涂裝生產線上的VOCs治理技術解析
文/VOCs前沿
【前沿導讀】
為了減少VOCs的排放量，汽車企業在應用噴涂機器人、提高水性漆使用量、采用高固體分溶劑型涂料、回收有機溶劑、處理烘干系統廢氣等方面做了努力，但由于清漆仍無水性涂料、法規日趨嚴格等因素，部分企業的VOCs排放仍會超標，因此需要對噴漆室廢氣在排放前進一步處理。
噴漆室廢氣處理方案
汽車涂裝產生的有機廢氣特點是廢氣量大，VOCs濃度較低，如果直接采用熱力焚燒氧化處理燃料消耗很大，不環保經濟，目前行業應用較多的凈化方法是轉輪吸附濃縮及熱力焚燒系統，熱力焚燒一般有2種形式，回收式熱力焚燒系統(TNV)和蓄熱式熱力焚燒系統(RTO)，系統利用“吸附→脫附→濃縮焚化”等3個連續過程，處理高流量、低污染物濃度及含多種VOCs的廢氣。廢氣處理系統包括空氣預熱干燥段、空氣過濾器、沸石濃縮轉輪(廢氣濃縮比為(10~15)∶1)、加壓風機(變頻)、解附氣體預熱器、廢氣焚燒爐、內部管道系統、支撐鋼構及電控系統等。
針對涂裝車間VOCs排放現狀和廢氣排放量，提出的噴漆室廢氣處理方案為：駕駛室涂裝線、塑料件涂裝線、總裝車間底盤整體噴漆涂裝線分別增加廢氣處理量為370000m3/h、420000m3/h、480000m3/h的轉輪吸附濃縮及熱力焚燒系統系統，以及相應的風機改造、相關排風管道改造、補加電動聯動風閥、補加相關電控等。
廢氣濃縮焚燒系統的工藝流程
廢氣濃縮焚燒系統主要由吸附濃縮轉輪和熱力焚燒系統組成。轉輪由若干單元拼接而成，每個單元由沸石吸附介質和卷制燒結而成的陶瓷基體組成，沸石吸附介質即疏水性沸石分子篩膜是吸附VOCs的關鍵。轉輪上有耐高溫柔軟材料制成的密封墊，用于分開處理廢氣及處理后釋出干凈氣體。密封墊將蜂巢狀沸石轉輪隔離產生吸附區與脫附區，為提升轉輪的吸附處理能力，在兩區之間加一冷卻區，吸附區面積較大，脫附區與冷卻區面積較小，有時為特殊需求也可分為更多的串聯區。吸附轉輪由一組電動驅動，轉輪轉動可變頻控制，控制為2~6r/h。值得注意的是，轉輪廠家通常需要根據廢氣中的污染物成分來配制轉輪，并通過輸入濃縮比、轉輪轉速等運行參數以及進氣濕度、進氣濃度、進氣流速等參數計算得出轉輪最佳運行條件。
熱力焚燒一般有2種形式，回收式熱力焚燒系統(TNV)和蓄熱式熱力焚燒系統(RTO)。我公司駕駛室涂裝線、塑料件涂裝線廢氣濃縮焚燒系統采用TNV形式，總裝車間底盤整體噴漆涂裝線采用RTO形式。
這里以底盤整體噴漆線轉輪吸附濃縮及蓄熱式熱力焚燒系統(RTO)為例介紹其工作原理和工藝流程。噴漆室溫度為20~35℃，噴漆室排放的有機廢氣經過水旋結構處理后，排放出的廢氣相對濕度能達到100%，而沸石轉輪的最佳吸附條件為溫度40℃、相對濕度75%，需要通過干燥風機向混風箱內引入冷卻風(溫度110~140℃)，調節引入風量的大小，實現對廢氣溫度、濕度的調節，達到沸石轉輪工作的最佳條件。廢氣經過混風箱調節后，由于噴漆室廢氣中存在會導致沸石轉輪阻塞和失效的雜質、顆粒物等，為保證轉輪吸附效率和使用壽命，對噴漆室廢氣進行過濾處理后才能進入系統。
廢氣經過兩道過濾(T4、F9過濾器)后進入疏水性沸石所組成的轉輪，VOC被吸附在轉輪的吸附區上，經過處理后的潔凈氣體在潔凈風機的作用下排入煙筒，最終進入大氣。脫附區的氣體來源于室外新風，新風經板式換熱器和混風器2次加熱，在混風器內引入RTO上室體的氣流，調節脫附氣體溫度，達到脫附要求的180~220℃，板式換熱器的作用是充分利用RTO系統產生的余熱，實現對能源利用的最大化。在高溫作用下，有機分子氣體與沸石分子間的范德華力和靜電吸引力被破壞，VOC脫附，脫附后的廢氣污染物濃為初始濃度的5~20倍，在廢氣風機的作用下，進入RTO系統進一步焚燒處理，焚燒溫度在760℃以上，使廢氣中的VOC徹底分解為水和二氧化碳，焚燒處理后的潔凈氣體高空排放。
RTO系統的工作原理
底盤整體噴漆線廢氣濃縮焚燒系統RTO的核心是氧化室和蓄熱室，分別提供氧化反應所需要的反應時間和溫度條件，RTO設備主要由上室體、下室體、風閥、加熱系統、風機、超溫泄放裝置等組成。利用陶瓷熱交換填料的熱特性快速吸收熱氣(燃燒處理后的凈化氣)的熱量，用于冷氣的升溫，填料交替性地分別與熱氣或冷氣相互接觸，降低燃料的消耗量，節約能源。RTO設備共有3個蓄熱室，在下室體通過切換閥的動作，使上室體3個蓄熱室輪流處于進氣放熱、吹掃凈化、排氣蓄熱狀態，循環往復，連續工作。
RTO系統包括停機模式、吹掃模式、升溫模式、待機模式、廢氣處理模式5個狀態，其模式切換見圖1。在由于停機、故障等因素造成停機之后，系統將回到初始位置，再次啟動RTO，首先進入吹掃模式，吹掃掉整個系統的可燃氣體，吹掃結束后系統自動轉換到加熱模式，利用新鮮空氣燃燒加熱到系統運行溫度，隨后系統進入待機模式，等待進行廢氣處理，當廢氣引入信號被激活，同時RTO系統準備完成時，RTO進入廢氣處理模式，開始處理脫附后的高濃度廢氣。
