日期：2018-01-18
近年來,全國多地大氣污染嚴重,空氣質量差,霧霾、酸雨、光化學污染嚴重。在汽車涂裝車間生產過程中會產生大量廢氣,因此涂裝廢氣的治理日益得到關注和重視。重點介紹了汽車涂裝車間廢氣的來源、廢氣特點、治理方法以及使用效果等,并結合工程實例進行了分析。
0引言
自2012年以來，我國各大城市霧霾及PM2.5造成的健康恐慌引發了公眾關注，近期持續的嚴重霧霾污染讓我們認識到大氣污染仍處于加重期。VOCs(大氣重要污染源)排放巨大，增加迅猛，尚未得到有效控制。
我國為加強大氣污染治理力度，開始采取嚴厲的治理措施，改善環境質量。研究表明，工業排放和汽車尾氣是霧霾污染中最主要的危害源，其中汽車涂裝是大氣污染治理的關鍵行業之一。
為加強VOCs治理力度，各地相繼頒布了嚴苛的地方VOCs排放標準，其中上海標準最為嚴格，要求VOCs排放濃度≤30mg/m，。按照此標準，結合涂裝生產線的工藝流程、應用涂料等因素分析，部分廢氣排放點不能達標，需增加廢氣治理裝置。各地排放標準如圖1所示。
《大氣污染防治行動計劃》中提出：將揮發性有機物納入排污費征收范圍，加大排污費征收力度，提高排污費征收標準，做到應收盡收，2015年10月1日試點開始實施。各省、自治區、直轄市可以根據本地區實際情況增加VOCs排污收費試點行業，并制定試點行業VOCs排污收費辦法，具體收費標準如圖2所示。為減少后期VOCs繳納費用，降低企業成本，必須從根源減少廢氣排放量，加強廢氣治理，降低VOCs排放濃度。
漆廢氣濃度。傳統工藝中，由于排放量差異較大，一般流平室廢氣濃度是噴漆室廢氣濃度的2倍左右，通常與噴漆室排風混合后集中處理。另外，調漆間也排放類似的有機廢氣。
1.3烘干室廢氣
涂裝烘干室產生的廢氣量大，廢氣濃度高，且成分復雜，這是由于涂料絕大多數的VOCs都是在高溫烘烤階段產生的，因此涂裝烘干室的廢氣治理非常關鍵。
烘干室廢氣的成分主要有甲苯、二甲苯、非甲烷總烴，除此之外，還包含部分增塑劑或樹脂單體等揮發物、熱分解生產物和反應生成物。同時，烘干廢氣中含有惡臭物質(甲乙酮肟)，為滿足GB14554{惡臭污染物排放標準》，消除惡臭物質的擾民影響，涂裝烘干廢氣必須進行處理。
一條生產綱領為24萬輛的涂裝線，烘干爐廢氣量約為5萬m3/h，濃度為500～l000mg/m3，遠遠超過標準要求，必須經過處理才能達標排放。
2涂裝車間廢氣治理技術簡介
涂裝廢氣治理主要有減少廢氣排放和噴漆廢氣進行治理兩方面。
2.1減少廢氣排放
2.1.1使用環保型涂料
環保型涂料就是不使用或少量使用有機溶劑的涂料，如水性涂料、粉末涂料、光固化涂料等。粉末涂料基本上不排放有害廢氣，近年發展迅速，江淮汽車已將粉末涂料成功應用于車廂噴涂，目前生產線已量產。采用粉末涂料，可大大減少車廂噴涂過程中的廢氣排放量，節約廢氣治理設備投資和運行成本。
由于近年環保問題凸顯，國家強力推行水性漆的應用，目前新建生產線環評均要求使用水性漆，水性漆已普及到各涂裝行業。水性漆的主要成分是水，溶劑含量為20%。25%，遠遠低于溶劑型涂料。使用水性漆，可以從根源上減少廢氣中VOCs的排放量。各種涂料的VOCs含量比較見表l所列。
2.1.2提高涂料利用率，減少涂料使用量
汽車涂裝過程中常以噴涂形式使用涂料，在噴涂過程中產生較多漆霧，漆霧是噴漆廢氣中的顆粒物來源，因此，提高涂料利用率可以大大降低廢氣中的顆粒物，降低廢氣處理難度。不同噴涂方法的涂料利用率見表2所列。
由表2可以看出，只有采用大容量低壓空氣噴槍或靜電噴涂才能滿足至少65%的涂料利用率。除此之外，采用機器人噴涂也可以提高涂料利用率，目前國內涂裝行業正在推行內噴機器人，即整條涂裝線噴涂實現無人化，全部使用機器人噴涂，極大地提高了涂料的利用率。
2.1.3采用循環風技術，減少廢氣排放量
噴漆系統是汽車車身涂裝車間能耗最大的系統，噴漆系統能耗占涂裝車間總能耗的48%左右，因此如何降低噴漆系統的能耗，尤其是噴漆調溫、調濕的能耗，是涂裝工藝環節節能減排的關鍵所在。
近幾年在國內部分德系、美系、日系汽車工廠中開始采用空調循環風技術，該技術主要是用于降低噴漆系統的能源消耗。
全自動噴漆室排風再循環可分為干式再循環和濕空氣再循環。從漆前準備段、風幕、晾干室等區段排出的空氣含濕量不高，僅過濾就可循環利用，或經干式漆霧捕捉裝置處理過的噴漆室排風，因其潔凈度(O_3mg/m3)已達標，可直接循環利用，統稱為干式再循環，而經濕式(水洗式)漆霧捕集裝置處理過的噴漆室排風含水量增加，需除濕調溫后才能循環利用，故稱為濕空氣再循環。通過使用空調循環風技術，噴漆室空調新風風量可降低60%以上。
2.2噴漆廢氣治理
涂裝噴漆廢氣治理通常采用2種方法：一是“活性炭吸附+催化燃燒”，二是“沸石濃縮轉輪吸附+高溫燃燒法(RTO/TNV)”，前者適用于小風量(小于10萬m3/h)，后者適用于大風量(大于10萬m3/h)。
1)活性炭吸附法
活性炭作為涂裝車間的廢氣吸附劑已經有很多年的應用經驗。活性炭價格便宜，表面有疏水性，比表面積(500～1200m2，g)大，因而具有優異的吸附|生能，可使有機溶劑吸附在其表面，吸附飽和后，采用100℃左右的熱空氣進行脫附，脫附過程中被吸附的氣體解析出來。
由于具有疏水性表面的分子篩(沸石)價格昂貴，在以去除有機溶劑為目的的場合，活性炭是最適宜的吸附劑。涂裝噴漆廢氣治理如采用活性炭吸附法，常規采用活性炭吸附與催化燃燒(脫附)相結合的處理工藝。它是根據吸附(效率高)和催化燃燒(節能)2個基本原理設計的，即吸附濃縮一催化燃燒法，該工藝采用多個活性炭吸附箱連續工作，且各吸附箱之間可交替使用。
吸附：含有機物的廢氣通過引風機，經過活性炭吸附箱，VOCs吸附在活性炭內部，吸附后潔凈氣體高空排放至室外;經過一段時間(約6d)后，活性炭達到飽和狀態，停止吸附，此時有機物已被濃縮在活性炭內。
脫附：啟動催化凈化裝置內的加熱裝置，熱風進入內部循環，當熱風達到有機物的沸點(不高于120℃)時，有機物從活性炭內解析出來，進入催化室進行催化分解成CO2和H2O，同時釋放出熱量。釋放出的熱量在進人吸附床脫附時，加熱裝置完全停止工作，有機廢氣在催化燃燒室內維持自燃，尾氣再生，循環進行，直至有機物完全從活性炭內部分離，至催化室分解。活性炭得到了再生，有機物得到催化分解處理。
2)沸石轉輪吸附法
噴漆室廢氣屬于大風量、低濃度的有機混合氣體，目前此類廢氣主流治理方式為“沸石轉輪吸附濃縮+高溫焚燒凈化”，處理后的廢氣直接達標排放。
待處理的噴漆室有機混合廢氣經引風機作用，先經過預處理過濾裝置去除廢氣中的粉塵及雜質部分，否則直接吸附會堵塞沸石的微縮孔，從而影響吸附效果，甚至失效，經過初步過濾后，相對純凈的有機廢氣進入沸石轉輪吸附裝置進行吸附凈化處理，有機物質被沸石轉輪特有的作用力截留在其內部，潔凈氣體排出，經過一段時間吸附后，沸石轉輪達到飽和狀態，轉輪自動轉動進入冷卻和高溫脫附區域。
沸石轉輪脫附出來的高濃度廢氣直接進入RTO蓄熱式焚燒爐進行焚燒凈化處理，廢氣焚燒后的氧化室高溫氣體與脫附廢氣通過熱交換器進行熱交換，使脫附廢氣換熱(溫度控制在150—200oC)后進入轉輪脫附區進行脫附，沸石中的有機物受到熱空氣加熱后從沸石中揮發出來，此時脫附出來的廢氣屬于高濃度、小風量、高溫度的有機廢氣，直接進入RTO焚燒爐氧化后釋放出大量能量，有機物利用自身氧化燃燒釋放出的熱量維持自燃，如果脫附廢氣濃度足夠高，RTO正常使用需要很少的天然氣甚至不需要天然氣，做到真正的節能環保，同時，整套裝置安全、可靠、無二次污染，具體工作原理如圖3所示。
3廢氣治理裝置效益分析
3.1烘干廢氣治理裝置
烘干室廢氣治理裝置同時也作為烘干室加熱裝置，除一次性設備投資外，只有設備正常運行費用(電和天然氣)，無其他額外費用。
3.2“活性炭吸附+催化燃燒”裝置
活性炭和催化劑使用壽命較短，在雙班生產、單班8h情況下，活性炭使用壽命為2a，催化劑使用壽命為2.5a。因此采用此種方式處理噴漆廢氣要定期更換活性炭、催化劑和過濾器。以55000m3/h涂裝線為例，設備運行費用分析如表3所列。
由于活性炭使用體積大，催化劑單價高，導致使用該治理方式年設備維護費用較高。
3.3沸石轉輪吸附裝置
以廢氣量114000m%、廢氣濃度430mg/m3、,要求VOCs處理效率大于96%為例，其經濟效益分析如下。
3.3.1裝機容量
設備裝機容量如表4所列。
3.3.2運行能耗
設備啟動及運行能耗如表5～6所列。
3.3.3維護費用
設備維護費用如表7所列。
綜上所述，涂裝車間雙班滿負荷生產，噴漆廢氣系統年運行費用約110萬元，維護費用約5萬元。
4結語
汽車行業作為中國制造行業的支柱產業，應積極響應國家環保政策，各大車企應實施一系列行之有效的廢氣治理技術和方法，確保廢氣排放滿足國家和地方排放標準，加強工業廢氣污染治理技術的開發、研究及技術應用，為保護環境盡職盡責。
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