重慶國利汽車維修設備有限公司
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汽車噴烤漆房 VOCs廢氣治理一體化工程

 



汽車噴烤漆房

VOCs廢氣治理一體化工程


一、概述

汽車在噴塗或烘幹過程中将産生有機混合廢氣,其中可能含有二甲苯、甲苯、醋酸乙脂、丁酮等低沸點、高揮發性溶劑;芳香烴的有機溶劑即有毒又易燃,如果此類廢氣不經過處理裝置而直接排入大氣,不僅影響周圍居民的身體健康,同時,污染周圍的環境;對企業的形象也會造成一定的影響。對此,根據我公司多年對塗裝廢氣治理的經驗,自主研發了噴塗烤漆房廢氣治理一體化設備,以供企業和環保管理部門參考,為今後工程的正式實施提供準備。

二、設備處理設計目标

通過一體化設備治理,确保烤漆房排放的氣體達到重慶市地方标準《汽車維修業大氣污染物排放标準》( DB50/661-2016) 表 1 中Ⅱ時段的排放限值,詳見下表:

表 1-1 排氣筒排放大氣污染物的最高允許排放濃度

序号

污染物

排氣筒排放濃度限值( mg/m3)

Ⅱ時段

城市建成區

其他區域

1

1

1

2

苯系物

30

35

3

非甲烷總烴

50

60

4

顆粒物

10

20

三、設備設計依據

1、 重慶市《汽車維修業大氣污染物排放标準》 (DB50/661-2016)

2、 《工業企業設計衛生标準》 GBZ1-2010

3、 《大氣污染控制工程》

4、 《壓縮機、風機、泵安裝工程施工及驗收規範》 GB50275-2010

5、 《現場設備、工業管道焊接工程施工及驗收規範》 GB50236-2011

6、 《工業企業采光設計标準》

7、 《中華人民共和國環境保護法》

8、 《環境空氣質量标準》 GB3095-2012

9、 《采暖通風與空氣調節設計規範》 GB50019-2012

10、 《建築地基處理技術規範》 GBJ79-2012

11、 《混凝土結構設計因素标準》 GB50010-2010

12、 《工業機械電器設備通用技術條件》 GB/T5226.1-1996

13、 《爆炸危險環境電力裝置設計規範》 GB50058-2014

14、  現場實際情況

四、設備設計原則

1、 依據國家和重慶市有關環保法規、産業政策,以便充分發揮建設項目的 社會效益、經濟效益和環境效益。

2、 采用簡便﹑易行﹑可靠的工藝流程。

3、 處理後的相關污染物必須滿足重慶市地方标準《汽車維修業大氣污染物排放标準》( DB50/661-2016) 表 1 中Ⅱ時段的排放限值。

4、 進行經濟技術比較,選擇技術先進可靠,經濟合理,高效節能的方案。

5、 根據廢氣具體參數選用合理的設備、管道及輔材等。

6、 投資省,運行費用低。

7、 操作簡單,維護管理方便。

五、治理工藝選擇

有機廢氣的治理當今比較成功的工藝有催化燃燒、活性碳吸附、直接燃燒、液體吸收、光催化氧化分解等,根據濃度不同,溫度不同,工況不同,選用不同的處理設備。

(1)冷凝回收法

冷凝回收法是把廢氣直接導入冷凝器冷凝,冷凝液經分離可回收有價值的有機物,采用冷凝法要求廢氣中有機物濃度高,一般有機物濃度要達到幾萬甚至幾十萬ppm。對于低濃度在機廢氣此法不适用。

(2)液體吸收法

吸收法可分為化學吸收和物理吸收,大部分有機廢氣不宜采用化學吸收。物理吸收是廢氣中一種或幾種組分溶解于選定的液體吸收劑中,這種吸收劑應具有與吸收組分有較高的親和力,低揮發性,同時還應具有較小的揮發性,吸收液飽和後經解析或精餾後重新使用。本法适合于含顆粒廢氣的初級處理

(3)直接燃燒法

本法亦稱為熱氧化法、熱力燃燒法,是利用燃氣或燃油等輔助燃料燃燒放出的熱量将混合氣體加熱到一定溫度(700~800℃),駐留一定的時間(0.3~0.5秒),使可燃的有害物質進行高溫分解變為無害物質。

本法的特點是:工藝簡單、設備投資小,适用高濃度廢氣治理,對于自身不能燃燒的中低濃度尾氣。通常需助燃劑型或加熱,能耗大,運行成本比催化燃燒法高5倍以上。

(4)催化燃燒法

本法是把廢氣加熱到200~300℃經過催化床催化燃燒轉化成無害無臭的二氧化碳和水,達到淨化目的。本法的特點:起燃溫度低,節約能源,淨化效率高,無二次污染。工藝簡單,操作方便,安全性好,裝置體積小,占地面積少,設備的維修與折舊費較低。本法适用于高溫、中高濃度的有機廢氣治理,國内外已有廣泛使用的經驗,效果良好。該法是治理有機廢氣的有效方法之一,但對于低濃度、大風量的有機廢氣治理存在設備投資以及運行成本較高的缺點。

(5)活性碳吸附法

Ø直接活性炭吸附法

有機廢氣通過活性炭的吸附,可達到95%的淨化率,設備簡單,投資小。活性炭達到飽和時吸附量約35%,應用于淨化設備可取20~25%的吸附量。即每噸活性炭可吸附200~250kg的“三苯”氣體。由于系統不能對吸附飽和的活性炭進行再生,要求經常更換活性炭以保證淨化效果。導緻裝卸、運輸等過程中造成二次污染,并且經常更換的活性炭需要量很大,材料損耗大,運行費用相當高。

Ø吸附——回收法

該法是利用纖維活性炭等吸附劑吸附廢氣,接近飽和後用過熱水蒸汽反吹活性炭進行脫附再生,水蒸氣與脫附出來的“三苯”氣體經冷凝、分離,可回收“三苯”液體。該法淨化效率高,但要求提供必要的蒸汽量,另外“三苯”溶劑與水的分離不很徹底,得到的“混合苯”液體品質不高,蒸汽冷凝效果和設備運轉安全問題也亟等解決。該法在工藝技術上仍有待于提高。

Ø吸附——催化燃燒法

應用新型活性炭(多為蜂窩或纖維炭)吸附濃縮濃度的有機廢氣,吸附接近飽和後引入熱空氣加熱活性炭。使“三苯”廢氣脫附出來進入催化煅燒床進行無焰燃燒淨化處理,熱氣體在系統中循環使用或增設二級換熱器進行熱能回收。該法将低濃度有機廢氣通過活性炭将其濃縮成高濃度的有機廢氣再通過催化燃燒床将其徹底淨化。該法吸取了吸附法和催化煅燒法的優點,克服了各自單獨使用的缺點,解決了治理低濃度,大風量有機廢氣存在的難題。

(6)蓄熱式高溫焚燒爐(RTO)

是在熱力燃燒基礎上發展起來,将有機物産生的熱能通過自身的蓄熱用于自身的分解所需能量,少許能量補充的基礎上可滿足設備的動行,當濃度達到一定值時,可以無需補充能量運行。是當前比較流行和适用的一種淨化方式。

(7)光催化氧化分解法(UV光催化氧化分解)

利用特制的高能UV紫外線光束照射惡臭氣體,裂解惡臭氣體如:氨、三甲胺、硫化氫、甲硫氫、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳和苯乙烯,硫化物H2S、VOC類,苯、甲苯等的分子鍵。本方法與活性炭裝置配合使用,對活性炭有一定再生功能。

(8)低溫等離子體分解氧化

其淨化作用機理是在産生等離子體的過程中,高頻放電所産生的瞬間高能足夠打開些有害氣體分子的化學能,使之分解為單質原子或無害分子;等離子體中包含大量的高能電子,正負離子,激發态粒子和具有強氧化性的自由基,它些活性粒子和部分臭氣分子碰撞結合,在電場作用下,使臭氣分子處于激發狀态。當臭氣分子獲得的能量大于其分子鍵能的結合時,臭氣分子的化學鍵斷裂,直接分解成單質原子構成得無害氣體分子。同時産生的大量OH,HO2,O等活性基和氣化性極強的O3,與有害氣體分子發生化學反應,最終生成無害産物。

六、噴塗烤漆廢氣治理設計方案

1、噴塗烤漆廢氣治理措施分析

噴塗烤漆房産生廢氣主要污染物是漆霧、苯、甲苯、二甲苯及非甲燒總烴等有機物。 這些有機廢氣微溶或不溶于水,僅采用噴淋除漆霧去除效率較低,一般效率約為40-70%,處理後通過風機直接排放不能達标,餘下的30-60%左右的有機廢氣須作二級淨化處理後,才能保證排放濃度和排放速率達到國家标準。

6.1.1 對粘結顆粒物的處理一般采用兩種方法,一是攔截、過濾。二是用吸收法,即用吸收劑進行吸收,由于吸收劑飽和後不能回收利用,故本方案拟采用攔截、過濾措施,即:将通過噴淋初步處理漆霧顆粒物、對有機廢氣進行攔截,過濾處理。

6.1.2 對苯、甲苯、二甲苯及非甲燒總烴等有機物的治理,從前述可知方法很多,其吸收法、吸附法或吸收、吸附綜合法、光催化氧化分解法等是目前治理有機廢氣的常用方法。本方案拟采用兩種方法:

(1)UV光催化氧化分解、吸附法即用配合處理,在活性炭使用過程中,在無有機廢氣進入時,UV光氧化裝置生成的O3同時對其附着的有機物質起氧化反應進行有效分解,從而間斷性完成活性炭再生處理過程。

(2)UV光催化、等離子分解氧化、活性炭吸附綜合處理,适用于較大風量,或較高濃度的廢氣處理過程,處理效率極高,可達98%以上。同時,裝置生成的O3間斷性完成活性炭再生處理過程。

2、設備工藝流程圖(後附圖)

工藝選擇(1)

噴烤漆房廢氣        

高空達标排放

流程簡述

噴漆烤房外各設排風管(其長度根據現場實際需要确定)和引風機,通過引風機将風管内的廢氣送至密閉噴淋吸附塔進風口處,廢氣通過水霧裝置的循環水吸收噴塗過程中的過噴漆霧。液霧,有較大吸附面積,對廢氣中的水溶性氣體和大顆粒成分進行沉降,起到淨化作用,再經過氣液分離裝置除去液霧,最後進入密閉UV光解裝置、活性炭吸附箱,通過光解、多層床式活性炭處理,廢氣中“三 苯”淨化率可達 95% 以上。活性炭吸附能力主要靠活性炭的細微多孔結構、高比表面積達 600~1600 ㎡/g,有很強的物理親和吸附和化學鍵力吸附能力,可将有害氣體裡的苯、酯、 酚、甲醛、酮類及微小顆粒進行吸附與空氣分離,達到淨化處理的作用。達标氣體由排氣管排空。

工藝選擇(2)

噴烤漆房廢氣        

達标排放

流程簡述

噴漆烤房外各設排風管(其長度根據現場實際需要确定)和引風機,通過引風機将風管内的廢氣送至密閉噴淋吸附塔進風口處,廢氣通過水霧裝置的循環水吸收噴塗過程中的過噴漆霧。液霧,有較大吸附面積,對廢氣中的水溶性氣體和大顆粒成分進行沉降,起到淨化作用,再經過氣液分離裝置除去液霧,最後進入密閉UV光解裝置、活性炭吸附箱,通過光催化氧化、等離子分解氧化、多層床式活性炭處理,廢氣中“三 苯”、 醋酸乙脂丁酮、芳香烴類等淨化率可達 98% 以上,達到淨化處理的作用。達标氣體由排氣管排空。

3、設備組成簡述

3.1 排風管

根據現場實際情況設置管道,或并入原有管道系統。

3.2 風機

本系統由漆房自備風機作廢氣引出使用,其它根據現場實際情況設置。

3.3 密閉噴淋吸附塔

要求:其截面積與内部淨化所需風速相匹配,其長度按達标實際所需淨化效率确定。内設霧化裝置的循環水吸收噴塗過程中的過噴漆霧。水霧,有較大吸附面積,對廢氣中的水溶性氣體和大顆粒成分進行沉降,起到淨化作用。

工藝流程: 從噴塗烤漆房排出的氣體,通過風機壓入密閉噴淋吸附塔内,經塔内密封的高壓水霧處理,對廢氣中的水溶性氣體和大顆粒成分進行淨化,漆霧顆粒淨化率可達70%。VOCs處理效率約為30-40%

内部構造: 内部選用高級霧化裝置,将循環水液體通過高壓噴灑成微小、均勻的水霧(水表面集聚擴大),使氣霧充分接觸,有效地将廢氣中的過噴漆霧顆粒和水溶性氣體吸附在大面積的水霧中。水霧通過沉降、過濾,進入下次循環。是針對無水簾處理裝置的小型噴塗烤漆車間設置的排放氣體外部淨化處理設備。根據使用頻率,定期(連續使用一月内)清理水中沉澱物,避免高壓泵體和霧化裝置堵塞。

循環水處理: 針對噴淋吸附塔内的循環水,使用水處理化學品——漆霧凝聚劑處理。漆霧凝聚AB劑:除去漆渣的粘性,分離水中的漆渣,并保持循環水清澈、無臭味。

操作維護及外部配置:

——每次在新增或更換的塔内循環水中加入定量 B劑,破除過噴油漆顆粒的粘性,預防油漆粒附在泵體和管道内,增強機械脫水效率,延長換水周期;

——在水塔邊放置廢水處理池,對定期(采用Bh波美表測量5°Bé~8°Bé範圍,連續使用不超過一個月)從塔内排出的廢水進行處理。加入定量 A 劑,中和系統電荷,保持系統中離子平衡,使凝集基團在系統中上浮速度加快,結成漆渣浮于水面,便于清理打撈;

——經處理後的水,再用于水塔進行循環使用,從而實現廢水零排放。

3.4密閉氣液分離塔

要求:進一步分離從噴淋塔排除的氣體、少量水霧和大顆粒成分起到淨化作用。

工藝流程:進入到氣液分離裝置,将氣體和液體進一步過濾分離,使氣體中的顆粒物和水溶性廢氣濃度降低95%以上。

内部構造:本裝置設置多層過濾網,采用氣體旋流式結構,水霧和大顆粒成分經多次過濾後被攔截在本裝置内。沉降後的水回流到密閉噴淋吸附塔,并定期更換被堵塞的過濾網。

3.5光分解氧化裝置

要求:與活性炭裝置配合安裝,其截面積與内部淨化所需風速相匹配。裝置便于配件更換和操控。

工藝流程:從氣水分離塔導入的氣體進入本裝置,對廢氣有機成分進行部分氧化分解,同時,産生的活性自由基及負氧離子,對活性炭所吸附的有機廢氣有一定分解再生功能。本裝置可使廢氣濃度降低50~70%.

3.6等離子分解氧化裝置

要求:與活性炭裝置配合安裝,其截面積與内部淨化所需風速相匹配。裝置便于配件更換和操控。

工藝流程:從氣水分離塔導入的氣體進入本裝置,由高頻放電所産生的等離子體,在電場作用下産生的大量OH,HO2,O等活性基和氧化性極強的O3,與有害氣體分子發生化學反應,最終生成無害産物。同時,對活性炭所吸附的有機廢氣有較強分解能力,對活性炭有一定再生功能。本裝置可使廢氣濃度降低60~80%.

3.6密閉活性炭吸附塔

要求:其截面積與内部淨化所需風速相匹配,其高度按達标實際所需淨化效率确定。内設活性炭吸附淨化單元。所有單元的設置以廢氣被充分淨化達标為前提,同時便于飽和活性炭的更換。

工藝流程:經UV光解之後的氣體被壓入密閉活性炭吸附裝置。

主要作用: 噴塗烤漆房排出氣體的主要污染物為苯、甲苯、二甲苯、非甲烷總烴等揮發性有機物;廢氣處理蜂窩狀活性炭,細微多 孔結構、比表面積達 600~1600 ㎡/g,有很強的物理親和吸附和化學鍵力吸附能 力,可将有害氣體裡的苯、酯、酚、甲醛、酮類及微小顆粒進行吸附與空氣分離,達到淨化處理的作用。

内部構造: 内部選用多層床式活性炭網,使廢氣與之充分接觸,從而淨化廢氣。廢氣濃度降低90%以上.

操作維護及外部配置:

——定期對塔内活性炭進行更換;

活性炭選用以優質無煙煤作為原料、外形蜂窩狀,其主要特點為:具有強度高、吸附速度快、吸附容量高、比表面積較大、孔隙結構發達、孔隙大小介于椰殼活性炭和木質活性之間。

用于有毒氣體的淨化,廢氣處理,工業和生活用水的淨化處理,溶劑回收等方面

                 

蜂窩狀活性炭規格參數

主要成份

活性炭

規格

100×100×100mm

壁厚

0.5mm

體密度

(400~450)kg/m³

比表面積

850~950m2/g

吸苯量

38~45%

脫附溫度

<120℃

使用壽命

≥1年

孔數

100-150孔/平方英寸

空塔風速阻力

400Pa(風速0.8~1.3m/s;床厚40cm)

抗壓強度

正壓>0.9MPa;  側壓>0.4MPa

4、設備運行周期設計

單一活性炭吸附飽和周期

設計參數(1)

Ø油漆使用量1.3L/天,VOCs400g/L

Ø噴淋吸附VOCs按吸附率30%計算

ØUV光解VOCs效率按60%計算

Ø活性炭吸附VOCs按80%計算

Ø噴漆實際廢氣排出風量22000m³/h

Ø噴淋、光解後活性炭能夠吸附的廢氣濃度  1.3×400×(1-30%)×(1-60%)×80%×1000÷22000=5.3mg/m³

Ø工作時間累積按1h/d

Ø活性炭采用蜂窩狀活性炭100×100×100mm

Ø柱狀活性炭比重400kg/m³

Ø對苯系物的吸附量按比重35%設計

活性炭吸附箱 長×寬×高 1260×1260×2500mm

活性炭裝填量=0.1×0.1×0.1×600 =0.6m³

活性炭最大飽和吸附量= 0.6m³×400kg/m³×35% = 84kg

活性炭飽和周期=84kg÷(5.3mg/m³×22000m³/h)=720 h

說明:若每天噴漆排除廢氣時間累積為1h,可連續吸附約720天,活性炭飽和。在系統工作過程中,由于UV光解裝置生成的負氧離子對活性炭具有一定再生功能,除機械性損壞外,活性炭理論上可以持續使用2~3年以上。

設計參數(2)

Ø油漆使用量2L/天,VOCs400g/L

Ø噴淋吸附VOCs按吸附率30%計算

ØUV光解、等離子分解氧化VOCs效率按70%計算

Ø活性炭吸附VOCs按90%計算

Ø噴漆實際廢氣排出風量40000m³/h

Ø噴淋、光解後活性炭能夠吸附的廢氣濃度 2×400×(1-30%)×(1-70%)×90%×1000÷40000=3.78mg/m³

Ø工作時間累積按1h/d

Ø活性炭采用蜂窩狀活性炭100×100×100mm

Ø柱狀活性炭比重400kg/m³

Ø對苯系物的吸附量按比重35%設計

活性炭吸附箱 長×寬×高 1500×1500×2500mm

活性炭裝填量=0.1×0.1×0.1×800 =0.8m³

活性炭最大飽和吸附量= 0.8m³×400kg/m³×35% = 112kg

活性炭飽和周期=112kg÷(3.78mg/m³×40000m³/h)=740 h

說明:若每天噴漆排除廢氣時間累積為1h,可連續吸附約740天,活性炭飽和。在系統工作過程中,由于UV光解、等離子裝置生成的負氧離子對活性炭具有較強再生功能,除機械性損壞外,活性炭理論上可以持續使用3~5年。

                         

                                           

             

附:工藝多項選擇表

工藝選擇(1)

噴烤漆房廢氣        

高空達标排放

工藝選擇(2)

噴烤漆房廢氣        

高空達标排放

工藝選擇(3)

噴烤漆房廢氣        

高空達标排放

工藝選擇(4)

噴烤漆房廢氣        

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