黃美燕，倪士文

?

VOCs處理設(shè)備在摩托車涂裝線的應(yīng)用

黃美燕，倪士文

（重慶建設(shè)雅馬哈摩托車有限公司，重慶 400052）

文章解讀了涂裝大氣污染物（VOCs）排放標(biāo)準(zhǔn)，闡述了對(duì)摩托車涂裝車間噴漆室和烘干爐廢氣現(xiàn)狀，介紹了廢氣處理系統(tǒng)的選擇過程及其工藝原理和工藝流程，并結(jié)合實(shí)際總結(jié)分析了分子篩吸附轉(zhuǎn)輪+蓄熱氧化燃燒廢氣處理系統(tǒng)在改造中的難點(diǎn)和生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題及其對(duì)策。

摩托車；VOCs廢氣處理；分子篩吸附轉(zhuǎn)輪

前言

隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保越來越重視，國(guó)家及地方法規(guī)均對(duì)涂裝廢氣的各項(xiàng)排放指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格控制，對(duì)VOCs的排放濃度及速率進(jìn)行嚴(yán)格限制，加上涂裝廢氣末端治理技術(shù)日漸成熟，全國(guó)各地相繼進(jìn)行涂裝廢氣末端治理設(shè)備的投入以滿足最新環(huán)保法規(guī)新標(biāo)準(zhǔn)要求。重慶建設(shè)·雅馬哈有限公司綜合考慮涂裝生產(chǎn)線現(xiàn)狀、設(shè)備投資、運(yùn)行成本和處理效率等因素，選擇“分子篩吸附轉(zhuǎn)輪+蓄熱氧化燃燒”方式對(duì)涂裝車間的廢氣進(jìn)行處理，有效降低了VOCs的排放，并對(duì)該套系統(tǒng)改造和運(yùn)行中存在的問題給出對(duì)策方向。

1 廢氣處理政策

1.1 政策背景

2016年1月22日，重慶市環(huán)境保護(hù)局聯(lián)合重慶市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局聯(lián)合發(fā)布了重慶市地方標(biāo)準(zhǔn)DB50/660-2016《摩托車及汽車配件制造表面涂裝大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，并于2016年2月1日實(shí)施。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了摩托車整車指導(dǎo)及汽車、摩托車零部件制造過程中表面涂裝過程大氣污染物排放控制要求、污染物監(jiān)測(cè)要求，實(shí)施與監(jiān)督管理要求。

1.2 政策法規(guī)

摩托車整車制造及汽車、摩托車配件制造企業(yè)應(yīng)通過在涂裝生產(chǎn)過程中降低VOCs原料使用、工藝更新和控制、過程管控、安裝VOCs污染治理設(shè)備等方式滿足達(dá)標(biāo)排放。新建企業(yè)自標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施之日起執(zhí)行表1、2規(guī)定的大氣污染物排放限值；現(xiàn)有企業(yè)中，主城區(qū)企業(yè)自2017年1月1日起執(zhí)行表1、2規(guī)定的大氣污染物排放限值；其它區(qū)域企業(yè)自2018年1月1日起執(zhí)行表1、2規(guī)定的大氣污染物排放限值。

表1 工藝設(shè)備或車間排氣筒大氣污染物排放限值

表2 無組織排放監(jiān)控點(diǎn)大氣污染物限值

2 現(xiàn)狀

2.1 涂裝工藝流程

VOCs治理的兩條涂裝線中，F(xiàn)eAl線主要涂裝油箱基本色和發(fā)動(dòng)機(jī)鋁合金外觀部品，涂裝方式為靜電旋碟（DISK）往復(fù)機(jī)噴涂加手工補(bǔ)正，ABS線主要噴涂ABS覆蓋件和油箱罩光，涂裝方式為全手工。涂裝室為側(cè)吸式水簾型（見圖1），采用傳統(tǒng)的2C1B工藝，具體工藝流程為：上掛→前處理→水汽烘干→靜電除塵→下涂→流平→上涂→流平→固化烘干→下掛。工藝流程中從噴涂區(qū)到烘烤區(qū)有VOCs排放（見圖2），有以下三種形式：

（1）下涂室、上涂室VOCs通過水簾吸收后排放；

（2）下涂流平室、上涂流平室VOCs直排；

（3）脫臭爐VOCs催化燃燒（以下簡(jiǎn)稱“RCO”）后排放。

兩條涂裝線中含有有機(jī)氣體的排風(fēng)口各10個(gè)，其中下涂室、上涂室各3個(gè)排風(fēng)口，上涂流平室、下涂流平室、固化烘干爐、脫臭爐各1個(gè)排風(fēng)口，排風(fēng)管道高度均為15m。

圖1 側(cè)吸式水簾噴漆室

圖2 噴涂區(qū)和固化烘干區(qū)工藝

2.2 涂裝廢氣特點(diǎn)

FeAl線和ABS線VOCs來源于涂料和稀釋劑，VOCs物質(zhì)構(gòu)成如表3所示，從表中可以看出，VOCs主要為甲苯、二甲苯、醇、酯、非甲烷總烴，此外還含有少量高沸點(diǎn)物質(zhì)。

兩條線噴涂室和流平室廢氣為大風(fēng)量低濃度廢氣，風(fēng)量范圍為12-17萬m3/h，濃度范圍約為40-300mg/m3，為典型的大風(fēng)量低濃度有機(jī)廢氣；兩條線烘干爐、脫臭爐廢氣為小風(fēng)量高濃度廢氣，風(fēng)量范圍為2500-3500m3/h，濃度>1000mg/ m3。

表3 FeAl線和ABS線廢氣特點(diǎn)

3 廢氣處理工藝

3.1 廢氣處理工藝

廢氣處理工藝主要包括“直接末端治理”和“自動(dòng)化噴涂+循環(huán)風(fēng)改造+末端治理”兩種方式?！爸苯幽┒酥卫怼钡娜秉c(diǎn)是風(fēng)量大，設(shè)備的投入費(fèi)、使用費(fèi)等也較高；而“自動(dòng)化噴涂+循環(huán)風(fēng)改造+末端治理”是在技術(shù)升級(jí)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了無人化噴涂，因此可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)風(fēng)改造，能大程度的減少處理風(fēng)量，使得末端處理設(shè)備的投入費(fèi)和使用費(fèi)降低。

摩托車的涂裝部品種類多，且部品形狀復(fù)雜，多為混線生產(chǎn)，全部部品均實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化噴涂困難。而現(xiàn)有兩條涂裝線以人工噴涂為主，而循環(huán)風(fēng)只能應(yīng)用于自動(dòng)噴涂設(shè)備，想進(jìn)行循環(huán)風(fēng)改造以降低廢氣處理量的方案無法實(shí)現(xiàn)；即使針對(duì)自動(dòng)噴涂區(qū)改造，也牽涉到自動(dòng)噴涂段和人工噴涂區(qū)的風(fēng)道隔斷，若收集人工噴涂區(qū)的排放廢氣送至循環(huán)空調(diào)中進(jìn)行過濾、除濕，再送到自動(dòng)噴涂區(qū)二次利用，會(huì)涉及到土建和空調(diào)的改造，改造周期長(zhǎng)，且無足夠的空調(diào)安裝位置和車間電容量，故無法實(shí)施“自動(dòng)化噴涂+循環(huán)風(fēng)改造+末端治理”方式。

3.2 末端治理廢氣處理工藝對(duì)比及選擇

VOCs廢氣末端治理工藝較多，主要包括燃燒技術(shù)、冷凝技術(shù)、吸收技術(shù)、生物處理技術(shù)、光催化氧化技術(shù)、低溫等離子技術(shù)[1]等，但往往一種技術(shù)已經(jīng)很難滿足實(shí)際需求。目前應(yīng)用較廣泛的有UV氧化技術(shù)、直接燃燒、濃縮+燃燒[2]等。

目前常見的三種濃縮和三種燃燒方式如表4、表5所示：分子篩吸附轉(zhuǎn)輪相比于傳統(tǒng)的蜂窩活性炭和纖維活性炭吸附轉(zhuǎn)輪，具有吸附效率高、安全性好、使用壽命長(zhǎng)、運(yùn)行穩(wěn)定、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)；蓄熱氧化燃燒相比于直接氧化燃燒和催化氧化燃燒而言，在換熱效率、氧化能耗上均有明顯優(yōu)勢(shì)。近幾年，分子篩吸附轉(zhuǎn)輪+蓄熱氧化燃燒形式應(yīng)用到VOCs廢氣治理技術(shù)較為成熟，全國(guó)各地均有實(shí)績(jī)可以借鑒，汽車涂裝線已廣泛應(yīng)用[3-5]。

考慮到摩托車制造業(yè)產(chǎn)生的VOCs氣體濃度低（普遍小于1000mg/m3），且要滿足地方標(biāo)準(zhǔn)的高處理效率（≥90%以上），綜合投入成本、使用年限、占地面積、維護(hù)便捷性等，最終選取“直接末端治理”中的“分子篩吸附轉(zhuǎn)輪+蓄熱氧化燃燒”形式。

表4 三種濃縮方式的比較

表5 三種燃燒方式的比較

3.3 分子篩吸附轉(zhuǎn)輪+蓄熱氧化燃燒

3.3.1 工藝原理

噴涂室和流平室的大風(fēng)量VOCs廢氣經(jīng)過多級(jí)過濾后通過分子篩吸附轉(zhuǎn)輪的吸附區(qū)，廢氣中的有機(jī)物被吸附在轉(zhuǎn)輪上，廢氣得到凈化處理并達(dá)標(biāo)排放。分子篩吸附轉(zhuǎn)輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)，濃縮的有機(jī)物質(zhì)在脫附區(qū)進(jìn)行脫附。脫附后的高濃度有機(jī)廢氣，通過蓄熱式氧化爐進(jìn)行燃燒，轉(zhuǎn)化成CO2和H2O排入大氣中。通過兩種處理技術(shù)的結(jié)合，共同實(shí)現(xiàn)了對(duì)大風(fēng)量低濃度VOCs廢氣的處理。

3.3.2 廢氣處理方案

一方面，涂裝線噴漆室和流平室產(chǎn)生的大風(fēng)量低濃度的VOCs廢氣經(jīng)過收集，通過前端的前處理系統(tǒng)，去除大風(fēng)量廢氣中的漆渣和高沸點(diǎn)VOCs后，再經(jīng)過分子篩吸附轉(zhuǎn)輪吸收大風(fēng)量廢氣中的VOCs，VOCs被吸附在轉(zhuǎn)輪中，凈化后的大風(fēng)量氣體通過煙囪向外排放；另一方面，干燥爐產(chǎn)生的小風(fēng)量高濃度VOCs廢氣和經(jīng)分子篩脫轉(zhuǎn)輪附后的VOCs廢氣先經(jīng)過蓄熱燃燒裝置的蓄熱陶瓷加熱后，再進(jìn)入蓄熱氧化燃燒爐凈化處理，凈化處理后的高溫氣體的一部分再循環(huán)利用于分子篩轉(zhuǎn)輪的脫附，其余排放至大氣中，詳見圖3。

圖3 分子篩吸附轉(zhuǎn)輪+蓄熱氧化處理工藝流程

4 改造難點(diǎn)及應(yīng)用中的問題

4.1 風(fēng)管施工困難

涂裝室排氣風(fēng)管由直接高空排放改為收集后集中排放，風(fēng)管改制難度大。經(jīng)過計(jì)算車間房梁承重?zé)o法滿足主風(fēng)管吊重，只能從地面做支撐。在施工過程中主風(fēng)管與現(xiàn)有設(shè)備干涉（見圖4）。廠房?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主風(fēng)管頂部距離房梁很近，截面積大（2.5米×2米），施工難度特別大（見圖5）。在保證對(duì)現(xiàn)有設(shè)備影響最小的前提下，主風(fēng)管支撐位置經(jīng)過數(shù)次論證和修訂，最終滿足了主風(fēng)管支撐定位要求。

圖4 主風(fēng)管支撐與設(shè)備干涉

圖5 主風(fēng)管吊裝

4.2 風(fēng)平衡調(diào)整困難

涂裝室風(fēng)平衡[6]直接關(guān)系到涂裝品質(zhì)、環(huán)境安全、消防安全、職業(yè)衛(wèi)生安全，是涂裝車間正常運(yùn)轉(zhuǎn)的必要依據(jù)。VOCs廢氣處理系統(tǒng)重新對(duì)原有排氣風(fēng)管進(jìn)行了改建，將分散排放改為集中收集處理排放，破壞了原有風(fēng)管結(jié)構(gòu)和風(fēng)量平衡，需建立新的風(fēng)平衡。在試生產(chǎn)初期，涂裝室風(fēng)量不平衡，漆霧抽不走，導(dǎo)致噴漆室作業(yè)環(huán)境惡劣、品質(zhì)差而影響生產(chǎn)。

針對(duì)風(fēng)量不平衡問題，對(duì)策方向主要如下：

1）保證送風(fēng)風(fēng)速（送風(fēng)量）一定的情況下，排氣風(fēng)閥全部打開逐一調(diào)整，遇到有竄室的情況下調(diào)整該處排氣風(fēng)閥的開度（調(diào)整完畢后需固定位置）；

2）風(fēng)管改建時(shí)，風(fēng)管的設(shè)計(jì)需嚴(yán)格按照流體力學(xué)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)（遠(yuǎn)端變徑），充分考慮管道大小，減少轉(zhuǎn)彎次數(shù)、彎管處設(shè)定導(dǎo)風(fēng)片以減少風(fēng)阻（圖6）；

3）風(fēng)管末端的引風(fēng)機(jī)須留有足夠大的富余量，一般不低于20%，保證其克服抽風(fēng)過程中的阻力；

4）從油漆烘干爐→流平室→涂裝室反向調(diào)整整體送排風(fēng)平衡，最終流平室相對(duì)于環(huán)境和油漆烘干爐入口保證微正壓，涂裝室相對(duì)與流平室微負(fù)壓。

通過上述四個(gè)步驟的綜合改善和調(diào)試，串風(fēng)、抽風(fēng)不良等風(fēng)平衡問題得到對(duì)策，恢復(fù)正常生產(chǎn)。

圖6 排氣風(fēng)管收集系統(tǒng)走向圖

4.3 運(yùn)行成本高

VOCs系統(tǒng)的運(yùn)行成本主要包括前處理系統(tǒng)所用過濾袋的耗材費(fèi)和處理費(fèi)以及燃燒爐所用的天然氣費(fèi)和整個(gè)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)等運(yùn)行的電費(fèi)。VOCs系統(tǒng)運(yùn)行以來，按16H/日稼動(dòng)時(shí)間，6天/周工作日計(jì)算，前處理耗材更換頻次為G4玻纖板框3~4次/月，F(xiàn)7玻纖濾袋1次/月，活性碳顆粒1次/年，F(xiàn)9玻纖濾袋1次/3月，僅前處理耗材運(yùn)行費(fèi)用就達(dá)25萬，加上天然氣和電費(fèi)，每年VOCs運(yùn)行成本約150萬。且前處理耗材屬于危費(fèi)，需要委托專門處理公司進(jìn)行回收（3000元/噸）。為降低能耗采取的措施如下：

1）排氣風(fēng)機(jī)葉輪、排氣風(fēng)管定期除漆、提高涂裝室水簾渦卷板除漆頻度，減少漆渣進(jìn)入前處理系統(tǒng)造成濾網(wǎng)壓差增大；

2）玻纖式樣優(yōu)化、增加袋數(shù)、延長(zhǎng)更換周期；

3）縮短VOCs系統(tǒng)在FEAL線和ABS線之間切換的時(shí)間，減少空運(yùn)轉(zhuǎn)能源費(fèi)用；

4）減少RTO冷爐啟動(dòng)的次數(shù)，節(jié)約天然氣能耗。

5 結(jié)語

重慶建設(shè)雅馬哈涂裝VOCs系統(tǒng)于2018年3月通過了重慶市環(huán)保局的最終驗(yàn)收，成為重慶市首批通過DB50新地標(biāo)環(huán)保驗(yàn)收的摩托車企業(yè)，承擔(dān)了行業(yè)標(biāo)桿企業(yè)應(yīng)有的行業(yè)責(zé)任和社會(huì)責(zé)任。目前，VOCs處理設(shè)備實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)出現(xiàn)很多問題，對(duì)應(yīng)這樣的新設(shè)備，只有邊對(duì)策邊學(xué)習(xí)，逐步積累經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，在保證法律法規(guī)的前提下，如何進(jìn)一步降低設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)，還需整個(gè)行業(yè)繼續(xù)努力。隨著國(guó)家環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，廢氣處理系統(tǒng)的應(yīng)用已逐漸廣泛，由于廢氣處理技術(shù)選擇性多，如何實(shí)現(xiàn)有效投入、連續(xù)運(yùn)行和達(dá)標(biāo)排放是摩托車制造業(yè)的關(guān)注焦點(diǎn)。相信隨著環(huán)保法規(guī)的持續(xù)規(guī)范化和國(guó)家環(huán)保力度的加強(qiáng)，會(huì)有更多環(huán)保企業(yè)致力于對(duì)VOCs系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)也會(huì)有更多包括摩托車企業(yè)在內(nèi)的企業(yè)進(jìn)行VOCs處理，到時(shí)候城市空氣質(zhì)量會(huì)越來越好。

[1] 陳杰營(yíng).談VOCs廢氣的治理現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì), 2014 (13).

[2] 徐淑娟,和軍強(qiáng).汽車涂裝噴漆室VOCs處理淺談[J].現(xiàn)代涂料與涂裝,2015,18(11):58-60.

[3] 胡衛(wèi)華,尹春梅.涂裝噴漆廢氣凈化設(shè)備的規(guī)劃分析應(yīng)用[J].現(xiàn)代涂料與涂裝,2018（1）：59-62.

[4] 李蓉.汽車涂裝廢氣VOCs處理技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展[J].綠色科技,2016 (18):102-105.

[5] 杜小娟,孫娟.北京市汽車整車制造VOCs控制技術(shù)評(píng)估及對(duì)策建議[J].節(jié)能與環(huán)保,2017(3):56-59.

[6] 林秀霞,陳德地.汽車涂裝室內(nèi)部風(fēng)量及風(fēng)平衡[J].機(jī)電技術(shù),2014 (4):94-97.

Application of VOCs processing equipment in motorcycle coating line

Huang Meiyan, Ni Shiwen

（Chongqing Jianshe Yamaha Motor Co., Ltd, Chongqing 400052）

By analyzing the VOCs emission standard, the waste gas current situation of painting room and drying ovenin the motorcycle painting workshop are illustrated.The selection process, technological principle and technological process of the waste gas treatment are introduced.By combined with practice, the construction difficulties,the problems and measures of the Molecular sieve adsorbent wheel+Regenerative Thermal Oxidizerprocessing equipment are also summarized and analyzed.

Motorcycle;VOCs waste gas treatment;Molecular sieve adsorbent wheel

B

1671-7988(2018)22-208-04

U466

B

1671-7988(2018)22-208-04

U466

黃美燕（1987-），女，研究生，工程師，主要從事摩托車零部件涂裝工藝、工裝設(shè)計(jì)、涂料開發(fā)等工作，參與了建設(shè)雅馬哈涂裝線VOCs治理設(shè)備導(dǎo)入活動(dòng)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.22.074