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2020-03-03
汽車涂裝生產線是汽車制造過程中產生“三廢”最多的環節，其中涂裝廢氣是涂裝“三廢”的主要部分。涂裝車間的廢氣主要是涂料中含有的有機溶劑和涂膜在噴涂 及烘干時的分解物，統稱為揮發性有機化合物（VOC），其成份主要有甲苯和二甲苯。這些成份對人的健康和生活環境有害，并且有惡臭，人如果長期吸入低濃度 的有機廢氣，會引發咳嗽、胸悶、氣喘甚至肺氣腫等慢性呼吸道疾病，是目前公認的強烈致癌物。除此之外，有機廢氣對光化學煙霧、酸雨的形成起著非常重要的作 用。為減少涂料中的VOC,開發了水性涂料和粉末涂料，但水性涂料中仍含有一定比例的有機溶劑。為此，各國頒布了相應的法令，限制該類氣體的排放，我國于 1997年頒布并實施的GB16297《大氣污染綜合排放標準》，限定了33種污染物的排放限值，其中包括苯、甲苯、二甲苯等揮發性有機溶劑。近年來，隨 著人們環保意識提高，環保法規不斷完善與執法力度不斷提高，汽車生產廠在新建涂裝線中需配置廢氣處理設備，對老的涂裝線也在逐步補充廢氣處理裝置，廢氣經 過處理達標后才能排放。針對不同的涂裝廢氣，不同的廠家采用了不同的方法，下面就汽車涂裝廢氣處理技術進行初淺的分析探討。
根據汽車涂裝生產工藝，涂裝廢氣主要來自于噴涂、干燥過程。所排放的污染物主要為：噴漆時產生的漆霧和有機溶劑，干燥揮發時產生的有機溶劑。漆霧主要來 自于空氣噴涂作業中溶劑型涂料飛散的部分，其成分與所使用的涂料一致。有機溶劑主要來自于涂料使用過程中的溶劑、稀釋劑，絕大部分屬揮發性排放，其主要的 污染物為二甲苯、苯、甲苯等。故涂裝中排放的有害廢氣的主要發生源為噴漆室、晾干室、烘干室。
1、汽車生產線廢氣處理方法
1.1烘干過程有機廢氣的治理方案
電泳、中涂、面涂烘干室排出的氣體屬于高溫、高濃度廢氣，適合采用焚燒的方法進行處理。目前烘干過程常用的廢氣處理措施有：蓄熱式熱力氧化技術（RTO）、蓄熱式催化燃燒技術（RCO）、TNV回收式熱力焚燒系統
1.1.1蓄熱式熱力氧化技術（RTO）
蓄熱式熱氧化器（Regenerative Thermal Oxidizer,簡稱RTO）是一種用于處理中低濃度揮發性有機廢氣的節能型環保裝置。適用于大風量、低濃度，適用于有機廢氣濃度在100PPM— 20000PPM之間。其操作費用低,有機廢氣濃度在450PPM以上時，RTO裝置不需添加輔助燃料；凈化率高，兩床式RTO凈化率能達到98%以上， 三床式RTO凈化率能達到99%以上，并且不產生NOX等二次污染；全自動控制、操作簡單；安全性高。
蓄熱式熱氧化器采用熱氧化法處理中低濃度的有機廢氣，用陶瓷蓄熱床換熱器回收熱量。由陶瓷蓄熱床、自動控制閥、燃燒室和控制系統等組成。主要特征是：蓄熱 床底部的自動控制閥分別與進氣總管和排氣總管相連，蓄熱床通過換向閥交替換向，將由燃燒室出來的高溫氣體熱量蓄留，并預熱進入蓄熱床的有機廢氣，蓄熱床采 用陶瓷蓄熱材料吸收、釋放熱量；預熱到一定溫度（≥760℃）的有機廢氣在燃燒室燃燒發生氧化反應，生成二氧化碳和水，得到凈化。典型的兩床式RTO主體 結構一個燃燒室、兩個陶瓷填料床和四個切換閥組成（見下圖）。該裝置中的蓄熱式陶瓷填充床換熱器可使熱能得到最大限度的回收，熱回收率大于95%；處理有 機廢氣時不用或使用很少的燃料。
優點：在處理大流量低濃度的有機廢氣時，運行成本非常低。
缺點：較高的一次性投資，燃燒溫度較高，不適合處理高濃度的有機廢氣，有很多運動部件，需要較多的維護工作。
1.1.2蓄熱式催化燃燒技術（RCO）
蓄熱式催化燃燒裝置（Regenerative Catalytic Oxidizer簡稱RCO）直接應用于中高濃度（1000mg/m3—10000mg/m3）的有機廢氣凈化。RCO處理技術特別適用于熱回收率需求高 的場合，也適用于同一生產線上，因產品不同，廢氣成分經常發生變化或廢氣濃度波動較大的場合。尤其適用于需要熱能回收的企業或烘干線廢氣處理，可將能源回 收用于烘干線，從而達到節約能源的目的。
蓄熱式催化燃燒治理技術是典型的氣-固相反應，其實質是活性氧參與的深度氧化作用。在催化氧化過程中，催化劑表面的吸附作用使反應物分子富集于催化劑表 面，催化劑降低活化能的作用加快了氧化反應的進行，提高了氧化反應的速率。在特定催化劑的作用下，有機物在較低的起燃溫度下（250~300℃）發生無焰 氧化燃燒，氧化分解為CO2和水。并放出大量熱能。
RCO裝置主要由爐體、催化蓄熱體、燃燒系統、自控系統、自動閥門等幾個系統構成。在工業生產過程中，排放的有機尾氣通過引風機進入設備的旋轉閥，通過選 轉閥將進口氣體和出口氣體完全分開。氣體首先通過陶瓷材料層1預熱后發生熱量的儲備和熱交換，其溫度幾乎達到催化層進行催化氧化所設定的溫度，這時其中部 分污染物氧化分解；廢氣繼續通過加熱區（可采用電加熱方式或天然氣加熱方式）升溫，并維持在設定溫度；其再進入催化層完成催化氧化反應，即反應生成CO2 和H2O，并釋放大量的熱量，以達到預期的處理效果。經催化氧化后的氣體進入陶瓷材料層2，回收熱能后通過旋轉閥排放到大氣中，凈化后排氣溫度僅略高于廢 氣處理前的溫度。系統連續運轉、自動切換。通過旋轉閥工作，所有的陶瓷填充層均完成加熱、冷卻、凈化的循環步驟，熱量得以回收。
優點：工藝流程簡單、設備緊湊、運行可靠；凈化效率高，一般均可達98%以上；與RTO相比燃燒溫度低；一次性投資低，運行費用低，其熱回收效率一般均可 達85%以上；整個過程無廢水產生，凈化過程不產生NOX等二次污染；RCO凈化設備可與烘房配套使用，凈化后的氣體可直接回用到烘房利用，達到節能減排 的目的；
缺點：催化燃燒裝置僅適用含低沸點有機成分、灰分含量低的有機廢氣的處理，對含油煙等粘性物質的廢氣處理則不宜采用，催化劑宜中毒；處理有機廢氣濃度在20％以下。
1.1.3TNV回收式熱力焚燒系統
回收式熱力焚燒系統（德語Thermische Nachverbrennung簡稱TNV）是利用燃氣或燃油直接燃燒加熱含有機溶劑的廢氣，在高溫作用下，有機溶劑分子被氧化分解為CO2和水，產生的 高溫煙氣通過配套的多級換熱裝置加熱生產過程需要的空氣或熱水，充分回收利用氧化分解有機廢氣時產生的熱能，降低整個系統的能耗。因此，TNV系統是生產 過程需要大量熱量時，處理含有機溶劑廢氣高效、理想的處理方式，對于新建涂裝生產線，一般采用TNV回收式熱力焚燒系統。
TNV系統由三大部分組成：廢氣預熱及焚燒系統、循環風供熱系統、新風換熱系統。該系統中的廢氣焚燒集中供熱裝置是TNV的核心部分，它由爐體、燃燒室、 換熱器、燃燒機及主煙道調節閥等組成。其工作過程為：用一臺高壓頭風機將有機廢氣從烘干室內抽出，經過廢氣焚燒集中供熱裝置的內置換熱器預熱后，到達燃燒 室內，然后再通過燃燒機加熱，在高溫下（750℃左右）將有機廢氣進行氧化分解，分解后的有機廢氣變成CO2和水。產生的高溫煙氣通過爐內的換熱器和主煙 氣管道排出，排出的煙氣對烘干室的循環風進行加熱，為烘干室提供所需的熱量。在系統末端設置新風換熱裝置，將系統余熱進行最后回收，將烘干室補充的新風用 煙氣加熱后送入烘干室。另外，在主煙氣管道上還設置有電動調節閥，用于調節裝置出口的煙氣溫度，最終排放的煙氣溫度可以控制在160℃左右。
廢氣焚燒集中供熱裝置的特點包括：有機廢氣在燃燒室的逗留時間為1～2s；有機廢氣分解率大于99％；熱回收率可達76％；燃燒器輸出的調節比可達26∶1，最高可達40∶1。
缺點：在處理低濃度有機廢氣時，運行成本較高；管式熱交換器只是在連續運行時，才有較長的壽命。
1.2噴漆室、晾干室有機廢氣的治理方案
噴漆室、晾干室排出的氣體為低濃度、大流量常溫廢氣，污染物的主要組成為芳香烴、醇醚類、酯類有機溶劑。目前，國外較為成熟的方法是：先將有機廢氣濃縮以 減少需處理的有機廢氣總量，先采用吸附法（活性碳或沸石作吸附劑）對低濃度常溫噴漆廢氣進行吸附，用高溫氣體脫附，濃縮的廢氣采用催化燃燒或蓄熱式熱力燃 燒的方法進行處理。
1.2.1活性炭吸附--脫附凈化裝置
采用蜂窩狀活性炭為吸附劑，結合吸附凈化、脫附再生并濃縮VOC和催化燃燒的原理,即將大風量、低濃度的有機廢氣通過蜂窩狀活性炭吸附以達到凈化空氣的目 的，當活性炭吸附飽和后再用熱空氣脫附使活性炭得到再生，脫附出濃縮的有機物被送往催化燃燒床進行催化燃燒，有機物被氧化成無害的CO2和H20，燃燒后 的熱廢氣通過熱交換器加熱冷空氣，熱交換后降溫的氣體部分排放,部分用于蜂窩狀活性炭的脫附再生，達到廢熱利用和節能的目的。整套裝置由預濾器、吸附床、 催化燃燒床、阻燃器、相關的風機、閥門等組成。
活性炭吸附--脫附凈化裝置根據吸附和催化燃燒兩個基本原理設計，采用雙氣路連續工作，一個催化燃燒室，兩個吸附床交替使用。先將有機廢氣用活性炭吸附， 當快達到飽和時停止吸附，然后用熱氣流將有機物從活性炭上脫附下來使活性炭再生；脫附下來的有機物已被濃縮（濃度較原來提高幾十倍）并送往催化燃燒室催化 燃燒成二氧化碳及水蒸氣排出。當有機廢氣的濃度達到2000PPm以上時，有機廢氣在催化床可維持自燃，不用外加熱。燃燒后的尾氣一部分排入大氣，大部分 被送往吸附床，用于活性炭再生。這樣可滿足燃燒和吸附所需的熱能，達到節能的目的。再生后的可進入下次吸附；在脫附時，凈化操作可用另一個吸附床進行，既 適合于連續操作，也適合于間斷操作。
技術性能及特點：性能穩定，結構簡便，安全可靠，節能省力，無二次污染。設備占地面積小，重量輕。極適用于大風量下使用。吸附有機物廢氣的活性炭床，用催 化燃燒后的廢氣進行脫附再生，脫附后的氣體再送催化燃燒室進行凈化，不需外部能量，節能效果顯著。缺點是，活性炭使用壽命短，運行成本高。
1.2.2沸石轉輪吸附--脫附凈化裝置
沸石的主要成分為：硅、鋁，具有吸附能力，可作為吸附劑使用；沸石轉輪就是利用沸石特定孔徑對于有機污染物具有吸附、脫附能力的特性，使原本具低濃度、大 風量的VOC廢氣，經沸石轉輪濃縮轉換成小風量、高濃度的氣體，可以降低后端終處理設備的運行成本。其裝置特性適合處理大流量、低濃度、含多種有機成分的 廢氣。缺點是前期投資高。
沸石轉輪吸附-凈化裝置是一種可連續進行吸附和脫附操作的氣體凈化裝置。沸石轉輪兩側由特制的密封裝置分成三個區域：吸附區、解吸（再生）區及冷卻區域。 該系統的工作過程是：沸石轉輪以較低的速度連續轉動，循環通過吸附區和解吸（再生）區及冷卻區域；低濃度、大風量的廢氣連續不斷地通過轉輪的吸附區時，廢 氣中的VOC被轉輪的沸石吸附，被吸附凈化后的氣體直接排放；輪子吸附的有機溶劑隨著轉輪的轉動被送到解吸（再生）區，再用小風量熱風連續地通過解吸區， 被吸附到轉輪上的VOC在解吸區受熱脫附實現再生，VOC廢氣隨熱風一起排出；轉輪轉至冷卻區域進行冷卻降溫后可重新進行吸附，隨著轉輪的不斷轉動，吸 附、解吸、冷卻循環進行，確保廢氣處理持續穩定的運行。
沸石轉輪裝置實質上是一個濃縮器，經過轉輪處理后的含有機溶劑的廢氣被分成兩個部分：可以直接排放的潔凈空氣和含高濃度有機溶劑的再生空氣。可以直接排放 的潔凈空氣，可以進入噴漆空調通風系統進行循環使用；高濃度的VOC氣體，其濃度大約為進入系統前VOC濃度的10倍左右，濃縮后的氣體再通過TNV回收 式熱力焚燒系統（或其他設備）進行高溫焚燒處理，焚燒產生的熱量分別為烘干室供熱和沸石轉輪脫附供熱，熱量被充分利用，達到節能減排的效果。
技術性能及特點：結構簡單，維護方便，使用壽命長；高吸、脫附效率,使原本高風量、低濃度的VOCs廢氣,轉換成低風量、高濃度的廢氣,降低后端終處理設 備的成本；沸石轉輪吸附VOC所產生的壓降極低,可大大減少電力能耗；整體系統采預組及模塊化設計,具備了最小的空間需求,且提供了持續性及無人化的操控 模式；經過轉輪濃縮后的廢氣,可達到國家排放標準；吸附劑使用不可燃性疏水沸石，使用更安全；缺點是一次性投資較高。
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