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        中小型涂裝企業(yè)VOCs廢氣治理現(xiàn)狀調(diào)研及整改實(shí)例

        2021-06-30 10:55:20周玉嬌黎云祥
        電鍍與涂飾 2021年11期
        關(guān)鍵詞:漆霧噴漆底漆

        周玉嬌 ,黎云祥

        (1.四川化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院,四川 瀘州 646000;2.西華師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,四川 南充 637009)

        工業(yè)涂裝行業(yè)排放大量含VOCs(揮發(fā)性有機(jī)物)的廢氣[1],占整個(gè)工業(yè)源VOCs排放量的20%以上[2]。工業(yè)涂裝等溶劑使用行業(yè)對VOCs的貢獻(xiàn)受到了越來越多的關(guān)注[3]。VOCs組分繁多,對公眾健康會(huì)產(chǎn)生直接或間接的不良影響[4-5],部分VOCs對人體具有致癌作用[6]。VOCs已成為導(dǎo)致環(huán)境空氣質(zhì)量惡化的核心污染物之一[3]。

        目前VOCs減排的研究主要集中在末端治理技術(shù)上[7-8]。VOCs的減排應(yīng)從源頭、過程和末端的全過程進(jìn)行控制[9]。現(xiàn)場調(diào)查瀘州市10家中小型涂裝企業(yè)的VOCs廢氣治理現(xiàn)狀后發(fā)現(xiàn):這些企業(yè)全部使用低VOCs含量的涂料,VOCs產(chǎn)生量較少;其中30%的企業(yè)采用高壓噴槍,油漆浪費(fèi)較多;只有30%的企業(yè)對漆霧進(jìn)行了回收利用;普遍VOCs廢氣收集不完善,雖然所有企業(yè)都集中收集處理了噴漆房的VOCs廢氣,但調(diào)漆間、流平室、固化區(qū)、危廢暫存間的VOCs廢氣未進(jìn)行有效的收集和處理;80%的企業(yè)的廢氣治理工藝不合理,如某使用紫外光(UV)固化油性漆的企業(yè)中的VOCs廢氣主要采用噴淋、UV光解和活性炭吸附的方式來處理,難以使廢氣中的VOCs達(dá)標(biāo)排放。另外,從VOCs廢氣治理設(shè)備分析,這10家企業(yè)還存在以下問題:UV光解設(shè)備的處理能力都偏?。?8%的企業(yè)中,活性炭吸附箱處理能力偏小;80%的企業(yè)廢氣收集管的管徑不適當(dāng),風(fēng)速不適宜;所有企業(yè)皆存在管線偏長,管道壓力損失大,各并聯(lián)管網(wǎng)壓力損失不匹配,且未設(shè)置調(diào)壓裝置,風(fēng)機(jī)風(fēng)壓不足以克服壓力損失,VOCs廢氣收集系統(tǒng)難以正常運(yùn)行。

        本文以瀘州市某中小型涂裝企業(yè)為例,講述如何從源頭、過程和末端全過程整改其VOCs廢氣收集處理系統(tǒng),確保達(dá)標(biāo)排放。

        1 某中小型涂裝企業(yè)VOCs治理現(xiàn)存問題的分析

        1.1 涂料

        該企業(yè)使用的底漆和面漆屬于紫外光固化油性涂料。紫外光固化溶劑型涂料屬于《“十三五”揮發(fā)性有機(jī)物的污染防治工作方案》(環(huán)大氣[2017]121號)中鼓勵(lì)使用的涂料類型之一,因此原輔材料無需整改。

        1.2 涂裝工藝和設(shè)備

        使用傳遞效率優(yōu)良的涂裝技術(shù)和設(shè)備,如空氣輔助噴涂、無氣噴涂、靜電噴涂等,可減少涂料使用量,可以減少VOCs排放量[10]。該企業(yè)采用靜電噴涂工藝,所以不需要整改。

        底漆房和面漆房分別配置7支高壓噴槍,工作壓力0.4 MPa。高壓噴槍的噴涂霧化能力強(qiáng),噴漆效率高,但油漆浪費(fèi)較多,因此需要將高壓噴槍整改為低壓噴槍。

        1.3 漆霧回收

        回收漆霧有利用企業(yè)節(jié)約油漆使用量,同時(shí)減少對廢氣收集管網(wǎng)和后續(xù)廢氣處理設(shè)備的不利影響。該企業(yè)只采用旋風(fēng)裝置回收底漆房漆霧,面漆房未回收,故需增加漆霧回收設(shè)備。

        1.4 VOCs廢氣收集

        收集是廢氣有效處理的前提。涂裝企業(yè)生產(chǎn)主要經(jīng)歷待加工件除塵、噴底漆、流平、固化、噴面漆、流平、固化等工序。VOCs產(chǎn)生源主要來自油漆調(diào)配、噴漆、流平、固化等環(huán)節(jié)以及危廢暫存。該企業(yè)僅對噴漆房廢氣進(jìn)行了密閉收集處理,其余VOCs廢氣未收集,處于無組織排放狀態(tài)。由于VOCs廢氣收集不全面,因此需要整改。

        以長3.0 m、寬3.5 m、高2.2 m的面漆房為例,對現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量符合性進(jìn)行分析。風(fēng)機(jī)型號為4-72-NO8C,風(fēng)量范圍12224~15705 m3/h。利用風(fēng)機(jī)風(fēng)量與通風(fēng)面積(即長乘高)的比值計(jì)算出最小風(fēng)速0.51 m/s和最大風(fēng)速0.66 m/s,它們在《涂裝作業(yè)安全規(guī)程 噴漆室安全技術(shù)規(guī)定》(GB 14444-2006)要求的控制風(fēng)速0.38~0.67 m/s范圍之內(nèi),故不需要整改。

        1.5 治理工藝

        VOCs治理技術(shù)主要有:直接燃燒法、蓄熱燃燒法、催化燃燒法、低溫等離子體法、臭氧法、冷凝法、膜分離法、吸附法、吸收法、生物降解法、光解法、光催化法等[11-13]。

        該企業(yè)主要采用“兩級水噴淋 + 活性炭吸附 + UV光解”處理技術(shù)。據(jù)《四川省2018年度揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)減排核算方法說明》,活性炭吸附技術(shù)的VOCs去除效率為30%;UV光解的VOCs去除效率為20%;水噴淋的VOCs去除效率為10%。該企業(yè)使用油性漆,從原理上講水噴淋對油性漆VOCs的去除率低,因此不考慮水噴淋對VOCs的去除效果。該企業(yè)現(xiàn)有廢氣治理工藝的VOCs去除總效率為44%,不滿足《四川省固定污染源大氣揮發(fā)性有機(jī)物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 51/2377-2017)的“表3”對表面涂裝行業(yè)VOCs去除率不低于80%的要求。因此,VOCs廢氣治理工藝需要進(jìn)行調(diào)整,將VOCs去除率提高至80%以上。

        1.6 治理設(shè)備

        1.6.1 噴淋塔

        一級噴淋塔內(nèi)徑1.50 m,高度3.00 m;二級噴淋塔內(nèi)徑1.50 m,高度4.50 m。如前所述,水噴淋對油性漆VOCs的去除效果較差,不適用于本項(xiàng)目,需要整改。

        1.6.2 UV光解設(shè)備

        該企業(yè)原有的UV光解設(shè)備的尺寸為2.7 m × 1.1 m × 1.3 m,安裝有紫外燈管60根,每根燈管電壓100 V,長度90 cm。據(jù)設(shè)備說明書所述,該設(shè)備設(shè)計(jì)處理風(fēng)量為10000 m3/h,遠(yuǎn)小于企業(yè)目前實(shí)際收集的底漆房和面漆房VOCs廢氣量24448~31410 m3/h,其處理能力不足,因此需要整改。

        1.6.3 活性炭吸附設(shè)備

        該企業(yè)采用固定床吸附裝置,尺寸為0.9 m × 1.0 m × 1.3 m,活性炭箱為3層,每層20 cm高。每15 d更換一次蜂窩狀活性炭。根據(jù)處理風(fēng)量與活性炭吸附箱中通風(fēng)面積計(jì)算出廢氣最小流速為6.79 m/s,不符合《吸附法工業(yè)有機(jī)廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》(HJ 2026-2013)中小于1.2 m/s的要求。廢氣在活性炭吸附箱中停留時(shí)間較短,設(shè)備處理能力不足,需要整改。

        1.7 VOCs廢氣收集管網(wǎng)

        以底漆房至風(fēng)機(jī)的通風(fēng)管(長達(dá)15 m)為例進(jìn)行計(jì)算,底漆房至風(fēng)機(jī)的通風(fēng)管斷面為邊長500 mm的正方形,斷面面積為0.25 m2。根據(jù)風(fēng)量范圍12224~15705 m3/h可算出通風(fēng)管內(nèi)風(fēng)速為13.58~17.45 m/s,不符合《工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50019-2015)中風(fēng)速在2~14 m/s范圍內(nèi)的要求,通風(fēng)管內(nèi)徑偏小。

        通風(fēng)管阻力包括摩擦阻力和局部阻力,通風(fēng)管阻力計(jì)算參照《簡明通風(fēng)設(shè)計(jì)手冊》。由于并聯(lián)管道阻力損失相差大于10%,因此需要安裝調(diào)壓閥,但該企業(yè)現(xiàn)有廢氣收集系統(tǒng)未進(jìn)行調(diào)壓處理。

        該企業(yè)現(xiàn)有的廢氣收集處理系統(tǒng)是自行設(shè)計(jì)的,矩形管和圓形管混接,管徑不適當(dāng),存在管線偏長、管道壓力損失大、各并聯(lián)管網(wǎng)壓力損失不匹配、未設(shè)置調(diào)壓裝置等問題,風(fēng)機(jī)風(fēng)壓不足以克服系統(tǒng)壓力損失,廢氣收集系統(tǒng)難以正常運(yùn)行,因此需要整改。

        2 VOCs廢氣收集處理系統(tǒng)的整改

        由上述分析可知,該企業(yè)現(xiàn)在的VOCs廢氣治理問題主要是:涂裝設(shè)備不合理,使油漆浪費(fèi)較多;漆霧回收效率較低;廢氣收集不全面;廢氣治理工藝不適當(dāng);廢氣治理設(shè)備規(guī)模偏?。粡U氣收集管網(wǎng)不匹配。于是對存在的問題進(jìn)行逐項(xiàng)整改。

        2.1 涂裝設(shè)備的整改

        建議改用工作壓力不超過0.3 MPa的低壓噴槍。

        2.2 有機(jī)廢氣收集系統(tǒng)的整改

        根據(jù)對VOCs產(chǎn)生源的分析,按表1進(jìn)行有機(jī)廢氣收集系統(tǒng)風(fēng)量計(jì)算。

        表1 有機(jī)廢氣收集系統(tǒng)的風(fēng)量設(shè)計(jì) Table 1 Design of exhaust gas volumetric flow rate for VOCs collection system

        2.3 有機(jī)廢氣處理工藝整改

        據(jù)《四川省2018年度揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)減排核算方法說明》,催化燃燒的VOCs去除效率為90%。該企業(yè)VOCs產(chǎn)生濃度經(jīng)計(jì)算約為188 mg/m3,若采用活性炭吸附濃縮后催化燃燒去除廢氣中90%的VOCs,則VOCs排放濃度為18.8 mg/m3,低于DB 51/2377-2017的VOCs排放限值60 mg/m3。因此VOCs廢氣去除率和排放濃度可以同時(shí)達(dá)標(biāo)。

        為保護(hù)后端處理設(shè)備和提高油漆回收利用率,擬對噴漆室進(jìn)行脫脂預(yù)處理。

        揮發(fā)性有機(jī)廢氣主要來自噴漆房和固化室,因此這兩處采用脫脂箱(預(yù)處理)加活性炭吸附濃縮催化燃燒工藝。為充分利用現(xiàn)有設(shè)備,底漆房的旋風(fēng)回收集漆霧設(shè)備保留,在其后端安裝脫脂箱,如圖1所示。

        圖1 VOCs廢氣處理工藝流程示意圖 Figure 1 Schematic diagram of VOCs-containing exhaust gas treatment process

        油漆分裝間和危廢暫存間產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)廢氣少,濃度較低,并且持續(xù)產(chǎn)生,因此經(jīng)收集后利用現(xiàn)有活性炭吸附設(shè)備處理后排放。

        2.4 漆霧回收設(shè)備的整改

        對噴漆室進(jìn)行脫脂預(yù)處理,保護(hù)了后端處理設(shè)備之余,又增大了油漆回收利用率。面漆房和底漆房分別配置一個(gè)脫脂箱,其處理能力大于收集風(fēng)量13662 m3/h。

        2.5 末端控制設(shè)備的整改

        2.5.1 噴漆房和固化室的有機(jī)廢氣末端控制設(shè)備

        將現(xiàn)有的噴淋塔、UV光解設(shè)備、活性炭吸附箱等末端控制設(shè)備改為活性炭轉(zhuǎn)輪濃縮-催化燃燒處理設(shè)備,它主要由活性炭轉(zhuǎn)輪濃縮、脫附系統(tǒng)、催化燃燒系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等部分組成,要求處理能力達(dá)到40000 m3/h,同時(shí)符合《催化燃燒法工業(yè)有機(jī)廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》(HJ 2027-2013)的要求。

        2.5.2 油漆分裝間和危廢暫存間有機(jī)廢氣的處理

        油漆分裝間和危廢暫存間的廢氣經(jīng)收集后,利用現(xiàn)有的活性炭吸附設(shè)備處理后排放。這兩處廢氣量為1400 m3/h,現(xiàn)有活性炭吸附設(shè)備尺寸為0.9 m × 1.0 m × 1.3 m,算得廢氣風(fēng)速為0.3 m/s,符合HJ 2026-2013標(biāo)準(zhǔn)中小于1.2 m/s的要求。因此現(xiàn)有活性炭吸附設(shè)備滿足這兩處廢氣的處理要求。

        2.6 通風(fēng)管的整改

        VOCs廢氣收集管網(wǎng)的設(shè)計(jì)與安裝應(yīng)根據(jù)廢氣性質(zhì)、廢氣量來確定管材、管徑,各并聯(lián)管路進(jìn)行調(diào)壓,根據(jù)壓力損失和風(fēng)量來選擇適用的風(fēng)機(jī)。各處理設(shè)施盡量縮短連接距離,減小通風(fēng)管道壓力損失。并聯(lián)風(fēng)管應(yīng)安裝壓力調(diào)節(jié)閥、密閉止回閥。各有機(jī)廢氣污染源的收集通風(fēng)管采用圓形管,長度、管徑及壓力損失見圖2。有機(jī)廢氣處理系統(tǒng)配置的風(fēng)機(jī)應(yīng)能克服管道和設(shè)備壓力損失。

        圖2 整改后通風(fēng)管示意圖 Figure 2 Diagram of ventilation duct after rectification

        2.7 整改工程投資及運(yùn)行費(fèi)用估算

        VOCs廢氣收集處理系統(tǒng)整改前后的對比見表2。這次整改投資主要體現(xiàn)在活性炭吸附濃縮催化燃燒設(shè)備的采購費(fèi)用和通風(fēng)管的整改費(fèi)用,具體的投資估算見表3。

        表2 有機(jī)廢氣收集處理系統(tǒng)整改前后的對比 Table 2 Comparison of VOCs-containing exhaust gas treatment system before and after rectification

        表3 投資估算表 Table 3 Investment estimate

        本項(xiàng)目的有機(jī)廢氣處理系統(tǒng)的運(yùn)行成本主要包括活性炭采購及廢活性炭處置費(fèi)用、脫脂箱耗材、電費(fèi)、催化燃燒設(shè)備維護(hù)和檢修費(fèi)用。處理能力為40000 m3/h的吸附濃縮催化燃燒設(shè)備的年運(yùn)行費(fèi)用大概4~8萬元。

        3 結(jié)語

        企業(yè)VOCs廢氣收集系統(tǒng)整改后,VOCs廢氣去除率和排放濃度同時(shí)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。本文可為中小型涂裝企業(yè)VOCs廢氣治理提供一定的參考。

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