jī)溶劑蒸汽，幾乎不含漆霧。

針對(duì)客車涂裝車間的有機(jī)廢氣的特點(diǎn)，通常采用的方法有以下3種[8-10]，無論哪種方法，從經(jīng)濟(jì)性的角度考慮，核心都是最大限度地降低室體風(fēng)量。

1.1 纖維活性炭吸附濃縮+蓄熱催化燃燒法

該方法的原理是：含有機(jī)物的廢氣經(jīng)風(fēng)機(jī)的作用，經(jīng)過濾后到活性炭纖維吸附層，有機(jī)物質(zhì)被活性炭纖維特有的作用力截留在其內(nèi)部，潔凈氣體排出；經(jīng)過一段時(shí)間后，活性炭接近飽和狀態(tài)時(shí)，停止吸附，此時(shí)有機(jī)物已被濃縮在活性炭纖維內(nèi)；冷空氣通過外部加熱或燃燒室熱能蓄能利用加熱到100℃左右（廢氣的沸點(diǎn)）進(jìn)行脫附，高濃度的有機(jī)廢氣從活性炭纖維內(nèi)解析出來進(jìn)入到催化凈化裝置內(nèi)；催化凈化裝置內(nèi)設(shè)加熱室，啟動(dòng)加熱裝置，在350℃左右催化分解成CO2和H2O，同時(shí)釋放出能量。利用釋放出的能量再進(jìn)入吸附床脫附時(shí)，此時(shí)加熱裝置完全停止工作，有機(jī)廢氣在催化燃燒室內(nèi)維持自燃，吸附劑再生，循環(huán)進(jìn)行，直至有機(jī)物完全從活性炭纖維內(nèi)部解析至催化室分解。

1.2 蜂窩活性炭吸附濃縮+蓄熱催化燃燒法

該方法的基本原理同上，只是吸附介質(zhì)由纖維炭改為蜂窩炭,同屬于活性炭吸附法。

以上兩種活性炭處理方法的特點(diǎn)：具有大的比表面積；具有良好的選擇性吸附作用；吸附容量大；具有良好的的機(jī)械強(qiáng)度和均勻的尺寸；有足夠的熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性；有良好的再生性能；活性炭+催化燃燒法處理廢氣效果可到90%以上。

1.3 轉(zhuǎn)輪濃縮+催化燃燒+熱能利用法

該方法的原理如下：

1）啟動(dòng)階段。催化燃燒（RCO）風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，RCO新風(fēng)閥開啟，關(guān)閉所有吹掃置換閥門，依次打開煙氣進(jìn)氣閥門和排放閥門，啟動(dòng)燃燒器自動(dòng)點(diǎn)火，將3個(gè)蓄熱室（循環(huán)使用，保障廢氣連續(xù)燃燒）分別逐個(gè)加熱到運(yùn)行狀態(tài)，一般需要2.5～3 h。

2）預(yù)處理階段。廢氣經(jīng)管路輸送先進(jìn)入汽水分離器去除廢氣中的水霧，然后進(jìn)入混合過濾器濾除去廢氣中的顆粒物，同時(shí)與RCO排放廢氣混合，降低廢氣的相對(duì)濕度，以滿足進(jìn)入沸石轉(zhuǎn)輪的濕度及潔凈度要求。

3）處理階段。經(jīng)過預(yù)處理的廢氣由管道進(jìn)入沸石轉(zhuǎn)輪濃縮器，尾氣中的有機(jī)物被沸石轉(zhuǎn)輪所吸附，同時(shí)脫附風(fēng)機(jī)、加熱器開始工作，利用高溫空氣反向?qū)⑥D(zhuǎn)輪吸附的有機(jī)物吹脫出來，隨著轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，濃縮尾氣連續(xù)穩(wěn)定進(jìn)入蓄熱催化氧化室體中。濃縮尾氣經(jīng)阻火器后進(jìn)入氣體分布室，經(jīng)平均分配后進(jìn)入蓄熱室預(yù)熱到350℃左右，預(yù)熱后的廢氣進(jìn)入催化層氧化分解，在助燃燃料的作用下，廢氣中所含有機(jī)物充分氧化分解，使氧化溫度維持在400℃左右，產(chǎn)生的煙氣大部分進(jìn)入蓄熱室放熱，少部分通過煙氣預(yù)熱調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量，通過轉(zhuǎn)輪加熱器加熱轉(zhuǎn)輪冷卻氣至脫附溫度（140℃）。

該方法中的設(shè)備昂貴是其推向市場(chǎng)的最大障礙，雖然其處理效率可到95%以上，但一般處理90%已能滿足當(dāng)前的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)?？蛙嚨拈g斷生產(chǎn)也不適合轉(zhuǎn)輪這種耗能較高的處理方案，但在連續(xù)生產(chǎn)的情況下，中涂機(jī)器人所在工序因其噴漆的單一性和連續(xù)性，在提高廢氣濃度前提下可合理采用。

2 客車涂裝車間廢氣處理的整體解決方案

2.1 客車涂裝車間基本情況介紹

客車廢氣排放的特點(diǎn)是大風(fēng)量、低濃度，且客車生產(chǎn)節(jié)拍不是連續(xù)的，具有間斷性，因此它的廢氣處理不能照搬乘用車的模式，否則能耗與投資都是巨大的。

客車廢氣處理的整體思路是，最大限度地減低風(fēng)量并根據(jù)工藝和工位布置特點(diǎn)，采用分類或合并同類項(xiàng)區(qū)別處理。目前我司新建2萬輛項(xiàng)目的有中涂、面漆、清漆、彩條、配套件等大小不一噴漆室15個(gè)，中涂、面漆、清漆、彩條、配套件、電泳等烘干室15個(gè)，這些噴漆室烘干室從經(jīng)濟(jì)性角度考慮一定要區(qū)別對(duì)待，否則將造成不必要的投資浪費(fèi)。

2.2 廢氣處理方法對(duì)比

為了能分辨本文第1部分3種方法的成本費(fèi)用，為后續(xù)方案的選擇確立依據(jù)，以15萬m3/h風(fēng)量的噴漆室廢氣來進(jìn)行比價(jià)，見表1。

表1 總成本比較 萬元

結(jié)合比價(jià)，3種處理方法有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1）纖維活性炭和蜂窩炭的總成本大致相同。因?yàn)榉涓C炭的吸附比率大，裝載量較小，成本較低，性能成熟等特點(diǎn)，建議使用蜂窩炭進(jìn)行處理。

2）轉(zhuǎn)輪總成本是活性炭的2～3倍以上。投資和運(yùn)行成本相對(duì)活性炭都高，但分子篩沸石則具有適應(yīng)性強(qiáng)、低損耗以及再生容易等優(yōu)點(diǎn)。其在乘用車領(lǐng)域用得較多。

2.3 廢氣處理整體解決方案

據(jù)以上特點(diǎn)，針對(duì)客車涂裝車間廢氣，以風(fēng)量的大小、濃度的高低進(jìn)行分類處理；對(duì)風(fēng)量減少這個(gè)核心問題進(jìn)行技術(shù)性的探討。整體解決方案用以下5點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)：

1）晾干室與烘干室的氣量小，濃度高，可直接送入RCO中，與噴漆室濃縮后的廢氣一起燃燒，生成CO2和H2O排出。

2）噴漆室分類處理。噴漆室根據(jù)氣量和濃度來看，大致可分為3類：一類是機(jī)器人（中涂、面漆、清漆）噴漆室，特點(diǎn)是節(jié)奏緊湊，自動(dòng)化程度高；二類是彩條和人工噴漆室（中涂、面漆、清漆）,特點(diǎn)是噴漆總量相對(duì)較少；三類是13.7 m大噴漆室，此類風(fēng)量大，自動(dòng)化程度低。

3）循環(huán)風(fēng)減低風(fēng)量。根據(jù)機(jī)器人噴漆室的節(jié)拍規(guī)律性和自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)，使機(jī)器人噴漆室的風(fēng)自循環(huán)，自循環(huán)百分比大約在80%～90%，具體的百分比根據(jù)油漆VOC含量的爆炸下限確定。達(dá)到一定濃度可直接接入RCO燃燒。

4）活性炭動(dòng)態(tài)吸附，靜態(tài)脫附。彩條和人工噴漆室的特點(diǎn)可用活性炭動(dòng)態(tài)吸附，達(dá)到飽和后進(jìn)行切換，最終在不生產(chǎn)的情況下集中脫附送入RCO燃燒，節(jié)省能耗。

5）分段送排風(fēng)減低風(fēng)量。對(duì)于14.7 m的噴漆室可采用此方法。將客車噴漆室的送排風(fēng)區(qū)域分成4個(gè)分段，有規(guī)律的控制送排風(fēng)區(qū)域進(jìn)行噴漆作業(yè)，如每次4個(gè)區(qū)域，每次運(yùn)行一個(gè)區(qū)域，風(fēng)量就能減少3/4；考慮到漆霧的互串，可同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)區(qū)域的送風(fēng)，工件盡量放置在中間區(qū)域，廢氣接入活性炭罐+RCO處理。

通過以上處理方案，相對(duì)于項(xiàng)目起始可研階段的廢氣處理方案，每個(gè)噴漆室上轉(zhuǎn)輪需要15套轉(zhuǎn)輪濃縮（15個(gè)噴漆室），再加蓄熱催化燃燒室體。初步估計(jì)我們的投資可直接從9 000萬元（批量采購(gòu)600萬元一套）下降到1 800萬元左右，下降幅度高達(dá)80%，通過合并蓄熱催化燃燒室體可節(jié)省更多的投資成本和后期運(yùn)行成本（一個(gè)轉(zhuǎn)輪處理15萬m3/h風(fēng)量的廢氣一年的運(yùn)行費(fèi)用在54.6萬元）。

3 結(jié)論

噴涂是客車的高裝飾性的必然要求，廢氣處理達(dá)標(biāo)是基本入門條件[11]。結(jié)合實(shí)際成本對(duì)比及分析，對(duì)廢氣處理總體方案有以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1）采用機(jī)器人噴漆室廢氣自循環(huán)的模式，可節(jié)省廢氣處理設(shè)備的投入，單項(xiàng)可節(jié)省80%～90%的資金投入。

2）采用分段送排風(fēng)的模式的噴漆室，廢氣處理可至少節(jié)省50%（分4段，每次2段送風(fēng)，保證工件的噴漆質(zhì)量）。

3）整體估計(jì)節(jié)省投資80%和后期大量的運(yùn)行成本。初步估計(jì)我們的投資可直接從9 000萬（批量采購(gòu)600萬一套）下降到1 800萬左右，下降幅度高達(dá)80%，通過合并蓄熱催化室體可節(jié)省更多的投資成本和后期運(yùn)行成本（一個(gè)轉(zhuǎn)輪處理15萬m3/h風(fēng)量的廢氣一年的運(yùn)行費(fèi)用在54.6萬元）。

4）客車涂裝車間廢氣處理總體方案為：機(jī)器人噴漆室采用自循環(huán)+蓄熱催化室體；人工噴漆室和彩條噴漆室采用活性炭吸附+蓄熱催化室體（動(dòng)態(tài)吸附，靜態(tài)脫附）；12 m和13.7 m車型噴漆室采用分段送排風(fēng)+活性炭吸附+蓄熱催化室體的形式。

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Whole Solving Scheme of Waste Gas Treatment in Coach Coating Workshops

ZhangCongbing,Xu Chunjiang,Zhou Liangguo
（Jiangxi B-energyShangraoBus Co.,Ltd,Shangrao334000,China）

The authors introduce the major generation source ofwaste gas in coach coatingworkshop and the present common treatment methods.According to the characteristics of coach coating workshops,they combine with cost analysis,compare the cost and technical characteristics of the combination scheme with carbon fiber,honeycomb carbon,zeolite wheel adsorption method and combustion method and summarize a set of waste gas treatment scheme with econnomy,practicabilityand prescience.

coach coatingworkshop;waste gas treatment;adsorption method;combustion method

TH112；TH114

B

1006-3331（2017）06-0042-03

張聰炳(1985-)，男，碩士；工程師；主要從事基建項(xiàng)目工藝研究及非標(biāo)設(shè)備設(shè)計(jì)與管理工作。

修改稿日期：2017-07-21