汽車涂裝線VOC濃縮轉輪的脫附工藝選擇及運營成本分析！

2024-07-04 10:20:14· 來源：涂裝交流圈

2012年，國家發(fā)布了《重點區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃》，傳統(tǒng)的噴漆室排風利用煙囪進行高空排放已不能滿足環(huán)保標準。十三五期間，國家對大氣污染治理力度日益加大，國家、地方政府相繼發(fā)布多項環(huán)保法規(guī)，鼓勵、推薦企業(yè)采用合適的廢氣治理技術。本文結合某公司駕駛室和底盤噴漆兩條不同涂裝線選擇的VOC治理工藝，以及不同治理工藝對應的運營成本，綜合對比分析，可以指導不同的汽車涂裝線對VOC治理工藝進行選擇。

1 VOC來源分類

以某公司涂裝線為例，按照VOC濃度、廢氣風量、噴房形式等不同，采取不同的組合治理工藝。廢氣按照涂料種類分為溶劑型高固廢氣和水性涂料廢氣；按照廢氣來源分為烘房廢氣和噴房廢氣；按照噴房類型分為干式噴房廢氣和濕式噴房廢氣。不同的廢氣中VOC初始濃度不同，以雙班250d標準產能10萬臺的噴漆線為例，廢氣中VOC初始濃度見表1。

由表1看出，不同來源產生的VOC初始濃度不同，采取的治理措施也不同。目前行業(yè)對于修補漆及輸調漆過程中產生的VOC濃度較低廢氣，一般直接采用活性炭吸附后排放；對于烘房產生的VOC，因溫度較高，不適合直接進入沸石轉輪，采用回收式熱力焚燒系統(tǒng)（TNV）或蓄熱式氧化爐（RTO）高溫裂解后排放；噴房廢氣，VOC濃度較低，一般采用沸石轉輪進行濃縮凈化，潔凈氣體達標后排放，而轉輪濃縮廢氣進入RTO或者TNV進行820~860℃高溫裂解后排放。

上述三類廢氣，補漆房和烘房廢氣處理工藝目前行業(yè)基本一致，本文不再詳細展開分析。本文將針對噴房廢氣的處理工藝進行對比分析，結合噴房形式綜合對比設備投資、運營成本等因素，確定最優(yōu)的處理工藝。

2 典型的VOC治理工藝

噴房按形式分為干式噴房和濕式噴房，干式噴房產生的VOC有機廢氣不需要除濕可以直接進入沸石轉輪進行濃縮，濕式噴房產生的VOC有機廢氣需要先進行除濕，相對濕度降低至60%~80%，才能進入廢氣轉輪。

涂料按類型分為水性涂料和溶劑型涂料，其中水性涂料使用的噴房設有閃干室，閃干室廢氣也需要處理，可以直接進入轉輪，或者直接進入RTO裂解，具體處理方式需要根據轉輪進風溫度要求進行確定。

沸石轉輪脫附方案分為冷卻風脫附和新風脫附，根據廢氣是否需要除濕確定脫附風的方式。

以某公司一條雙班250d標準產能10萬臺的駕駛室噴漆線為例，采用水性涂料、機器人噴涂、干式噴房、循環(huán)風，噴漆廢氣來源有色漆噴房、清漆噴房、閃干室，生產線參數見表2和表3。

從表3看出，噴房與閃干室混合廢氣輸入轉輪前的初始VOC濃度為430mg/m3，但轉輪對于進入的廢氣有溫度要求，一般要求溫度≤40℃，溫度過高會影響轉輪的吸附效率。因此需要核算混合廢氣的溫濕度，以便確定閃干室廢氣的去向。

2.1 閃干室廢氣去向

需要核算閃干室與噴房廢氣混合后的溫度能否滿足轉輪入口溫度要求。仍以該公司駕駛室線為例，閃干室廢氣溫度為80℃，與色漆、清漆噴房廢氣混合后溫度見表4。

從表4看出，噴房和閃干室廢氣混合后的溫度是34℃，滿足轉輪進口溫度要求，可以混合入轉輪。

2.2 轉輪脫附風的選擇

轉輪脫附風有兩種來源，一是新風，二是冷卻風。根據噴房形式不同，結合運營成本進行核算。

2.2.1 干式噴房脫附風選擇

對于干式噴房，廢氣進轉輪前不需要除濕，可以采用部分轉輪入口的初始廢氣用于對轉輪進行冷卻，冷卻后再經換熱器換熱，達到脫附溫度后對轉輪濃縮的廢氣進行脫附。即干式噴房轉輪脫附風采用轉輪冷卻風。

2.2.2 濕式噴房脫附風選擇

對于濕式噴房，因廢氣進入轉輪前經過文丘里等漆霧捕集設備，濕度基本達到90%以上，超過轉輪入口濕度要求，必須進行除濕。以該公司底盤噴漆線濕式噴房為例，冷卻風對轉輪進行冷卻后，又回到了轉輪入口前端的混風箱，利用其冷卻后的溫度，與初始廢氣進行混合，進行除濕。

轉輪冷卻風回到前段混風箱進行除濕，轉輪脫附風采用新風。經過轉輪的風分為兩路，第一路為潔凈風直接排放，第二路為冷卻風回到轉輪前端混風箱除濕，再與廢氣混合后重新進入轉輪。脫附風則采用系統(tǒng)外新風，配獨立新風風機。新風首先與RTO排放煙氣進行預換熱，再經過直燃爐直接加熱至脫附溫度180~220℃，然后進入轉輪進行脫附。

2.2.3 兩種脫附風方案對比

（1）運行能耗對比。

不論是冷卻風脫附還是新風脫附，都需要將冷卻風或者新風升溫至轉輪需要的脫附溫度，這個升溫過程需要消耗天然氣，下面就兩種方案升溫需要的天然氣量進行對比，以10000m3/h風量為基準，分析能耗情況。

空氣升溫消耗熱量按式（1）計算。

Q=C×Vk×Δt 式（1）

其中，Q—單位時間消耗熱量，kJ/h；C—空氣比熱容，0~200℃時，C≈1.30kJ·m-3·℃-1；Vk—風量，m3/h；Δt—溫差，℃。

空氣升溫消耗熱量折合天然氣量按式（2）計算。

Vg=Q/qg式（2）

其中，Vg—天然氣耗量，m3；qg—天然氣低位發(fā)熱量，國內天然氣因成分不同，而熱值不同，為33494~40193kJ/m3，此處以青島天然氣低位熱值36739kJ/m3計算。

對于干式噴房，采用冷卻風脫附，不同品牌的轉輪脫附風溫度不同，西部技研轉輪冷卻風出口溫度為140℃，蒙特轉輪脫附風出口溫度為80℃，對冷卻風進行升溫至轉輪脫附需要的溫度，西部技研轉輪脫附溫度為220℃，蒙特轉輪為180℃，升溫溫差為80~100℃，取100℃溫差。按式（1）和（2）計算，需要消耗天然氣35m3/h。

對于濕式噴房，采用新風脫附，新風平均溫度20℃，首先與RTO排煙（100~120℃）進行換熱，換熱后溫度約為70℃，升溫至180~220℃，溫差為110~150℃，取最大溫差150℃。按式（1）和（2）計算，需要消耗天然氣53m3/h。

兩種脫附風方案，天然氣耗量相差18m3/h，按照天然氣單價3.5元/m3，每年運行4000h（250d，16h/d）計算，年運行費用相差25萬元/a。運行能耗對比結論：每10000m3/h的濃縮廢氣，新風脫附方案比冷卻風脫附方案每年多花費運行能耗25萬元，即冷卻風脫附方案運行成本更經濟。

（2）轉輪更換成本對比。

采用冷卻風脫附方案，因冷卻風實際是初始的廢氣，含有未處理的VOC，對轉輪進行脫附時，廢氣中的VOC直接接觸轉輪，其中大相對分子質量的物質容易堵塞轉輪，降低轉輪壽命。采用新風脫附方案，脫附風是潔凈的新鮮空氣，對轉輪不會造成影響，可以延長轉輪的使用壽命。根據該公司的實際使用情況對比，采用新風脫附方案，轉輪可延長3a使用壽命，由原4a延長為7a，單個轉輪采購安裝費用約130萬元，折合節(jié)省14萬元/a，即新風脫附方案轉輪運行維護成本更低。

（3）系統(tǒng)安全運行對比。

若采用冷卻風脫附方案，脫附風是含有VOC的初始廢氣，需經過高溫換熱器進行換熱；因長期使用，VOC堆積在高溫換熱器管壁外側，而前端的漆霧捕集設施捕集效率很難達到100%，必然會有細小的漆霧累積在換熱器管壁上；換熱器管直接與860℃的RTO爐膛相連接，當沒有有效的措施進行清理和保潔時，若爐膛超溫或者換熱器管壁出現裂紋，則會有安全隱患。

而采用新風脫附方案，則無安全隱患。即新風脫附方案運行更安全。

3 VOC治理工藝選擇

目前，行業(yè)VOC治理工藝規(guī)劃過程，主要有兩處不同，一是閃干室廢氣直接進入轉輪還是進入RTO，主要取決于混合風的溫度；二是脫附風采用冷卻風還是新風，這取決于運營成本和安全等因素。

綜合上述對比分析，考慮運營能耗、設備維護保養(yǎng)費用、安全運行等因素，企業(yè)在選擇工藝方案時，需要綜合對比選擇。以單個轉輪為例進行能耗和維護成本的綜合對比，能耗對比見表5，設備維護費用對比見表6。