循環(huán)風(fēng)改造在涂裝VOCs治理中的應(yīng)用與經(jīng)濟(jì)性分析

許柱 茅佳俊 查浩 李寶榮

摘? 要：涂裝作為一個產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)廢氣（VOCs）的關(guān)鍵工藝過程，廣泛存在于各行各業(yè)中，其產(chǎn)生的VOCs具有風(fēng)量大、濃度低等特點，使得涂裝VOCs治理存在工程投資大、運(yùn)行費用高等問題。循環(huán)風(fēng)改造通過將部分含VOCs氣體循環(huán)利用實現(xiàn)廢氣的減量增濃，本文以某汽車涂裝項目為例，介紹了循環(huán)風(fēng)改造在涂裝廢氣治理中的應(yīng)用，并對其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，以期為涂裝行業(yè)的循環(huán)風(fēng)改造提供借鑒。

關(guān)鍵詞：循環(huán)風(fēng)改造? 涂裝VOCs? 應(yīng)用? 經(jīng)濟(jì)性分析

中圖分類號：TE89? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）09（a）-0084-03

Abstract： As a key process for generating volatile organic waste gas （VOCs）， painting is widely used in various industries. The VOCs generated by it have the characteristics of large air volume and low concentration， which makes the treatment of painting VOCs have large engineering investment and operating costs. Circulating air reformation realizes the reduction and concentration of exhaust gas by recycling some VOCs. This article takes an automobile painting project as an example to introduce the application of circulating air reformation in the treatment of coating exhaust gas， and conducts economic analysis on it in order to provide a reference for the reform of circulating air in the coating industry.

Key Words： Circulating air reformation; Painted VOCs; Application;Economic analysis

涂裝作為產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)廢氣（VOCs）的一個重要環(huán)節(jié)，廣泛存在于汽車、船舶、家具等行業(yè)[1-2]，涂裝行業(yè)的VOCs廢氣具有廢氣量大、濃度低等顯著特點，一般需要通過吸附濃縮后進(jìn)行后續(xù)處理。目前，涂裝VOCs治理中常用的吸附濃縮方式主要包括蜂窩活性炭固定床、沸石轉(zhuǎn)輪等，濃縮后一般通過蓄熱式熱力焚燒（RTO）、催化氧化（CO）等工藝進(jìn)行焚毀處理。如何在源頭對涂裝廢氣進(jìn)行減量增濃成為行業(yè)關(guān)注的熱點，通過循環(huán)風(fēng)改造將部分廢氣回用，在降低廢氣風(fēng)量的同時實現(xiàn)了VOCs濃度的增加，降低后續(xù)廢氣治理設(shè)備的投資和運(yùn)行費用。對于循環(huán)風(fēng)改造在涂裝廢氣治理中的應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)性等問題還較少有文獻(xiàn)論述[3-5]，本文對某涂裝VOCs項目循環(huán)風(fēng)改造與治理方案（方案1）進(jìn)行論述，并將其與不進(jìn)行循環(huán)風(fēng)改造的治理方案（方案2）進(jìn)行投入和運(yùn)行成本等方面進(jìn)行對比分析，以期為循環(huán)風(fēng)改造在涂裝VOCs治理中的應(yīng)用提供借鑒。

1? 項目情況介紹

某汽車涂裝廢氣治理項目，采用機(jī)器人與人工組合涂裝工藝，廢氣總產(chǎn)生風(fēng)量480000 m3/h，其中人工噴漆段排風(fēng)量300000 m3/h，機(jī)器人噴漆段排風(fēng)量180000 m3/h，現(xiàn)有廢氣經(jīng)文丘里除塵器洗滌后經(jīng)排風(fēng)機(jī)排入煙囪。項目中主要VOCs成分為甲苯、二甲苯等，經(jīng)過現(xiàn)場測試和物料衡算，VOCs濃度約為150mg/m3。本項目噴漆工藝要求為冬季（每年10月下旬-次年3月中旬）溫度20～35℃、濕度65±10%，其他時間為自然溫濕度。

為降低業(yè)主廢氣治理的投資及運(yùn)行費用，通過與業(yè)主溝通，并結(jié)合涂裝工況，建議業(yè)主通過循環(huán)風(fēng)改造進(jìn)行VOCs增濃后采用沸石轉(zhuǎn)輪+蓄熱式熱力焚燒（RTO）工藝進(jìn)行廢氣治理。

2? 循環(huán)風(fēng)設(shè)計思路

本項目的循環(huán)風(fēng)改造思路如下：人工段和機(jī)器人段廢氣在文丘里漆霧處理裝置中會進(jìn)行混合，將排出的廢氣中一部分（180000m3/h）送入循環(huán)風(fēng)空調(diào)經(jīng)過漆霧過濾、調(diào)溫調(diào)濕等處理后送入機(jī)器人噴漆段，另一部分廢氣（300000m3/h）送入廢氣處理裝置處理后達(dá)標(biāo)排放。由于人工段和機(jī)器人段廢氣經(jīng)過混合后僅有一部分進(jìn)行循環(huán)，不會造成機(jī)器人段廢氣濃度無限增大，極限濃度約為240mg/m3。

本項目循環(huán)風(fēng)空調(diào)主要包含預(yù)處理段（G3+F5+F7）、加熱段、送風(fēng)段等功能段，項目中除需新建循環(huán)風(fēng)空調(diào)外，還需將排風(fēng)機(jī)至循環(huán)風(fēng)空調(diào)的管道進(jìn)行改造，同時需要對送風(fēng)管道、噴漆房動靜壓室進(jìn)行改造與相應(yīng)隔斷。

3? 廢氣治理系統(tǒng)設(shè)計

經(jīng)設(shè)計，方案1廢氣處理系統(tǒng)主要設(shè)備為1臺循環(huán)風(fēng)空調(diào)+2臺沸石轉(zhuǎn)輪+1臺RTO，方案2廢氣處理系統(tǒng)主要設(shè)備為3臺沸石轉(zhuǎn)輪+1臺RTO。兩種方案系統(tǒng)主要設(shè)備配置情況如表1所示。

4? 經(jīng)濟(jì)性分析

4.1 投入分析

如上所述，方案1需增加一臺循環(huán)風(fēng)空調(diào)及相應(yīng)的循環(huán)風(fēng)進(jìn)風(fēng)與送風(fēng)管道，同時需要對原有的自然風(fēng)空調(diào)及送風(fēng)管道進(jìn)行改造，并對噴房的動靜壓室進(jìn)行改造;方案2則要增加相應(yīng)的預(yù)處理設(shè)備、沸石轉(zhuǎn)輪、風(fēng)機(jī)等數(shù)量，同時增大RTO處理量。通過分析與核算，方案1項目投資1360萬元左右，方案2項目投資1500萬元左右，循環(huán)風(fēng)改造方案可節(jié)省業(yè)主投資140萬元左右。

4.2 運(yùn)行費用分析

本項目生產(chǎn)規(guī)律為每天生產(chǎn)10h，一年生產(chǎn)330d，設(shè)備年冷啟動（停機(jī)≥24h）10次，其他時間為熱啟動。設(shè)備運(yùn)行可分為冷啟停工況、熱啟停工況、運(yùn)行工況、待機(jī)工況等。方案1和方案2的詳細(xì)運(yùn)行能耗分析見表2。

項目運(yùn)行費用主要計算依據(jù)如下：

（1）冷啟停工況、熱啟停工況下，主風(fēng)機(jī)、RTO風(fēng)機(jī)降頻運(yùn)行，頻率降為運(yùn)行工況的1/3;

（2）待機(jī)工況下，僅RTO風(fēng)機(jī)、助燃風(fēng)機(jī)運(yùn)行，RTO風(fēng)機(jī)降頻運(yùn)行，頻率降為運(yùn)行工況的1/3;

（3）所有風(fēng)機(jī)運(yùn)行功率取為額定功率的85%;

（4）沸石轉(zhuǎn)輪設(shè)計處理效率95%，RTO設(shè)計處理效率99%;

（5）天然氣熱值8500kCal/Nm3，廢氣中代表性VOCs以二甲苯計。

通過上述運(yùn)行費用對比可以看出，本項目采用循環(huán)風(fēng)改造后VOCs治理每年節(jié)省運(yùn)行成本110余萬元。在設(shè)備10年正常使用壽命期內(nèi)，方案1能為業(yè)主節(jié)省運(yùn)行費用超過千萬元。

5? 運(yùn)行效果分析

該項目已于2018年底通過驗收，并于2019年底連續(xù)運(yùn)行滿一年，通過一年的運(yùn)行，并與該廠內(nèi)另一套未進(jìn)行循環(huán)風(fēng)改造的涂裝VOCs治理設(shè)備進(jìn)行對比，方案1一年為業(yè)主節(jié)省運(yùn)行能耗100余萬元。在達(dá)標(biāo)排放方面，能夠滿足非甲烷總烴排放濃度30mg/m3的排放限值，且非甲烷總烴排放濃度穩(wěn)定在15mg/m3以下，很好地達(dá)到了設(shè)計指標(biāo)。

6? 結(jié)語

本項目通過對涂裝廢氣循環(huán)風(fēng)改造后進(jìn)行治理，在確保持續(xù)達(dá)標(biāo)的前提下，為業(yè)主節(jié)省了投資成本與運(yùn)行費用，實現(xiàn)了環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益的雙贏。本項目的實施也為涂裝VOCs的治理提供了新思路，在涂裝車間設(shè)計時盡量考慮機(jī)器人噴涂與循環(huán)風(fēng)利用，在提高作業(yè)效率的同時，降低VOCs治理設(shè)備投資與運(yùn)行費用;對于已有涂裝線進(jìn)行VOCs治理時，在條件具備的情況下，盡量采取循環(huán)風(fēng)改造后進(jìn)行廢氣治理。

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