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汽车涂装车间的废气处理系统方案探讨

作者:zmhb 来源: 日期:2018-1-4 10:15:33 人气:0

环境污染日益严重,环保法规、标准加严,我国对汽车厂涂装车间废气排放提出了更加严格的要求,如天津市发布了DB12/524—2014《工业企业挥发性有机物排放控制标准》。

现阶段的VOCs总量限值、排放浓度、排放速率较之前的指标要求更加严格,而相比原有的国家标准,有机废气的排放指标更加明确、要求也更加严格。根据天津市最新法规要求,无论通过理论计算还是实际测量,无论是传统的3C2B还是新型的水性漆免中涂工艺,都无法达到排放指标的要求。为了达到排放要求,国内大部分汽车厂在新建涂装车间或在旧车间基础上都已开始着手配置喷漆废气处理系统,为寻求高性价高、质量好、安全系数高的设备,设备选型时应进行技术方案策划及技术细节分析。

1涂装车间废气来源及特点

汽车涂装车间废气主要是涂料所含的有机溶剂和涂膜在烘干时的分解物,统称为挥发性有机物(VOCs),对人的健康和生活环境有害,并且有恶臭。VOCs的成分排出量随所使用的涂料品种、使用量、使用条件等的变化而有差异。涂装车间废气主要发生源为喷漆室、晾干室和烘干室三者的排气。

2废气处理量计算

2.1烘干室废气处理量

烘干室废气产生量及计算方法见GB/T14443—2006《涂装作业安全规程涂层烘干室安全技术规定》。

2.2晾干室及喷漆室废气处理量

喷漆室各工位段(色漆、清漆等)主要有害物质(苯、甲苯、二甲苯、非甲烷总烃)排放速率及浓度根据以下情况分别计算。

1)若为改造项目,可直接利用专用设备在排放口进行各污染物浓度精确测量,根据风机风量及浓度推算排放速率;

2)若为新建项目,可先分别进行苯、甲苯、二甲苯、非甲烷总烃排放速率初步核算。

3)晾干室与清漆喷漆室一般为同一套送排风装置,将其废气处理量与清漆喷漆室废气处理量合并计算,故不进行单独计算。

3废气处理方法

涂装废气处理方法具有代表性的有直接燃烧法、催化燃烧法、吸附法、吸收法。烘干室的废气一般还有油烟,且废气浓度较高,宜采用直接燃烧法处理;喷漆室、晾干室废气浓度低、排放量大,宜采用浓缩焚烧处理。处理装置的选定还需考虑具体排出废气的浓度和风量,结合项目实际状况综合分析,确定最终方案。



4废气处理系统选型

以某15万台/a产能汽车涂装车间废气处理系统选型为例,介绍废气处理系统选型关键技术要求及注意事项。

4.1项目信息

生产纲领:15万台/a;生产班制:每班工作8h,2班制,全年工作245d,设计最大产能为43JPH;涂装工艺:水性漆免中涂;废气处理方式为“转轮浓缩+RTO焚烧”。

4.2废气处理系统选型技术要求

4.2.1沸石转轮浓缩系统

1)根据项目产能、涂料参数、涂料消耗等信息计算,废气排放速率及浓度如表8所列。喷漆线VOCs排放浓度为408.24mg/m3;考虑到理论计算的不确定性,喷漆室排放浓度按照500mg/m3进行转轮选型;考虑到浓缩完成后VOCs浓度应低于爆炸下限的25%,转轮浓缩比按照13∶1选型,浓缩完成后VOCs浓度为6.5g/m3(此浓度考虑烘干线不运行时,喷漆废气浓度造成RTO超温)。

2)因为烘干线废气中含有高沸点物质,且烘干高温废气与喷漆室废气混合后会由于冷凝析出油污,对转轮沸石造成损害,故烘干废气不进行浓缩处理,直接进入RTO进行焚烧处理。

3)沸石转轮浓缩系统中沸石填充为模块化沸石填充,当局部出现故障时,可对局部沸石模块进行更换。

4)沸石转轮浓缩系统设置为温度在线监测,当转轮温度达到设定报警值时,系统立即发出报警,原始有机废气自动切换为应急模式。

5)沸石转轮浓缩系统设置为压力在线监测,当转轮前后压差达到设定报警值时,系统立即发出报警,原始有机废气自动切换为应急模式。

6)沸石转轮浓缩系统转轮速度在线监测,并对转轮安装限速器,确保转轮速度控制在设定范围,当转轮转速达到设定限值时,系统立即发出报警,原始有机废气自动切换为应急模式。

7)沸石转轮设置停止运行监测装置,转轮停止转动时,系统立即发出报警,原始有机废气自动切换为应急模式。

8)沸石转轮浓缩系统应预留检修口,检修口内口尺寸宜不小于1000mm(L)×700mm(W),检修门上宜设置玻璃观察口,观察窗玻璃宜采用5mm厚双层夹胶玻璃,检修口区域安装有维修照明灯。

9)沸石转轮浓缩系统应采取隔热防护,保温的厚度要保证设备外表面温度不得高于周围环境空气温度15℃,表面所有点温度都不得超过60℃。

10)沸石转轮设备前后预留有机废气取样口(检测口),取样口应设置在方便人员操作的位置。

11)沸石转轮应具备高温清洗功能,定期进行高温清洗,去除沸石转轮中残留的难挥发性(高沸点)物质。

12)沸石转轮应配置水清洗设施,在高温清洗时,当出风温度超过进风温度20℃时,系统自动停止高温清洗,启动水清洗系统,防止沸石转轮发生闷燃现象。

4.2.2废气新风温湿度调节系统

为保证废气的净化效率,气体进入转轮的温度≤35℃,相对湿度≤80%,文丘里式喷漆废气温湿度(温度约20℃,相对湿度约90%)无法满足要求,可考虑将喷漆废气进行加热,在温度提升的前提下,降低相对湿度,可将部分RTO出口风(约110℃)或转轮冷却区出风(约110℃)引入转轮前与喷漆废气新风混合,在沸石转轮设备前设置温湿度检测元件,通过PLC自动控制,调节RTO出口管路上阀门开度,调节进转轮前废气温湿度。

4.2.3废气过滤系统

1)喷漆室排风进入转轮前宜设置四级过滤(漆雾毡、G4、F7、F9,前三级过滤可根据需要进行过滤精度调整,最后一级过滤应采用F9级),过滤箱设置照明、检修门、踏台等。

2)过滤器室体、框架及地板宜采用06Cr19Ni10不锈钢制作。

3)过滤器室体、框架、壁板应采用满焊的结构,确保不漏风。

4)过滤器设排水口,排水应顺畅,保证过滤器室体内无积水。

5)在废气过滤器前端预留废气取样口,取样口应设置在方便取样的位置。

6)每级过滤器前后宜设置压差变送器,当过滤系统压力达到设定报警值时,报警系统发出报警信号,提醒操作人员更换过滤袋。

7)烘干废气在进入RTO前应设置高温过滤器,过滤器等级宜为G3或G4。

4.2.4脱附换热系统

1)沸石转轮的脱附温度通常为180~220℃,脱附加热可采用混风加热形式,可将RTO高温烟气与转轮冷却区排风(或转轮吸附区排风)通过混合罐混合后用于转轮脱附,采用自动阀控制混风温度。

2)混合罐后应配置温度在线监测系统,具备超温报警功能。

3)混合罐后应设置高温过滤器,防止系统中杂质进入转轮。

4.2.5废气焚烧系统(RTO)

1)RTO参数:RTO结构宜为三蓄热室塔式结构,VOCs去除率≥99%,热效率≥95%,氧化温度为750~850℃,废气滞留时间≥1s,进出口废气平均温差≤40℃。

2)废气焚烧系统进口安装在线VOCs浓度测定和报警连锁装置,显示进出VOCs浓度,当气体VOCs浓度高于某一设定值时,系统立即发出声光报警,提醒操作人员对设备进行检查;当气体VOCs浓度超过规定的危险值时,立即发出报警信号,并自动关闭加热电源,同时自动切断原始废气和焚烧系统天然气供给,废气经旁通直接排放,原始废气自动切换为应急模式。

3)废气焚烧系统温度在线监测,可设置四级报警点,当温度达到一级报警点(可设置为850℃)时,燃烧室高温阀门打开,释放多余热量;当温度达到二级报警点(可设置为900℃)时,RTO入口新鲜风阀门开启,补充适量的新鲜风,稀释废气浓度;当燃烧室温度继续升高,达到三级报警点(可设置为950℃)时,系统报警,废气应急排放;当温度继续升高,达到四级报警点(可设置为1020℃)时,RTO停机并进行冷却吹扫。

4)废气焚烧系统压力在线监测,并与原始废气和焚烧系统天然气供给连锁,当压力达到设定值时,系统立即发出声光报警,提醒操作人员对该系统进行清洁,同时切断原始废气和焚烧系统天然气供给,废气经旁通直接排放,原始废气自动切换为紧急模式。

5)RTO的陶瓷区分高中低三层,每层分别设置温度监测,当上层温度超过设定值(可设定为800℃)时,系统报警提示异常,打开高温阀释放多余热量;当上层温度超过设定值(可设定为850℃)时,系统紧急停机;当中层温度超过设定值(可设定为600℃)时,系统报警提示异常。

6)烘干废气进入RTO前应设置阻火器,阻火器上设置压缩空气吹扫装置。

7)废气焚烧系统留有检修口,检修口尺寸方便人员操作。

8)RTO前后应设置废气浓度检测口,检测口位置应方便人员操作。

9)RTO装置外表面使用碳钢板,表面喷涂耐高温300℃防锈漆,外表面温度不超过环境温度40℃。

10)系统应结合项目所在地法规要求,确定是否配置废气排放浓度在线监测系统(FID)。

11)焚烧系统应包括燃烧控制器、火焰检测器、压缩空气冷却装置、高压点火器、相应的阀门组合、燃烧室压力监测(压差表)、点火前吹扫、熄火保护、超温报警、燃气泄漏自检和超温切断燃料供给等功能。

12)焚烧系统控制柜应设有:火焰程序控制器、马达启动器、风压开关、点火变压器、温度控制器、高温限位控制器、热电偶等。

13)压缩空气管道及阀组:包含主关断阀、压缩空气过滤净化装置、压缩空气压力调节装置、压缩空气压力表、压缩空气自动开关电磁阀等主要元器件,压缩空气管道要求连接紧密,不得有任何漏气现象,所有气动阀门在压缩空气汇总管上设置缓冲气包,避免短时间内因压缩空气停止而造成阀门无法使用。

4.2.6高温烟气管道

1)烘干室到废气焚烧炉间高温管道:宜采用厚度≥1.5mm的渗铝钢板或不锈钢板连续焊接制成。

2)废气吸口管道设置新风吸口并配置气动阀来进行点火前吹扫及关线后冷却(乙方新风吸口设置气动阀,新风口涉及RTO、转轮安全性能,需快速开启,因电动阀无法“快开”,建议采用气动阀)。

3)每套高温烟气管道上均设置06Cr19Ni10不锈钢波纹膨胀节(具体位置数量乙方设计),采用厚度为1.5mm的不锈钢耐热钢板制成,须保证膨胀节安装位置易于维修和更换。

4)风管外宜采用150mm优质岩棉板(100kg/m3)进行保温处理,要求外表温度<50℃。

5)保温层外部宜采用≥0.6mm无花镀锌钢板或≥0.5mm铝板咬口密封。

6)风管内保温采用硅酸铝材质,保温后在硅酸铝表面刷涂一层胶,保证保温材料表面光滑,不被风吹落。

7)RTO出口高温烟气风管材质宜采用不锈钢06Cr19Ni10材质,厚度为2~5mm,采用内保温,保温形式宜采用250mm厚硅酸铝陶瓷纤维模块。

8)喷漆废气在转轮前进入排气筒的旁通管路上的阀门,考虑长期受雾漆影响,需在阀门后开设清理阀门积漆的门。

4.2.7风机

1)废气风机配变频电机,通过风机变频实现烘干系统、喷漆系统单独运行工况。

2)废气风机应喉口防爆。

3)风机包括风机软连接(要求长期耐高温,带保温),风机安装在稳固的机座上,并且配备减震器。

4)在风机进风口和出风口处配有耐高温柔性接头,风机电机内预埋热敏开关。

4.2.8天然气阀组

1)主燃料供给和控制管路均要求连接紧密,不得有任何漏气现象,安装完毕后按要求进行试漏试验,并有完整试漏记录。

2)系统内包含天然气主关断阀、天然气过滤器、压力调节阀、压力检测、压力表(量程需适用天然气供给压力)、天然气流量计(不小于8位计量位)、天然气流量控制调节阀、天然气泄露检测、快速关断阀、高低压保护器等原件。

3)天然气管道及阀组:包含主燃料供给和控制管路的天然气主关断阀、天然气过滤器、天然气流量计(8位数)、压力调节阀、压力检测表、天然气流量控制调节阀、天然气泄露检测器、快速关断阀、天然气压力恒压器、天然气压力不足保护器和点火烧嘴燃料控制管路的天然气电磁阀等主要元器件,其中主燃料供给管路、控制管路、点火烧嘴燃料控制管路均应连接紧密,不得有任何漏气现象。

4)排废气烟筒:排废气烟筒高度应符合法规要求,烟囱需要设置可靠的防雷接地。

5)控制系统、操作系统、风机电机设置防雨罩,外部操作区域走道设置防雨防护装置,其他区域根据需要设置必要的防雨雪、防冻措施(如电机、执行器等)。

4.2.9余热回收系统

1)原理及工作流程:废气在RTO燃烧室中进行燃烧,燃烧温度为710~760℃,在燃烧室中焚烧后的高温废气首先为RTO本身的蓄热室进行加热,将热量“贮存”在蓄热室中(此部分热量用于预热进入燃烧室的废气),经蓄热室后的烟气温度约170℃,后经过气-水换热系统加热车间用热水。

2)热量计算:

①计算RTO烟气量:M=153256÷13+19000=30788.92m3/h

②计算RTO烟气释放的热量,根据公式:

Q=C×M×(T2-T1)

式中:Q—烟气释放的热量,kcal/h;C—气体的比热容,取0.24kcal/(m3˙℃);M—烟气量,为30788.92m3/h;T1—120℃;T2—170℃。

Q=0.24×30788.92×(170-120)=369467kcal/h

3)余热应用:经废气换热后的热水,具体的应用及换热量分配需进行详细计算后确定最优方案,以便热量充分得以利用,目前某些气车厂将此部分热水用于前处理槽液加热系统或送风空调二次加热系统。

5结语

随着环保法规的日益严格,汽车涂装车间污染问题面临严峻考验,为了满足环保法规要求,废气处理系已成为涂装车间必备设备,“沸石转轮浓缩系统+废气焚烧系统”为近年废气处理的先进设备,通过配置此系统可实现涂装车间废气达标排放,但此系统技术复杂,为了实现购置性价比高、质量好、安全系数高的设备,在选型时应注重对技术细节的把握。本文通过实际项目选型案例分析,对废气处理系统技术要求进行详细介绍,可供读者在涂装车间废气处理系统选型时作为参考,但根据项目信息不同,方案策划及设备选型仍存在较大差异,应根据项目差异进行论证分析。


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