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汽车涂装车间废气治理解决方案

1、汽车喷涂废气排放分析条件及数据:

       汽车涂装车间要对工件进行漆前处理、电泳和喷漆。涂漆工序包括喷漆、流平和烘干,在这些工序中会产生有机废气(VOC)及过喷漆雾,在喷漆室处理过喷漆雾装置的循环水系统中要添加絮凝剂,使废气及过喷漆雾与循环水充分接触,形成废漆渣,循环水要进行漆渣处理,还要定期排放循环水。根据GB16297-1996《大气污染物综合排放标准》,对喷漆产生的甲苯、二甲苯和非甲烷总烃及过喷漆雾(颗粒物)等的排放量要达到限值要求。本文以某种车型的轿车为例对其喷漆、流平和烘干工序产生的废气进行分析并简要说明处理措施。

1)确定年生产量、全年工作日、几班制生产、设备利用率、每小时涂装生产能力。
2)确定涂漆种类。本例中有50%的车身面漆采用金属闪光漆,即面漆包括金属底色漆(BC)及罩光漆(CC),另50%采用本色漆。采用聚酯中涂漆、金属闪光漆为丙烯酸聚酯金属底色漆和丙烯酸罩光漆;本色漆为丙烯酸漆。中涂层膜厚35μm,BC15μm/CC35μm
,本色漆40μm。
3)确定工艺方案。本例中涂和面漆的喷漆、流平和烘干共用一条生产线,因此该线的车身通过能力为30辆/h。为满足个性化的需求,还设计了一条多功能喷漆线,可对20%的车身进行套色和对20%的车身进行返修。
4)确定VOC排气筒的位置及数量。根据GB16297-1996规定:
①新污染源的排气筒一般不应低于15m。若某新污染源的排气筒必须低于15m时,其排放速率标准值按外推法的计算结果再严格50%执行。
②2个排放相同污染物的排气筒,若距离小于其几何高度之和,应合并视为一根等效排气筒。若有3根以上的近距排气筒,且排放同一种污染物时,应以前2根的等效排气筒依次与第3、4根排气筒取等效

③本标准还规定排气筒高度除须遵守排放标准外,还应高出周围200m半径范围的建筑5m以上,不能达到该要求的排气筒,因按其高度对应的标准排放速率值严格50%执行。本例中涂/面漆喷漆室及流平室和多功能喷漆室及流平室共设一个排气塔。中涂/面漆烘干室及多功能烘干室各设一个排气筒。考虑2个烘干室排气筒距离小于其几何高度之和,所以合并视为一根等效排气筒,而等效排气筒排放速率按上述排放标准附录A规定应为2个烘干室排气筒污染物排放速率之和。所以,本例将2个烘干室合并一起计算废气排放速率及浓度;喷漆排气塔与烘干室的距离将不小于其几何高度之和,所以不必按等效排气筒考虑。

5)确定喷涂方法。本例车身外表面采用自动静电喷漆,除喷涂第2道金属底色漆时采用空气枪喷涂外,其余均采用静电涡轮杯喷涂;车身内表面喷漆及自动喷漆后的检查、补漆工位及多功能喷漆线采用手工喷漆。因此,油漆的平均涂着率按75%计算,即有25%的过喷漆雾需要处理。
6)确定涂料品种、用量及工作漆中各种VOC的含量。本例采用某油漆厂生产的有机溶剂型中涂漆和面漆(考虑到返修及套色用量),油漆厂提供的原漆由固体分和溶剂等组成,喷漆时所用工作漆中要另外加入稀释剂。其产生有排放限值要求的废气为二甲苯、
甲苯、非甲烷总烃及过喷漆雾(颗粒物)。本例每辆车各种油漆用量及其工作漆中溶剂、固体分和稀释剂含量见表1。

本例各种漆溶剂和稀释剂中各组分的质量百分比含量见表2。表2中的芳香烃不含苯,其中甲苯含量小于10%(本例按10%估算),二甲苯已单独列出。非甲烷总烃为二甲苯和芳香烃的总合。


2、喷漆室、流平室及烘干室有机废气的产生量分析
2.1 估算出每辆车所用工作漆中固体分及VOC的含量:

2.2 确定每小时产生废气最多的工况根据大气污染物综合排放标准规定,最高允许排放浓度是指处理设施后排气筒中污染物任何1h浓度平均值不得超过的限值;最高允许排放速率是指一定高度的排气筒任何1h排放污染物的质量不得超过的限值。因此要确定每小时产生废气最多的工况。在本例中车身喷中涂前设有储存线,车身中涂后设有车身颜色编组站,可使中涂/面漆线对车身喷中涂和面漆时,相对集中地喷一类漆,减少换漆次数,节省用漆,节省清洗喷具用有机溶剂,有利于环保。因此,可能有以下几种工况:
1)某1小时内对30辆车身全部喷中涂漆;
2)某1小时内对30辆车身全部喷涂面漆,有以下2种情况:
①全部喷涂金属闪光漆,即金属底色漆及罩光漆;

②全部喷涂单色漆。经对上述各种工况进行分析后,以全部喷涂金属闪光漆每小时所用工作漆中含VOC的总量最大;且在喷漆室、流平室及烘干室产生的二甲苯、甲苯及非甲烷总烃的废气量也最大;喷漆室产生过喷漆雾的固体分(颗粒物为18.17kg/h,过喷漆雾中的有机溶剂已经单独计算)也最大,其值见表4和表5。



2.3 确定在喷漆室、流平室及烘干室产生有机废气的比例

本例在喷漆室、流平室及烘干室产生VOC的比例见表6。


2.4 确定在喷漆室、流平室及烘干室各种VOC的产生量

       喷金属底色漆及罩光漆时,喷漆室废气及过喷漆雾和一半的流平室废气经喷漆室底部水循环系统絮凝处理后,其中二甲苯及芳香烃可吸收5%(被包裹在漆渣中),酯、酮、醚、醇等类可吸收13%(部分溶解在水中,部分被包裹在漆渣中);过喷漆雾中的油漆固体分与喷漆室底部水充分接触,其漆雾被加入絮凝剂的水充分吸收形成漆渣,其净化效率在95%以上,故排放的过喷漆雾很少,且风量很大,故可忽略不计;流平室另一半废气与喷漆室废气合并成一个排气塔,大风量、低浓度高空排放;烘干室采用直接燃烧法处理,净化效率达98%以上。经以上处理后,喷漆室、流平室及烘干室每小时各自产生和排放的VOC量见表7。


3、汽车涂装废气治理技术

涂装车间产生有机废气的主要来源有喷漆室、挥发室和烘房。喷漆室和烘房废气的产生及排放见下图所示。


汽车涂装车间废气来源及处理

烘房废气和喷漆室废气参数对比见下表

       烘房废气的特点是风量小、浓度高,一般采用高温氧化焚烧处理,在高温条件下挥发性有机物氧化分解,产生的热量作为烘房所需的热源,净化后的空气可以达到国家和地方发布的排放标准。而喷漆室产生的有机废气由于风量大、浓度低,在满足国家法规的情况下一般都采用高空直接排放,从而造成严重的环境污染。近几年,许多地方政府相继出台了地方法规,对有机废气排放制定了更严苛的标准。为满足这些要求,部分喷漆室所排放的有机废气也必须进行有效治理。

       汽车涂装喷漆室废气具有风量大、浓度低的特点。如果采用直接燃烧处理,成本比较高,因此通常采用吸附的方法进行处理,即采吸附转轮进行浓缩,浓缩后变为浓度高、风量低的气体,然后采用高温焚烧氧化处理。吸附材料目前有活性炭和分子筛沸石,这2种吸附剂的特性对比见下表:


       活性炭一般适用于大部分VOC的吸附净化,但在实际工业应用中,其对需处理的废气有较高的相对湿度要求,通常小于50%左右;而且活性炭存在再生困吸附性能受水气影响大吸附饱和时在热气流再生过程中安全性较差易发生火灾等缺陷性炭在涂装车间喷漆室废气处理应用中并不适用。沸石分子筛的特性为:有较强的疏水性,对原始废气的相对湿度要求较低,而且不可燃耐温高高温再生简单易行维护方便因此,非常适合用于处理汽车涂装车间的喷漆室和晾干室废气

4、汽车喷漆室废气治理解决方案:

4.1 干式喷漆室废气处理技术方案:

       以某汽车涂装车间为例,采用无中涂工艺,即水性色漆和双组分溶剂型清漆工艺,同时采用石灰石干式漆雾处理。由于车身内、外表面 100%采用机器人自动喷涂,因此85%的空气循环使用,其喷漆室的排风浓度高于当地排放标准,必须处理后才允许排放。由于来自干式喷漆室的废气颗粒排放小于 0.1 mg/m3,所以只要再经过 2 道过滤即 F7 和 F9,即可去除废气中的颗粒物,确保颗粒物不会进入转轮而造成堵塞。然后这些大风量、低浓度的废气被沸石有效吸附 处理后变为干净的气体,而吸附在转轮上的有机溶剂被高温气体脱附后变为高浓度、低风量的气体,通过高温焚烧氧化处理后转化为洁净气体进行排放。脱附后的沸石经过冷却后重新进入吸附区进行有机溶剂吸附。

4.2 湿式喷漆室废气处理技术方案:

       以某汽车公司涂装车间为例,由于该车间建设比较早,采用传统溶剂型工艺,漆雾经过文丘里水洗装置处理后通过70 m高烟囱排放。虽然该喷漆室排放满足国家排放法规,但是无法满足 2017 年 1 月 1 日开始实施的地方排放法规要求,因此必须进行净化处理才能排放。

       来自湿式喷漆室的废气中颗粒物为 3 mg/m3,所以 首先经过 4 道过滤,包括 G4、F5、F7、F9 去除废气中的 颗粒物,以免这些颗粒物进入转轮造成堵塞。废气进入 沸石转轮系统后,大风量、低浓度的废气被沸石有效吸 附处理后变为干净的气体,而吸附在转轮上的有机溶 剂被高温气体脱附后变为高浓度、低风量的气体,这部 分高浓度的废气一部分被引入到转轮入口,以提高入 口的废气浓度,这样可以减少焚烧处理设备的装机容 量以及能源的耗量。通过高温焚烧处理后转为洁净气 体进行排放,脱附后的沸石转轮经过冷却后重新进入吸附区进行有机溶剂吸附。