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汽车涂装有机废气处理方法

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汽车涂装有机废气处理方法

发布日期:2017-06-09 作者:江苏中宝机械科技有限公司 点击:

汽车涂装生产线是汽车制造过程中产生“三废”最多的环节,其中涂装废气是涂装“三废”的主要部分。涂装车间的废气主要是涂料中含有的有机溶剂和涂膜在喷涂 及烘干时的分解物,统称为挥发性有机化合物(VOC),其成份主要有甲苯和二甲苯。这些成份对人的健康和生活环境有害,并且有恶臭,人如果长期吸入低浓度 的有机废气,会引发咳嗽、胸闷、气喘甚至肺气肿等慢性呼吸道疾病,是目前公认的强烈致癌物。除此之外,有机废气对光化学烟雾、酸雨的形成起着非常重要的作 用。为减少涂料中的VOC,开发了水性涂料和粉末涂料,但水性涂料中仍含有一定比例的有机溶剂。为此,各国颁布了相应的法令,限制该类气体的排放,我国于 1997年颁布并实施的GB16297《大气污染综合排放标准》,限定了33种污染物的排放限值,其中包括苯、甲苯、二甲苯等挥发性有机溶剂。近年来,随 着人们环保意识提高,环保法规不断完善与执法力度不断提高,汽车生产厂在新建涂装线中需配置废气处理设备,对老的涂装线也在逐步补充废气处理装置,废气经 过处理达标后才能排放。针对不同的涂装废气,不同的厂家采用了不同的方法,下面就汽车涂装废气处理技术进行初浅的分析探讨。

 根据汽车涂装生产工艺,涂装废气主要来自于喷涂、干燥过程。所排放的污染物主要为:喷漆时产生的漆雾和有机溶剂,干燥挥发时产生的有机溶剂。漆雾主要来 自于空气喷涂作业中溶剂型涂料飞散的部分,其成分与所使用的涂料一致。有机溶剂主要来自于涂料使用过程中的溶剂、稀释剂,绝大部分属挥发性排放,其主要的 污染物为二甲苯、苯、甲苯等。故涂装中排放的有害废气的主要发生源为喷漆室、晾干室、烘干室。

    1、汽车生产线废气处理方法

    1.1烘干过程有机废气的治理方案

    电泳、中涂、面涂烘干室排出的气体属于高温、高浓度废气,适合采用焚烧的方法进行处理。目前烘干过程常用的废气处理措施有:蓄热式热力氧化技术(RTO)、蓄热式催化燃烧技术(RCO)、TNV回收式热力焚烧系统

    1.1.1蓄热式热力氧化技术(RTO)

    蓄热式热氧化器(Regenerative Thermal Oxidizer,简称RTO)是一种用于处理中低浓度挥发性有机废气的节能型环保装置。适用于大风量、低浓度,适用于有机废气浓度在100PPM— 20000PPM之间。其操作费用低,有机废气浓度在450PPM以上时,RTO装置不需添加辅助燃料;净化率高,两床式RTO净化率能达到98%以上, 三床式RTO净化率能达到99%以上,并且不产生NOX等二次污染;全自动控制、操作简单;安全性高。

    蓄热式热氧化器采用热氧化法处理中低浓度的有机废气,用陶瓷蓄热床换热器回收热量。由陶瓷蓄热床、自动控制阀、燃烧室和控制系统等组成。主要特征是:蓄热 床底部的自动控制阀分别与进气总管和排气总管相连,蓄热床通过换向阀交替换向,将由燃烧室出来的高温气体热量蓄留,并预热进入蓄热床的有机废气,蓄热床采 用陶瓷蓄热材料吸收、释放热量;预热到一定温度(≥760℃)的有机废气在燃烧室燃烧发生氧化反应,生成二氧化碳和水,得到净化。典型的两床式RTO主体 结构一个燃烧室、两个陶瓷填料床和四个切换阀组成(见下图)。该装置中的蓄热式陶瓷填充床换热器可使热能得到最大限度的回收,热回收率大于95%;处理有 机废气时不用或使用很少的燃料。

    优点:在处理大流量低浓度的有机废气时,运行成本非常低。

    缺点:较高的一次性投资,燃烧温度较高,不适合处理高浓度的有机废气,有很多运动部件,需要较多的维护工作。
 1.1.2蓄热式催化燃烧技术(RCO)

    蓄热式催化燃烧装置(Regenerative Catalytic Oxidizer简称RCO)直接应用于中高浓度(1000mg/m3—10000mg/m3)的有机废气净化。RCO处理技术特别适用于热回收率需求高 的场合,也适用于同一生产线上,因产品不同,废气成分经常发生变化或废气浓度波动较大的场合。尤其适用于需要热能回收的企业或烘干线废气处理,可将能源回 收用于烘干线,从而达到节约能源的目的。

    蓄热式催化燃烧治理技术是典型的气-固相反应,其实质是活性氧参与的深度氧化作用。在催化氧化过程中,催化剂表面的吸附作用使反应物分子富集于催化剂表 面,催化剂降低活化能的作用加快了氧化反应的进行,提高了氧化反应的速率。在特定催化剂的作用下,有机物在较低的起燃温度下(250~300℃)发生无焰 氧化燃烧,氧化分解为CO2和水。并放出大量热能。

    RCO装置主要由炉体、催化蓄热体、燃烧系统、自控系统、自动阀门等几个系统构成。在工业生产过程中,排放的有机尾气通过引风机进入设备的旋转阀,通过选 转阀将进口气体和出口气体完全分开。气体首先通过陶瓷材料层1预热后发生热量的储备和热交换,其温度几乎达到催化层进行催化氧化所设定的温度,这时其中部 分污染物氧化分解;废气继续通过加热区(可采用电加热方式或天然气加热方式)升温,并维持在设定温度;其再进入催化层完成催化氧化反应,即反应生成CO2 和H2O,并释放大量的热量,以达到预期的处理效果。经催化氧化后的气体进入陶瓷材料层2,回收热能后通过旋转阀排放到大气中,净化后排气温度仅略高于废 气处理前的温度。系统连续运转、自动切换。通过旋转阀工作,所有的陶瓷填充层均完成加热、冷却、净化的循环步骤,热量得以回收。

    优点:工艺流程简单、设备紧凑、运行可靠;净化效率高,一般均可达98%以上;与RTO相比燃烧温度低;一次性投资低,运行费用低,其热回收效率一般均可 达85%以上;整个过程无废水产生,净化过程不产生NOX等二次污染;RCO净化设备可与烘房配套使用,净化后的气体可直接回用到烘房利用,达到节能减排 的目的;

    缺点:催化燃烧装置仅适用含低沸点有机成分、灰分含量低的有机废气的处理,对含油烟等粘性物质的废气处理则不宜采用,催化剂宜中毒;处理有机废气浓度在20%以下。

    1.1.3TNV回收式热力焚烧系统

    回收式热力焚烧系统(德语Thermische Nachverbrennung简称TNV)是利用燃气或燃油直接燃烧加热含有机溶剂的废气,在高温作用下,有机溶剂分子被氧化分解为CO2和水,产生的 高温烟气通过配套的多级换热装置加热生产过程需要的空气或热水,充分回收利用氧化分解有机废气时产生的热能,降低整个系统的能耗。因此,TNV系统是生产 过程需要大量热量时,处理含有机溶剂废气高效、理想的处理方式,对于新建涂装生产线,一般采用TNV回收式热力焚烧系统。

    TNV系统由三大部分组成:废气预热及焚烧系统、循环风供热系统、新风换热系统。该系统中的废气焚烧集中供热装置是TNV的核心部分,它由炉体、燃烧室、 换热器、燃烧机及主烟道调节阀等组成。其工作过程为:用一台高压头风机将有机废气从烘干室内抽出,经过废气焚烧集中供热装置的内置换热器预热后,到达燃烧 室内,然后再通过燃烧机加热,在高温下(750℃左右)将有机废气进行氧化分解,分解后的有机废气变成CO2和水。产生的高温烟气通过炉内的换热器和主烟 气管道排出,排出的烟气对烘干室的循环风进行加热,为烘干室提供所需的热量。在系统末端设置新风换热装置,将系统余热进行最后回收,将烘干室补充的新风用 烟气加热后送入烘干室。另外,在主烟气管道上还设置有电动调节阀,用于调节装置出口的烟气温度,最终排放的烟气温度可以控制在160℃左右。

    废气焚烧集中供热装置的特点包括:有机废气在燃烧室的逗留时间为1~2s;有机废气分解率大于99%;热回收率可达76%;燃烧器输出的调节比可达26∶1,最高可达40∶1。

    缺点:在处理低浓度有机废气时,运行成本较高;管式热交换器只是在连续运行时,才有较长的寿命。

1.2喷漆室、晾干室有机废气的治理方案

    喷漆室、晾干室排出的气体为低浓度、大流量常温废气,污染物的主要组成为芳香烃、醇醚类、酯类有机溶剂。目前,国外较为成熟的方法是:先将有机废气浓缩以 减少需处理的有机废气总量,先采用吸附法(活性碳或沸石作吸附剂)对低浓度常温喷漆废气进行吸附,用高温气体脱附,浓缩的废气采用催化燃烧或蓄热式热力燃 烧的方法进行处理。

   1.2.1活性炭吸附--脱附净化装置

    采用蜂窝状活性炭为吸附剂,结合吸附净化、脱附再生并浓缩VOC和催化燃烧的原理,即将大风量、低浓度的有机废气通过蜂窝状活性炭吸附以达到净化空气的目 的,当活性炭吸附饱和后再用热空气脱附使活性炭得到再生,脱附出浓缩的有机物被送往催化燃烧床进行催化燃烧,有机物被氧化成无害的CO2和H20,燃烧后 的热废气通过热交换器加热冷空气,热交换后降温的气体部分排放,部分用于蜂窝状活性炭的脱附再生,达到废热利用和节能的目的。整套装置由预滤器、吸附床、 催化燃烧床、阻燃器、相关的风机、阀门等组成。

    活性炭吸附--脱附净化装置根据吸附和催化燃烧两个基本原理设计,采用双气路连续工作,一个催化燃烧室,两个吸附床交替使用。先将有机废气用活性炭吸附, 当快达到饱和时停止吸附,然后用热气流将有机物从活性炭上脱附下来使活性炭再生;脱附下来的有机物已被浓缩(浓度较原来提高几十倍)并送往催化燃烧室催化 燃烧成二氧化碳及水蒸气排出。当有机废气的浓度达到2000PPm以上时,有机废气在催化床可维持自燃,不用外加热。燃烧后的尾气一部分排入大气,大部分 被送往吸附床,用于活性炭再生。这样可满足燃烧和吸附所需的热能,达到节能的目的。再生后的可进入下次吸附;在脱附时,净化操作可用另一个吸附床进行,既 适合于连续操作,也适合于间断操作。

    技术性能及特点:性能稳定,结构简便,安全可靠,节能省力,无二次污染。设备占地面积小,重量轻。极适用于大风量下使用。吸附有机物废气的活性炭床,用催 化燃烧后的废气进行脱附再生,脱附后的气体再送催化燃烧室进行净化,不需外部能量,节能效果显著。缺点是,活性炭使用寿命短,运行成本高。

    1.2.2沸石转轮吸附--脱附净化装置

    沸石的主要成分为:硅、铝,具有吸附能力,可作为吸附剂使用;沸石转轮就是利用沸石特定孔径对于有机污染物具有吸附、脱附能力的特性,使原本具低浓度、大 风量的VOC废气,经沸石转轮浓缩转换成小风量、高浓度的气体,可以降低后端终处理设备的运行成本。其装置特性适合处理大流量、低浓度、含多种有机成分的 废气。缺点是前期投资高。

    沸石转轮吸附-净化装置是一种可连续进行吸附和脱附操作的气体净化装置。沸石转轮两侧由特制的密封装置分成三个区域:吸附区、解吸(再生)区及冷却区域。 该系统的工作过程是:沸石转轮以较低的速度连续转动,循环通过吸附区和解吸(再生)区及冷却区域;低浓度、大风量的废气连续不断地通过转轮的吸附区时,废 气中的VOC被转轮的沸石吸附,被吸附净化后的气体直接排放;轮子吸附的有机溶剂随着转轮的转动被送到解吸(再生)区,再用小风量热风连续地通过解吸区, 被吸附到转轮上的VOC在解吸区受热脱附实现再生,VOC废气随热风一起排出;转轮转至冷却区域进行冷却降温后可重新进行吸附,随着转轮的不断转动,吸 附、解吸、冷却循环进行,确保废气处理持续稳定的运行。

沸石转轮装置实质上是一个浓缩器,经过转轮处理后的含有机溶剂的废气被分成两个部分:可以直接排放的洁净空气和含高浓度有机溶剂的再生空气。可以直接排放 的洁净空气,可以进入喷漆空调通风系统进行循环使用;高浓度的VOC气体,其浓度大约为进入系统前VOC浓度的10倍左右,浓缩后的气体再通过TNV回收 式热力焚烧系统(或其他设备)进行高温焚烧处理,焚烧产生的热量分别为烘干室供热和沸石转轮脱附供热,热量被充分利用,达到节能减排的效果。

    技术性能及特点:结构简单,维护方便,使用寿命长;高吸、脱附效率,使原本高风量、低浓度的VOCs废气,转换成低风量、高浓度的废气,降低后端终处理设 备的成本;沸石转轮吸附VOC所产生的压降极低,可大大减少电力能耗;整体系统采预组及模块化设计,具备了最小的空间需求,且提供了持续性及无人化的操控 模式;经过转轮浓缩后的废气,可达到国家排放标准;吸附剂使用不可燃性疏水沸石,使用更安全;缺点是一次性投资较高。


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