張培

廈門(mén)禎瑞明環(huán)保科技有限公司，福建廈門(mén)，361000

0 引言

揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）是指參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物，包括非甲烷烴類(lèi)（烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴等）、含氧有機(jī)物（醛、酮、醇、醚等）、含氯有機(jī)物、含氮有機(jī)物、含硫有機(jī)物等，是形成臭氧（O3）和細(xì)顆粒物（PM2.5）污染的重要前體物[1]。汽車(chē)制造作為VOCs污染防治的重點(diǎn)行業(yè)，應(yīng)建立健全以改善環(huán)境空氣質(zhì)量為核心的VOCs污染防治管理體系，強(qiáng)化VOCs的排放控制。

1 汽車(chē)制造業(yè)VOCs來(lái)源及特點(diǎn)

汽車(chē)制造業(yè)VOCs主要來(lái)源于含VOCs原輔材料的使用，如表面涂裝作業(yè)中涂料調(diào)配、涂覆（含底涂、中涂、面涂、清漆）、流平、干燥/固化等環(huán)節(jié)。涂裝有機(jī)廢氣具有大風(fēng)量、中高濃度的特點(diǎn)，以芳香烴、含氧烴等為主要排放污染物[2]，根據(jù)行業(yè)特征和環(huán)境管理要求，可采用非甲烷總烴、苯、甲苯、二甲苯等作為污染控制項(xiàng)目。

2 VOCs控制技術(shù)

2.1 源頭替代

推廣使用高固體分、水性等低VOCs含量的涂料，替代溶劑型涂料，從源頭減少VOCs產(chǎn)生。

2.2 工藝控制

對(duì)含VOCs的物料儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)移和輸送等排放源實(shí)施監(jiān)管，VOCs物料應(yīng)儲(chǔ)存于密閉的容器、包裝袋、儲(chǔ)庫(kù)、料倉(cāng)中，在非取用狀態(tài)時(shí)應(yīng)加蓋、封口，保持密閉。推進(jìn)使用先進(jìn)生產(chǎn)工藝，重點(diǎn)推進(jìn)配套使用“三涂一烘”“兩涂一烘”或免中涂等緊湊型涂裝工藝；推廣靜電噴涂等高效涂裝工藝，鼓勵(lì)企業(yè)采用自動(dòng)化、智能化噴涂設(shè)備替代人工噴涂。提高廢氣收集率，采用全密閉集氣罩或密閉空間，除行業(yè)有特殊要求外，應(yīng)保持微負(fù)壓狀態(tài)，并根據(jù)相關(guān)規(guī)范合理設(shè)置通風(fēng)量。

2.3 末端治理

VOCs治理主要有蓄熱燃燒裝置（RTO）、蓄熱催化燃燒裝置（RCO）、吸附法、低溫等離子體法、光催化氧化法等[3-4]。RTO、RCO為燃燒法，廢氣中的VOCs燃燒分解為CO2和H2O，該方法對(duì)于成分復(fù)雜、濃度較高的VOCs廢氣治理效率較高。吸附法利用活性炭、硅藻土、硅膠、沸石和分子篩等吸附劑對(duì)工業(yè)廢氣中的VOCs進(jìn)行吸附處理，是我國(guó)VOCs治理最常用的方法之一，適用于大風(fēng)量、低濃度廢氣。低溫等離子體利用高壓脈沖放電產(chǎn)生OH等自由基和O等活性粒子，與VOCs發(fā)生反應(yīng)，生成CO2和H2O，該方法成本低、操作方便，但穩(wěn)定性差、凈化率低。光催化氧化法是使用催化劑，在一定光源條件下催化氧化各VOCs組分，使VOCs最終降解為CO2和H2O，該方法副產(chǎn)物少，但催化劑易失活、難以固定[5]。

3 某汽車(chē)零部件生產(chǎn)企業(yè)工程概況

3.1 公司概況

某汽車(chē)零部件企業(yè)主要生產(chǎn)鋁合金輪圈等汽車(chē)配件，采用“三涂一烘”涂裝工藝，輪圈涂裝車(chē)間生產(chǎn)工藝為：噴底漆→噴色漆→噴面漆→烘烤。主要設(shè)備包括3條機(jī)械自動(dòng)靜電噴漆生產(chǎn)線，含9個(gè)噴漆房、4個(gè)烘干房。油漆種類(lèi)包括底漆、色漆、面漆，使用時(shí)用稀釋劑調(diào)配。主要涂料成分見(jiàn)表1，噴漆室主要工藝參數(shù)見(jiàn)表2。

表1 主要涂料成分一覽表

表2 噴漆室主要工藝參數(shù)

3.2 改造前涂裝廢氣治理情況

截至2018年底，該企業(yè)涂裝廢氣分類(lèi)分質(zhì)進(jìn)行處理，4股廢氣分別經(jīng)4套廢氣處理系統(tǒng)，分別為：①低濃度廢氣，來(lái)源于修補(bǔ)間、蓋子（小工件）噴房，經(jīng)1#噴淋塔+1-2#等離子光解一體機(jī)處理；②低濃度廢氣，來(lái)源于密閉涂裝車(chē)間換風(fēng)廢氣，經(jīng)2#噴淋塔+3-4#等離子光解一體機(jī)處理；③較高濃度廢氣，來(lái)源于調(diào)漆間、烘干房，經(jīng)3#噴淋塔+5-8#等離子光解一體機(jī)處理；④高濃度廢氣，來(lái)源于噴漆房，經(jīng)1-2#超氧納米微氣泡凈化機(jī)處理。

3.3 改造前涂裝廢氣排放情況

涂裝廢氣分別經(jīng)4套廢氣處理系統(tǒng)處理后，由1個(gè)有機(jī)廢氣系統(tǒng)總排放，排氣筒高度為30m。根據(jù)2018年例行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)工況為83%，有機(jī)廢氣排放量225337m3/h，二甲苯的平均排放濃度為1.22mg/m3，排放速率為0.274kg/h，非甲烷總烴的平均排放濃度為12.9mg/m3，排放速率為2.90kg/h，可以滿足《廈門(mén)市大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 35/323-2011）的排放控制要求（二甲苯排放濃度≤40mg/m3，排放速率≤2.2kg/h；非甲烷總烴排放濃度≤100mg/m3，排放速率≤42kg/h）；二甲苯的處理效率為55.6%～97.6%，非甲烷總烴的處理效率為60.7%～77.6%。按年工作6600小時(shí)計(jì)，二甲苯排放量為1.808t/a，非甲烷總烴排放量為19.140t/a。

3.4 改造前廢氣處理系統(tǒng)存在的不足

改造前，廢氣污染物雖符合當(dāng)下的廢氣污染物排放控制要求，但是廢氣排放量大，廢氣處理效率不穩(wěn)定，僅對(duì)低濃度廢氣的處理效果較好，隨著《廈門(mén)市大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 35/323-2018）的頒布和實(shí)施，污染物排放標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，且多套廢氣處理系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)成本較高，基于不斷提高的環(huán)境保護(hù)要求，結(jié)合企業(yè)的實(shí)際情況，自2019年1月起，針對(duì)涂裝車(chē)間及廢氣處理系統(tǒng)，先后實(shí)施了一系列提升改造工作。

4 改造情況

4.1 涂裝設(shè)備改造

3條涂裝線噴房的涂裝設(shè)備陸續(xù)由靜電噴槍改造為旋杯靜電噴槍?zhuān)轨o電作用與高速旋轉(zhuǎn)的離心力相結(jié)合，產(chǎn)生更好、更均勻的涂料顆粒，帶電荷的涂料顆粒被吸引到接地良好的輪圈工件上，從而帶來(lái)出色的表面質(zhì)量和涂料傳輸效率，使產(chǎn)品整體表面涂層均勻，同時(shí)增加油漆利用率。

4.2 噴房改造

涂裝噴房由濕式噴房改為干式噴房，采用折流板和過(guò)濾材料等介質(zhì)的物理攔截捕集漆霧顆粒，替代噴房?jī)?nèi)的噴漆水簾柜。通過(guò)干式噴房?jī)?nèi)循環(huán)，降低廢氣排放量，改造后廢氣設(shè)計(jì)最大排放量由36萬(wàn)m3/h下降為12萬(wàn)m3/h。

4.3 廢氣處理系統(tǒng)改造

考慮到RTO技術(shù)能處理不同組成成分、不同濃度的VOCs，對(duì)廢氣中固體顆粒不敏感、裝置使用壽命較長(zhǎng)、維護(hù)工作量小、凈化率較高等優(yōu)點(diǎn)，企業(yè)廢氣處理系統(tǒng)改造成RTO裝置。

先行增加一套R(shí)TO蓄熱燃燒裝置用于處理高濃度有機(jī)廢氣，后又于RTO設(shè)施前端新增一套沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮裝置，并進(jìn)行收集管道的整合、排氣筒位置調(diào)整，停用等離子體工業(yè)有機(jī)廢氣凈化機(jī)、等離子光解一體機(jī)、超氧納米微氣泡凈化機(jī)，至此，涂裝廢氣全部經(jīng)過(guò)“沸石轉(zhuǎn)輪+RTO”裝置處理后經(jīng)過(guò)一根30m排氣筒排放。

4.3.1 廢氣治理工藝介紹

（1）沸石轉(zhuǎn)輪工作原理。含VOCs廢氣進(jìn)入沸石轉(zhuǎn)輪吸附凈化，脫附后的高濃度廢氣再通過(guò)燃燒裝置進(jìn)行燃燒凈化。沸石轉(zhuǎn)輪分為吸附區(qū)、冷卻區(qū)及脫附區(qū)。吸附區(qū)吸附廢氣中的有機(jī)物，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間吸附后，沸石轉(zhuǎn)輪吸附區(qū)達(dá)到飽和狀態(tài)，轉(zhuǎn)輪按照一定的速度（每小時(shí)1～6轉(zhuǎn)）自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)入冷卻和高溫脫附區(qū)域。凈化的空氣經(jīng)熱交換器加熱再通過(guò)脫附區(qū)，帶走分子篩中的有機(jī)物，此時(shí)的VOCs濃度濃縮至10倍以上，風(fēng)量大幅下降，脫附出來(lái)的廢氣屬于高濃度、小風(fēng)量、高溫度的有機(jī)廢氣[6-7]。沸石轉(zhuǎn)輪的工作示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 轉(zhuǎn)輪工作示意圖

（2）RTO。沸石轉(zhuǎn)輪脫附出來(lái)的廢氣引入RTO裝置進(jìn)行燃燒凈化處理，并利用蓄熱體對(duì)待處理廢氣進(jìn)行換熱升溫、對(duì)凈化后排氣進(jìn)行換熱降溫。具體如下：沸石轉(zhuǎn)輪脫附的高濃度廢氣經(jīng)阻火除塵器后進(jìn)入蓄熱陶瓷熱交換器，和高溫高熱反應(yīng)后儲(chǔ)存在蓄熱陶瓷內(nèi)的高溫氣體進(jìn)行能量間接交換，以預(yù)熱進(jìn)口廢氣，此時(shí)廢氣的溫度得到第一次提升；具有一定溫度的氣體進(jìn)入高溫氧化區(qū)，進(jìn)行第二次的溫度提升，有機(jī)物利用自身氧化燃燒的熱量維持自燃（如廢氣的溫度未達(dá)到氧化溫度，則由燃燒器直接加熱補(bǔ)償至氧化溫度），在高溫下全部分解成無(wú)害的CO2和H2O，并釋放能量；凈化后的氣體再通過(guò)蓄熱陶瓷將熱能儲(chǔ)存在陶瓷內(nèi)部，高溫尾氣經(jīng)蓄熱體降溫后由風(fēng)機(jī)引至排氣筒排放。每個(gè)蓄熱室依次經(jīng)歷蓄熱-放熱-清掃等程序，連續(xù)工作[8]。固定式三室蓄熱燃燒工藝流程示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 固定式三室蓄熱燃燒工藝流程示意圖

4.3.2 RTO技術(shù)參數(shù)

RTO裝置通常由蓄熱室、燃燒室和控制系統(tǒng)等組成，主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 RTO 系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)

5 改造后的效益

5.1 油漆單耗下降

噴漆設(shè)備改為旋杯靜電噴涂后，提高了涂料利用率，油漆單耗有所下降，根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，單位產(chǎn)品油漆（含稀釋劑）用量由0.209kg/件下降至0.178kg/件，消耗量下降14.8%。如表4所示。

表4 單位產(chǎn)品油漆（含稀釋劑）消耗量對(duì)比分析

5.2 廢氣排放量減少

涂裝噴房由濕式噴房改為干式噴房，通過(guò)干式噴房?jī)?nèi)循環(huán)，降低廢氣排放量，改造后廢氣設(shè)計(jì)最大排放量由36萬(wàn)m3/h下降為12萬(wàn)m3/h，實(shí)測(cè)廢氣排放量由22.5萬(wàn)m3/h減少至9.7萬(wàn)m3/h。

5.3 廢氣污染物減排

RTO裝置投入運(yùn)行后，對(duì)處理系統(tǒng)進(jìn)氣口和排放口的二甲苯、非甲烷總烴等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在滿負(fù)荷的工況下，二甲苯的平均排放濃度為0.3mg/m3，排放速率為0.051kg/h，非甲烷總烴的平均排放濃度為11.64mg/m3，排放速率為1.115kg/h，廢氣污染物排放可以滿足《廈門(mén)市大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 35/323-2018）的排放控制要求。

采用“沸石轉(zhuǎn)輪+RTO”裝置對(duì)有機(jī)廢氣進(jìn)行處理，二甲苯的處理效率為91.4%，非甲烷總烴的處理效率為93.4%，處理效率可維持在90%以上，二甲苯的排放量由改造前的1.808t/a下降到0.337t/a，非甲烷總烴的排放量由改造前的19.140t/a下降到7.359t/a，實(shí)現(xiàn)了有機(jī)廢氣污染物減排。如表5所示。

表5 改造后有機(jī)廢氣處理效果

6 持續(xù)改進(jìn)

企業(yè)后續(xù)將從原輔材料、無(wú)組織控制、環(huán)境管理等方面挖掘整改方向，進(jìn)一步減少?gòu)U氣污染物排放，減少對(duì)周邊環(huán)境的影響。優(yōu)化原輔材料：公司將在后續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中積極采用清潔的原料，如替換二甲苯含量較高的稀釋劑等。加強(qiáng)無(wú)組織控制：涂裝車(chē)間密閉設(shè)置，車(chē)間內(nèi)保持微負(fù)壓，改造雙重門(mén)、增設(shè)快速卷簾門(mén)，減少有機(jī)廢氣無(wú)組織逸散。加強(qiáng)環(huán)境管理工作：進(jìn)一步完善含VOCs物料臺(tái)賬、環(huán)境保護(hù)設(shè)施臺(tái)賬、廢氣處理設(shè)施操作規(guī)程及信息公示，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中排放的污染物進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，判斷環(huán)境質(zhì)量，評(píng)價(jià)環(huán)保設(shè)施及其治理效果，為防治污染和環(huán)境管理提供依據(jù)。

7 結(jié)論

某汽車(chē)零部件制造企業(yè)，噴漆設(shè)備改造為旋杯靜電噴涂后，可提高涂料利用率，單位產(chǎn)品油漆（含稀釋劑）用量由0.209kg/件下降至0.178kg/件，消耗量下降14.8%。涂裝噴房由濕式噴房改為干式噴房，通過(guò)干式噴房?jī)?nèi)循環(huán)，降低廢氣排放量，改造后廢氣設(shè)計(jì)排放量由36萬(wàn)m3/h下降為12萬(wàn)m3/h，實(shí)測(cè)廢氣排放量由22.5萬(wàn)m3/h減少至9.7萬(wàn)m3/h。采用“沸石轉(zhuǎn)輪+RTO”裝置對(duì)有機(jī)廢氣進(jìn)行處理，二甲苯的處理效率為91.4%，非甲烷總烴的處理效率為93.4%，處理效率可維持在90%以上，廢氣污染物可穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。