摘要：我國汽車工業快速發展的同時，所帶來的環境問題也日益受到關注。塗裝車間的噴漆室廢氣通常采用高空排放，廢氣排放雖然滿足國家标準，但VOCs濃度仍然較高，對生态環境造成很大的影響。随着更嚴苛地方排放标準的實施，這部分廢氣必須經過淨化處理後才能排放。針對噴漆室廢氣大風量、低濃度的特點，對不同形式的噴漆室制定了可行的廢氣處理方案，并在實際項目中成功運用且滿足地方排放标準。

0引言

随着國内經濟的高速發展，人們對于汽車的需求也越來越大，從而引發汽車工業飛速發展，并逐漸成為重要的支柱産業。為了滿足日益增長的汽車消費需求，各汽車廠商積極投入到擴大産能的行列中，希望抓住中國汽車行業發展的曆史機遇，紛紛在各地上馬建設整車項目。與此同時，人們對于環境尤其是空氣質量的關注度越來越高，霧霾、PM2.5、AQI空氣質量指數已成為天氣預報不可缺少的内容，而年空氣優良天數也成為各級政府工作業績的重要考核指标。

塗裝車間是整車項目中不可缺少的一部分，在汽車塗裝過程中，由于需要使用塗料，通常被認為是一個污染大戶，是産生污染物最多的一個環節[1]，包括廢氣、廢水和廢渣。因此，如何有效治理汽車塗裝生産中的廢氣已成為亟待解決的重要問題。目前各地方政府都相繼出台了針對汽車表面塗裝中有機物排放标準以及揮發性有機物排污收費實施辦法，在制度建立和經濟效益兩方面雙管齊下，即從立法上确保企業必須減少揮發性有機廢氣的排放，做到合法排放;同時從經濟利益角度引導企業主動減少排放。

1塗裝車間噴漆室廢氣淨化方案設計

1.1塗裝車間有機廢氣概述

塗裝車間産生有機廢氣的主要來源有噴漆室、揮發室和烘房。噴漆室和烘房廢氣的産生及排放見圖1所示。烘房廢氣和噴漆室廢氣參數對比見表1。烘房廢氣的特點是風量小、濃度高，一般采用高溫氧化焚燒處理，在高溫條件下揮發性有機物氧化分解，産生的熱量作為烘房所需的熱源，淨化後的空氣可以達到國家和地方發布的排放标準。而噴漆室産生的有機廢氣由于風量大、濃度低，在滿足國家法規的情況下一般都采用高空直接排放，從而造成嚴重的環境污染。近幾年，許多地方政府相繼出台了地方法規，對有機廢氣排放制定了更嚴苛的标準。為滿足這些要求，部分噴漆室所排放的有機廢氣也必須進行有效治理。

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1.2塗裝車間噴漆室形式

汽車塗裝車間通常采用的漆霧處理方式有2種，一種是傳統濕式文丘裡噴漆室，另外一種是幹式或半幹式噴漆室。

由于幹式或半幹式噴漆室在節能減排方面效果顯著，近幾年已被各廠家普遍選用。不同的噴漆室形式下，排風風量、溫濕度、廢氣濃度以及排風中的顆粒物都有很大的區别，具體比較見表2。

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而這些參數的不同對後續廢氣處理方案的設計會産生很大的影響。

1.3廢氣淨化技術方案設計

1.3.1吸附材料選取

汽車塗裝噴漆室廢氣具有風量大、濃度低的特點。如果采用直接燃燒處理，成本比較高，因此通常采用吸附的方法進行處理，即采用吸附轉輪進行濃縮，濃縮後變為濃度高、風量低的氣體，然後采用高溫焚燒氧化處理。吸附材料目前有活性炭和分子篩沸石，這2種吸附劑的特性對比見表3。

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活性炭一般适用于大部分VOCs的吸附淨化，但在實際工業應用中，其對需處理的廢氣有較高的相對濕度要求，通常小于50%左右;而且活性炭存在再生困難、吸附性能受水氣影響大、吸附飽和時在熱氣流再生過程中安全性較差、易發生火災等缺陷。筆者所在單位在20世紀90年代末曾經試驗過一套采用活性炭纖維的轉輪，在調試過程中就發生設備自燃，也驗證了活性炭在塗裝車間噴漆室廢氣處理應用中并不适用。

沸石分子篩的特性為：有較強的疏水性，對原始廢氣的相對濕度要求較低，而且不可燃、耐溫高、高溫再生簡單易行、維護方便。因此，非常适合用于處理汽車塗裝車間的噴漆室和晾幹室廢氣。

為了達到較理想的處理效率，沸石分子篩對所處理廢氣的相對濕度和溫度通常有一定要求，圖2為某沸石轉輪制造廠商所提供的濃縮轉輪試驗數據覆蓋圖，藍色區域為數據覆蓋範圍，同時也是廠家推薦使用工況，因此所處理的廢氣其相對濕度和溫度要盡可能在藍色區域範圍内。

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1.3.2廢氣燃燒處理裝置

目前廣泛采用的廢氣燃燒處理裝置有蓄熱式氧化爐RTO或熱氧化爐TNV/TAR，本文主要以熱氧化爐為例，典型的熱氧化爐結構如圖3所示。

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從轉輪脫附區過來的高濃度廢氣首先在熱氧化焚燒爐内的光管式換熱器内被高溫潔淨氣體預先加熱至450~500℃，然後流過燃燒器，最終進入燃燒室，加熱到約730℃，使污染物氧化。此過程中需要的熱能一部分由廢氣中的溶劑提供，根據廢氣中的溶劑含量，所需的補充熱能以其他燃料如天然氣形式供應。因燃燒室内存在相當大的湍流，經過一定滞留時間後有機污染物被氧化分解。熱潔淨氣體流從反應室流入廢氣預熱器中，預熱器中的大部分熱能換熱到更冷的廢氣上。

1.3.3沸石轉輪系統基本技術方案

采用沸石作為吸附介質的轉輪系統組成如圖4所示，來自噴漆室的廢氣首先經過過濾，因為廢氣中的顆粒物會堵塞沸石分子篩，從而影響吸附過程。因此在沸石轉輪前需要安裝空氣過濾器，以去除這些顆粒，保護沸石分子篩。過濾系統的級别通常和噴漆室的形式有關。沸石轉輪的作用是将有機廢氣從大風量濃縮到小風量中。濃縮後的小風量廢氣，可以高效地被熱氧化爐焚燒處理。吸附的意思是有機溶劑分子在被稱作“吸附介質”的“活性”物質上富集，類似于海綿，吸附介質将有機溶劑氣體吸收進來。然後，通過高溫小風量氣流對其加熱，将有機物分子溫度升高至200℃左右，加劇其分子間的不規則運動，轉輪無法繼續捕捉後，有機物分子将随氣流全部從轉輪内部帶出。

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沸石轉輪的基材由蜂窩狀的陶瓷纖維片組成，而作為吸附介質的疏水性沸石采用特殊的燒結工藝覆蓋在基材的表面，轉輪的吸附和脫附是一個連續的運轉過程，即轉輪一直在旋轉。因此它被分為了3個區域：吸附區、脫附區和冷卻區，每個區域間相互隔離。含大部分VOCs的廢氣在經過轉輪吸附區的時候被吸附在轉輪上，變成潔淨的氣體排出。在脫附區域，附着在轉輪上的VOCs被連續的高溫脫附氣體從反方向解吸出來。高濃度的VOCs氣體從轉輪上脫離後被送到焚燒爐高溫氧化焚燒處理。

轉輪中熱脫附區接着被轉到了冷卻區，原先的小部分廢氣被引入到該區對轉輪進行冷卻處理，然後被送到脫附熱交換器進行升溫，在換熱器中，這部分氣體與焚燒爐出口的高溫潔淨氣體進行熱交換并成為高溫的脫附氣體。

2噴漆室廢氣處理技術方案應用

2.1幹式噴漆室廢氣處理技術方案應用

以本公司在江蘇省某工廠塗裝車間為例，采用無中塗工藝，即水性色漆和雙組分溶劑型清漆工藝，同時采用杜爾公司Dry-Scrubber石灰石幹式噴漆室，由于車身内、外表面100%采用機器人自動噴塗，因此85%的空氣循環使用，其噴漆室的排風濃度高于當地排放标準，必須處理後才允許排放。因此，針對轉輪吸附濃縮和焚燒工藝在噴漆廢氣處理中的應用，設計了詳細的方案。該車間的生産數據和排風參數見表4。

根據以上廢氣參數，經分析和理論計算，相關方案見圖5和表5，經過計算選用2套直徑為4250mm的沸石轉輪，可以滿足江蘇地方排放标準。

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由于來自幹式噴漆室的廢氣顆粒排放小于0.1mg/m3，所以隻要再經過2道過濾即F7和F9，即可去除廢氣中的顆粒物，确保顆粒物不會進入轉輪而造成堵塞。然後這些大風量、低濃度的廢氣被沸石有效吸附處理後變為幹淨的氣體，而吸附在轉輪上的有機溶劑被高溫氣體脫附後變為高濃度、低風量的氣體，通過高溫焚燒氧化處理後轉化為潔淨氣體進行排放。脫附後的沸石經過冷卻後重新進入吸附區進行有機溶劑吸附。詳細流程見圖6所示。考慮到熱交換器後的氣體溫度高于200℃，因此設計了餘熱回收裝置，确保系統更加節能。

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設備調試投入運行後，根據GB/T16157—1996和GB16297—1996對廢氣淨化設備的進口濃度和處理後的潔淨氣體進行檢測，檢測因子包括非甲烷總烴、苯系物和TVOCs，檢測時間為8h，取樣3次/h，檢測數據如圖7~8所示。

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進口面漆1線色漆和清漆廢氣中苯系物濃度範圍為60~185mg/m3，進口面漆2線色漆和清漆廢氣中苯系物濃度範圍為66~177mg/m3，經過廢氣淨化裝置處理後出口濃度範圍為5.9~11.1mg/m3，苯系物平均去除效率>90%。

進口面漆1線色漆和清漆廢氣中TVOCs濃度範圍為215~476mg/m3，進口面漆2線色漆和清漆廢氣中TVOCs濃度範圍為256~445mg/m3，經過廢氣淨化裝置處理後TVOCs出口濃度範圍為14.9~25.1mg/m3，TVOCs平均去除效率>90%。

從檢測數據可以看出，經過處理後的潔淨空氣苯系物濃度小于20mg/m3，TVOCs濃度小于30mg/m3，均符合江蘇省地方标準DB32/2862—2016《表面塗裝(汽車制造業)揮發性有機物排放标準》中相關要求，标準限值見表6。

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2.2濕式噴漆室廢氣處理技術方案

以本公司在上海某工廠塗裝車間為例，由于該車間建設比較早，采用傳統溶劑型工藝，漆霧經過文丘裡水洗裝置處理後通過70m高煙囪排放。雖然該噴漆室排放滿足國家排放法規，但是無法滿足2017年1月1日開始實施的地方排放法規要求，因此必須進行淨化處理才能排放。針對轉輪吸附濃縮和焚燒工藝在噴漆廢氣處理中的應用，做了詳細的方案設計。該車間的生産數據和中塗、面漆排風參數見表7。

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根據以上廢氣參數，經過專家的分析和理論計算，設計出廢氣治理方案(見圖9)，相關計算見表8。

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經過計算選用5套直徑為4500mm的沸石轉輪，可以達到當地地方排放标準。

來自濕式噴漆室的廢氣中顆粒物為3mg/m3，所以首先經過4道過濾，包括G4、F5、F7、F9去除廢氣中的顆粒物，以免這些顆粒物進入轉輪造成堵塞。廢氣進入沸石轉輪系統後，大風量、低濃度的廢氣被沸石有效吸附處理後變為幹淨的氣體，而吸附在轉輪上的有機溶劑被高溫氣體脫附後變為高濃度、低風量的氣體，這部分高濃度的廢氣一部分被引入到轉輪入口，以提高入口的廢氣濃度，這樣可以減少焚燒處理設備的裝機容量以及能源的耗量。通過高溫焚燒處理後轉為潔淨氣體進行排放，脫附後的沸石轉輪經過冷卻後重新進入吸附區進行有機溶劑吸附。

設備投入運行後進行了監測，入口NMHC平均濃度為135mg/m3，經過廢氣淨化裝置處理後排放平均濃度為0.6mg/m3，處理效率為>90%。從檢測數據可以看出，經過處理後的潔淨空氣NMHC濃度小于30mg/m3，均符合上海地方标準DB31/859—2014《汽車制造業(塗裝)大氣污染物排放标準》中相關要求，标準限值見表9。

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3結語

為了保護生态環境，實現經濟社會的可持續發展，需要在工業生産中的各環節都盡量減少污染物使用量，同時在污染物排放末端要進行淨化處理，以盡量減少污染物排放。采用本方案對塗裝車間噴漆室的廢氣進行處理後，設備運行穩定可靠，大大減少了VOCs排放總量，具有較大的社會效益。

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