电动汽车涂装线 VOC废气处理

近年来,挥发性有机物(VOC)综合整治工作的重 要性在大气污染治理中日益凸显,VOC 的危害明显, 已经引起大家的重视。山东省在 VOC 治理方面也逐步 加大了减排工作,相继出台了汽车制造业、家具制造 业、印刷业、表面涂装行业、有机化工行业的有机物排 放标准,其他行业的相关标准也在征求意见中。根据相 关标准要求, 山东省推进对石化、有机化工、表面涂装、 包装印刷、汽车、医药化工等重点行业的 VOC 治理,截至目前,VOC 污染重点行业全部采取有效的预防和控 制措施,废气治理项目全部完成,已建治理设施稳定运 行,VOC 排放总量明显下降,稳定达到相关控制标准 要求。

根据山东省地方标准 DB 37/2801.1—2016《挥发 性有机物排放标准 第 1 部分:汽车制造业》,某电动汽 车厂于 2017 年 3 月底环保设备投入运行, 废气排放远远低于山东省的标准(30mg/m3)。本文结合该电动汽 车 VOC 废气治理案例,根据汽车行业的废气排放的 特点, 简单介绍废气治理工艺。

1 VOC 废气产生环节及特点

某电动汽车涂装生产线设计产能为 10 万台/a,产 品为新能源汽车,车身和塑料件的涂装工作都在该生 产线内完成,使用的原材料为溶剂型漆。

1.1 VOC 废气排放点及风量 VOC 废气排放点及风量见表 1 所列。 由表 1 可知,该电动汽车涂装 VOC 产生的环节为 喷漆室、流平室和烘干炉, 总风量约为 54 万 m3/h。

表1

1.2 废气治理前各环节 VOC 废气处理方式

1.2.1 喷漆废气

喷漆室的废气通过风机引入水旋系统,废气中所 含漆雾进入循环水池后加入漆雾絮凝剂析出,大部分 不溶于水的 VOC 废气通过风道进入 40 m 高烟囱直 排。

1.2.2 流平废气

流平室的废气通过风机引入风道,进入 40 m 高 烟囱直排。

1.2.3 烘干废气

烘干炉的废气通过烘干炉四元体的风机进入四元 体,在最高燃烧温度为 500 ℃的四元体中进行二次不 充分燃烧,之后进入房顶的 15 m 烟囱直排。 废气根据温度可分为常温废气和高温废气,常温 废气包括喷漆废气和流平废气,高温废气为烘干废气。 该电动涂装生产线产生的 VOC 废气属于高空直排,不 符合最新实施的 DB 37/2801.1—2016 标准要求,增加 废气处理设备势在必行。

1.3 VOC 废气风量及浓度

该电动汽车生产线所用油漆为溶剂性漆,挥发物 主要为苯类(甲苯、二甲苯、三甲苯、四甲苯)、酯类(醋 酸丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯)和醇类。

1.3.1 常温废气

常温废气来源为面漆生产线和塑料件生产线的喷 漆室和流平室,总风量约为 53 万 m3/h,根据现场检测 值计算得混合后废气浓度为 162.7 mg/m3。

1.3.2 高温废气

高温废气主要为烘干炉废气,烘干室的 VOC 成分 较为复杂,除油漆中的 VOC 外还包含热分解生成物和 反应生成物。烘干炉的总风量为 7 500 m3/h,废气浓 度>2 000 mg/m3。 VOC 排放点的实际检测数据见表 2 所列。

表2

1.4 VOC 废气的特点

综上所述,可以得出: 常温废气风量大, 浓度低,相对湿度高;高温废气风量小, 浓度高, 相对湿度低,高沸点物质多。

2 VOC 废气处理工艺

根据 DB 37/2801.1—2016,汽车制造业 VOC 排放 标准为≤30 mg/m3,为保证环保的持续达标,最终业主 将排放标准定为≤24 mg/m3。结合该电动汽车涂装线 VOC 废气的特点,为保证废气排放持续稳定达标,该 电动汽车涂装线 VOC 废气处理工艺最终采用先进的 “沸石浓缩转轮+RTO 系统” 。

2.1 常温废气处理流程

2.1.1 废气的过滤和除湿

该电动汽车生产线喷涂废气经过水旋系统进行漆 雾处理,水旋系统漆雾捕捉率≤90%,废气经过水旋系 统后仍然含有漆雾、 颗粒物等物质,必须经过过滤后才 能进入沸石转轮。本方案中过滤系统采用四级过滤,分 别为 G4、F5、F7、F9。 由于喷漆废气经过水旋系统后,其废气相对湿度 较高(>85%),会影响沸石浓缩转轮的吸附效率,因此 本方案设计利用沸石转轮的冷却气体对进转轮前的废 气进行升温调湿,保证废气温湿度满足进入沸石转轮 的要求。 废气的过滤和除湿都是在沸石转轮之前完成的, 进入沸石转轮的废气必须达到以下要求:过滤精度 F9,温度≤40 ℃, 相对湿度≤80%。

2.1.2 转轮吸附

常温废气的特点是风量大,浓度低,若直接进入 RTO 燃烧将消耗非常多的燃料,后期运行费用特别 高。本处理工艺选择浓缩转轮,90%以上的废气经过沸 石转轮吸附区后进入 40 m 高烟囱达标排放,一小部 分废气经过滤后与 RTO 输出热气进行混风,将废气加 热至 180 ~ 220 ℃对转轮进行高温脱附,经脱附后的高 浓度废气进入 RTO 燃烧。

2.1.3 RTO 燃烧

脱附废气经浓缩后成为高浓度废气进入 RTO 燃 烧,RTO 的燃烧温度>820 ℃,VOC 废气在 850 ℃、燃 烧时间>1 s 下大部分分解为二氧化碳和水。此方案为 三室 RTO, 净化效率>99%。 2.2 高温废气处理流程 高温废气温度高且含有高沸点物质,不建议直接进入沸石转轮,可直接 进入 RTO 进行燃烧。

3 VOC 废气处理结果

该电动汽车生产线常温废气总风量约为 53 万 m3/h,折合标况风量约为 48 万 m3/h,选择 3 个西部技 研的转轮, 转轮浓缩倍率为 20 倍。高温废气总风量为 7 500 m3/h,转轮的脱附废气和高温废气进入同一个 RTO 进行燃烧,RTO 的风量为 31 500 m3/h。 该电动汽车厂于 2017 年 3 月底环保设备投入运 行,至今连续稳定运行。经当地环保部门指定的第 三方检测机构对处理后的废气进行检测,废气排放 <3 mg/m3,远远低于业主要求的 24 mg/m3。具体检测结 果见表 3。

表3

4结语

电动汽车涂装 VOC 废气处理前期较多采用活性 炭吸附或“活性炭吸附-脱附”装置,经实践证明采用 活性炭吸附不仅产生大量固体废物, 增加处理费用,而 且设备运行不稳定,废气排放极易不达标。 该电动汽车涂装线采用先进的“沸石浓缩转轮+ RTO 系统”进行废气处理,废气排放<3 mg/m3,远低于 山东省排放标准(30 mg/m3), 废气处理达标排放。

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