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軌道車輛涂裝VOCs廢氣治理方案：沸石轉(zhuǎn)輪+催化燃燒(CO)技術(shù)

文章出處：鑫藍(lán)環(huán)保鑫藍(lán)動(dòng)態(tài)網(wǎng)責(zé)任編輯：蔡作者：蔡人氣：-發(fā)表時(shí)間：2023-01-23 00:00:00【大中小】

軌道交通車輛涂裝工藝中有機(jī)廢氣的現(xiàn)狀、特點(diǎn)及其治理工藝的選擇，重點(diǎn)介紹了沸石轉(zhuǎn)輪+催化燃燒的原理、設(shè)備構(gòu)成、工藝流程、技術(shù)特點(diǎn)及在軌道車輛涂裝廢氣治理中的應(yīng)用，并以實(shí)例分析了該系統(tǒng)在某軌道交通涂裝車間的應(yīng)用效果。

1軌道交通車輛制造中產(chǎn)生的涂裝廢氣特征

軌道交通車輛涂裝涂層包括防銹底漆、膩?zhàn)?、中涂漆和面漆，車輛內(nèi)表面和底架下表面噴涂阻尼降噪涂料，部分列車底部噴涂防火涂料，目前涂裝主要采用的仍是溶劑型涂料。其中，涂料中的溶劑組分又以苯系物（甲苯、二甲苯較多）、酯、醇、醚、酮為主，一般的涂料中有機(jī)溶劑占比為40%～60%。在噴涂工序，車輛車體每次完成一個(gè)涂層的噴涂后，都將進(jìn)入噴漆室和烘干室，噴漆室和烘干室的VOCs產(chǎn)生量比例大約為5∶1～6∶1。

噴漆室廢氣主要污染物為未附著至工件表面的漆霧和工件表面涂料揮發(fā)出來的VOCs。為保證噴涂后工件的表面質(zhì)量，噴漆室的氣流要參考我國相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，噴漆室通常采用上進(jìn)下排的氣流組織方式，噴涂作業(yè)區(qū)空載風(fēng)速不小于0.35m/s，有載時(shí)風(fēng)速不低于0.5m/s。溫度條件為18～28℃。因此，噴漆室廢氣的特點(diǎn)是風(fēng)量大、VOCs濃度低（大約為100～500mg/m³，且含一定的霧滴（其中漆霧不超過1mg/m³）。

烘干室由于要保持一定的溫度，所以廢氣的風(fēng)量不大，其組分與涂料中溶劑的組分基本一致（醇類、酯類、醚類、酮類、苯系物等），由于烘干室溫度相對較高，所以溶劑會(huì)在此工序中大量揮發(fā)出來，VOCs濃度一般在2500mg/m³左右，產(chǎn)生的廢氣為VOCs中等濃度、高溫型廢氣。

2 軌道交通車噴涂VOCs廢氣治理方案的選擇

車輛噴涂車間生產(chǎn)一般都是噴漆室和烘干室同時(shí)工作，雖然烘干室廢氣的濃度和溫度都較高，但是由于烘干室的風(fēng)量較小（約為噴漆室的1/8～1/12），因此車輛噴涂車間產(chǎn)生的VOCs廢氣一般采用2個(gè)工段的廢氣經(jīng)混合后集中處理，且廢氣特性基本屬于低溫、低濃度、大氣量、易吸附的VOCs廢氣。基于車輛涂裝生產(chǎn)產(chǎn)生的VOCs廢氣特征和目前我國較高的排放標(biāo)準(zhǔn)要求，如北京地區(qū)工業(yè)涂裝廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)要求非甲烷總烴≤50mg/m3，總VOCs處理效率≥90%。綜合該治理系統(tǒng)的一次性投入、長期運(yùn)行費(fèi)用、環(huán)保達(dá)標(biāo)排放等性能，車輛涂裝廢氣治理較為合理的處理技術(shù)為“沸石轉(zhuǎn)輪+催化燃燒”組合治理方案。

2.1吸附濃縮方案及其吸附劑的選擇

吸附濃縮使用的吸附劑一般有分子篩和活性炭2種，即將大風(fēng)量低濃度的廢氣，吸附后實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，動(dòng)態(tài)吸附飽和的區(qū)域，經(jīng)再生氣再生，氣量降低若干倍，但再生氣中污染物濃度則增加若干倍，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)處理能耗合理的目標(biāo)。

活性炭的吸附能力較分子篩強(qiáng)，但隨著使用時(shí)間和再生次數(shù)的增加，活性炭設(shè)備的吸附能力會(huì)明顯下降?；钚蕴侩m然在脫附再生后處理效率可以有效提高，但是在7d的運(yùn)行周期內(nèi)下降較快，很可能在后幾天出現(xiàn)不達(dá)標(biāo)的情況，并且即使進(jìn)行再生脫附，吸附效率也明顯下降，一般在300d左右就必須更換。因此，為保證穩(wěn)定的吸附處理效率，噴涂行業(yè)VOCs廢氣治理常用的吸附劑以沸石分子篩為主，同時(shí)疏水性改性沸石分子篩的應(yīng)用進(jìn)一步增加了其使用價(jià)值，濃縮工藝則以轉(zhuǎn)輪吸附濃縮工藝為主。

2.2高濃度再生廢氣治理方案的選擇

高濃度VOCs廢氣的治理方案通常為燃燒法或熱氧化法。目前主流燃燒方案有催化燃燒(CO)、蓄熱焚燒(RTO）和蓄熱催化燃燒(RCO)

CO的特點(diǎn)是工作溫度低，啟動(dòng)時(shí)間短，比較適合間斷型生產(chǎn)工況，但是由于其使用催化劑，所以廢氣中必須控制會(huì)使催化劑中毒的成分。RTO的特點(diǎn)是工作溫度高，熱回收效率高，因?yàn)閮?nèi)部沒有催化劑，不會(huì)出現(xiàn)催化劑中毒的風(fēng)險(xiǎn)，所以適用范圍很廣，只要沒有強(qiáng)腐蝕性的氣體一般都可使用，但因?yàn)閱?dòng)時(shí)間較長，所以在間斷型生產(chǎn)的工況，需要長時(shí)間的保溫運(yùn)行，燃料的消耗量較高。RCO結(jié)構(gòu)與RTO相似，但也需要催化劑，因此，在涂裝VOCs廢氣的治理中少有應(yīng)用。

軌道交通車輛噴涂的工況，一般情況下每天噴漆車間工作8h，屬于間斷型生產(chǎn)工況，所以催化氧化(CO)是車輛涂裝生產(chǎn)中處理VOCs廢氣的優(yōu)選燃燒方案，如果廢氣成分中含有過多不適合組分的催化劑，且無法通過預(yù)處理消除時(shí)，則RTO是優(yōu)選的燃燒方案。

3沸石轉(zhuǎn)輪濃縮+催化氧化（co）系統(tǒng)

在車輛涂裝廢氣治理中的應(yīng)用沸石轉(zhuǎn)輪+催化燃燒(CO)系統(tǒng)主要由3個(gè)子系統(tǒng)組成，即廢氣的除濕和預(yù)過濾系統(tǒng)、沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)和催化燃燒(CO)系統(tǒng)。

3.1廢氣的除濕、預(yù)過濾處理子系統(tǒng)

高濕度廢氣對于沸石轉(zhuǎn)輪的吸附效率有著直接的影響。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用和多次試驗(yàn)，廢氣的相對濕度低于80%時(shí)，沸石轉(zhuǎn)輪對VOCs的吸附效率可穩(wěn)定保持在90%以上，但當(dāng)廢氣相對濕度大于90%時(shí)，對于某些VOCs 組分，沸石轉(zhuǎn)輪的吸附效率下降至80%左右。

若使用水性涂料，廢氣中實(shí)際相對濕度可能過高，因此，為保證廢氣中相對濕度低于80%，可將廢氣溫度提高從而降低廢氣的相對濕度。通常車輛涂裝VOCs 廢氣處理系統(tǒng)，入口廢氣溫度約30℃，如果入口溫度提高約2℃，大約可使入口廢氣的相對濕度降低15%。因此，即使車間廢氣的相對濕度達(dá)到100%，進(jìn)入轉(zhuǎn)輪時(shí)的相對濕度也可降低至85%以下，但在實(shí)際的工業(yè)化應(yīng)用中，宜將進(jìn)入沸石轉(zhuǎn)輪的廢氣入口溫度提高至較車間混合廢氣溫度高3℃以上較為安全可靠。

其次，由于車輛涂裝廢氣中含有少量漆霧等顆粒雜質(zhì)，為避免影響轉(zhuǎn)輪的吸附效率，通常預(yù)過濾采用初、中、高效組合過濾技術(shù)用于除顆粒雜質(zhì)，但預(yù)過濾設(shè)計(jì)應(yīng)盡量減少中、高效過濾器的更換頻次，以降低設(shè)備的運(yùn)行成本。

3.2沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)

轉(zhuǎn)輪是沸石轉(zhuǎn)輪濃縮子系統(tǒng)的核心部件，也是將低濃度VOCs濃縮的關(guān)鍵設(shè)備，它通常由疏水性沸石分子篩與陶瓷纖維加工成波紋狀膜片，再卷制成蜂巢狀的輪盤結(jié)構(gòu)，并在輪盤的中央安裝旋轉(zhuǎn)軸承。耐腐蝕、耐高溫的氣體密封墊安裝在轉(zhuǎn)輪的外部框架結(jié)構(gòu)上。通常轉(zhuǎn)輪隔離成3個(gè)區(qū)域，即吸附區(qū)、脫附區(qū)和冷卻區(qū)，轉(zhuǎn)輪速度通常以3～6r/h持續(xù)緩慢旋轉(zhuǎn)。

沸石轉(zhuǎn)輪濃縮子系統(tǒng)另一核心部分為再生氣加熱及其熱交換系統(tǒng)，以及風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等。目前全世界的轉(zhuǎn)輪廠家能夠提供的最大型號的單只沸石轉(zhuǎn)輪，Z大可以處理200000m³/h風(fēng)量的廢氣，根據(jù)處理廢氣的組分和濃度，能夠?qū)U氣中的VOCs濃度提高5～20倍。

沸石轉(zhuǎn)輪的目的是保證進(jìn)入轉(zhuǎn)輪的超標(biāo)VOCs廢氣經(jīng)過轉(zhuǎn)輪吸附區(qū)吸附凈化后可直接排放至大氣中，被去除的原有VOCs成分被截留吸附在沸石分子篩內(nèi)部，當(dāng)轉(zhuǎn)輪上吸附有大量VOCs的片區(qū)旋轉(zhuǎn)至脫附區(qū)時(shí)，一臺(tái)小風(fēng)量的脫附風(fēng)機(jī)將180～240℃左右高溫氣體吹入轉(zhuǎn)輪中，并將其中吸附的VOCs脫附出來，此時(shí)便實(shí)現(xiàn)了廢氣的濃縮。脫附后的轉(zhuǎn)輪由于溫度較高，此時(shí)不具有較高的吸附性能，所以先進(jìn)入冷卻區(qū)，經(jīng)冷卻氣體吹掃降溫，使其恢復(fù)吸附能力，而后再旋轉(zhuǎn)至吸附區(qū)，重新開始下一輪的工作。每個(gè)區(qū)域都保持氣密。這樣轉(zhuǎn)輪的每個(gè)部分均可以連續(xù)地從吸附區(qū)旋轉(zhuǎn)到脫附區(qū)，然后旋轉(zhuǎn)到冷卻區(qū)，最后又旋轉(zhuǎn)回吸附區(qū)完成一圈的旋轉(zhuǎn)。

3.3 催化燃燒(CO)系統(tǒng)

催化氧化(CO)系統(tǒng)通常由燃燒器或加熱器、貴金屬催化劑、閥組及安全報(bào)警裝置組成。催化氧化(CO)為無火焰燃燒技術(shù)，涂裝廢氣處理系統(tǒng)常見的催化氧化溫度在300～350℃之間，也可以高達(dá)600℃，處理效率可以達(dá)到99.5%以上，且無NOx產(chǎn)生。

催化氧化(CO)能夠?qū)?/span>熱力燃燒不適合處理的低濃度VOCs，在不補(bǔ)給或少補(bǔ)給輔助熱量的情況下，將其氧化為無毒無害的CO2和H2O，從而節(jié)約大量的能源。

4 沸石轉(zhuǎn)輪濃縮+催化氧化系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

(1)對于大風(fēng)量、低濃度的VOCs廢氣，具有較穩(wěn)定的凈化效率，通常該系統(tǒng)VOCs的處理效率可高達(dá)95%以上。

(2)沸石轉(zhuǎn)輪由無機(jī)氧化物組成，自身不可燃，安全度高。

(3)沸石轉(zhuǎn)輪可以承受300℃以上的脫附溫度，對于高沸點(diǎn)的VOCs也能夠有效處理。熱穩(wěn)定性極高，可以通過反復(fù)加熱脫附來實(shí)現(xiàn)再生，使用壽命高于40000h。

(4)整個(gè)系統(tǒng)每次啟動(dòng)時(shí)間小于1h，對于軌道車輛噴涂行業(yè)非連續(xù)運(yùn)行的工況來說，系統(tǒng)啟/?？欤\(yùn)行靈活，可節(jié)約大量運(yùn)行能耗。

沸石轉(zhuǎn)輪+催化燃燒(CO)處理方案，是車輛涂裝VOCs廢氣治理的合理工藝，處理工藝系統(tǒng)安全、去除率高、穩(wěn)定性高、運(yùn)行費(fèi)用合理可行。因此，沸石轉(zhuǎn)輪+催化燃燒(CO) 技術(shù)是現(xiàn)有技術(shù)條件下對于非連續(xù)工況，處理大風(fēng)量、低濃度VOCs廢氣的最佳選擇，在軌道車輛涂裝廢氣治理中的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛。

鑫藍(lán)環(huán)?？萍迹ɡド剑┯邢薰?，專注于大型工廠廢氣處理、粉塵處理，是一家集廢氣粉塵處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造與銷售為一體的生產(chǎn)廠家。主營產(chǎn)品有RTO蓄熱焚燒、RCO催化燃燒、有機(jī)廢氣處理設(shè)備、防爆除塵器、酸堿廢氣處理設(shè)備、濾筒除塵器、布袋除塵器、單機(jī)除塵器、倉頂除塵器、旋風(fēng)除塵器、噴淋塔、活性炭吸附箱、靜電除油設(shè)備等等。