汽车涂装车间VOC处理设备废气浓缩沸石转轮焚烧

伴随着国家对环保工作的重视,各地方对本地区挥发性有机物(VOC)的排放指标要求越来越高,根据DB 11/ 1227《汽车整车制造业(涂装工序)大气污染物排放标准》以及DB 11/ 501-2017《大气污染地方排放标准(北京)》的要求,使用有机溶剂的工艺设备或车间,其排气筒中非甲烷总烃初始排放速率≥1 kg/h,应安装VOC控制设备净化处理后排放;非甲烷总烃初始排放速率≥2.5 kg/h,应安装VOC 控制设备净化处理后排放,且净化效率应不低于90%。

按照北京市排放标准要求,2017年9月1日起,非甲烷总烃应低于25 mg/m3,为满足环保要求,北京某汽车涂装车间需要安装浓缩转轮焚烧系统,用来处理清漆喷漆室排出的含VOC气体。本文通过详细阐述涂装车间废气浓缩沸石转轮焚烧系统的设计安装,调试应用等技术细节,对汽车行业VOC处理设备上马提供一个技术参考,也为环保工作的实施提供一个案例。

1 废气浓缩沸石转轮焚烧系统的设计

1.1 废气浓缩沸石转轮焚烧系统的设计背景

北京某汽车涂装车间土建设计由北京市工业设计院负责规划及设计,建设由北京建工集团负责实施。涂装设备安装调试由杜尔涂装系统工程(上海)有限公司负责,厂房占地39 372 m2,建筑面积76 637 m2,主体为钢架构,共分三层,一层布置前处理及电泳区、中上涂车身区及工厂辅助设施,二层布置作业场、喷漆区、打磨区、涂胶区、检修区及注蜡区,三层布置空调区及烘干区,厂房防火等级按戊类标准执行。

北京某汽车涂装车间一期产能15万辆/a,2015年7月监测结果如表1所示。

对照北京市Ⅰ时段(2015.9.1)和Ⅱ时段(2017.9.1)的废气主要污染物上限值,2015年苯系物和非甲烷总烃已经接近Ⅱ时段的上限值,二期建成后,产能达到30万辆/a,产量的成倍增长势必造成VOC废气的增加,故在二期建设时,启动了废气浓缩沸石转轮焚烧系统的建设,通过废气浓缩沸石转轮焚烧系统的应用,使废气排放完全符合北京市Ⅱ时段的废气主要污染物上限指标。

1.2 废气浓缩沸石转轮焚烧系统的工作原理

废气浓缩沸石转轮焚烧系统是浓缩轮(沸石转轮)的技术,将有机废气中的有机物浓缩(本项目20 ∶ 1的浓缩比)。再将浓缩后的废气通过TAR焚烧,经余热回收后将燃烧后清洁的空气排放,达到完全处理废气的效果。

1)废气通过引风机进入三组沸石浓缩转轮进行初步VOC处理;

2)解附、浓缩后的高浓度有机废气进入焚烧装置先进行预热然后进行高温氧化处理;

3)燃烧后的高温气体排出对预热装置进行换热,

同时对管路进行加热,用于解附气体。

通过此设备的高温氧化分解,综合废气处理效率可达95%,经过处理后的废气完全可以达到几乎零排放的高标准。

1.3 废气浓缩沸石转轮焚烧系统的设计

该汽车涂装车间中涂、面漆采用水性漆,喷漆室产生的废气中VOC含量极低,罩光漆是溶剂型漆,故VOC的主要废气来源于罩光喷漆室。涂装车间废气排放烟囱高50 m,位于车间南侧中央,烟囱东侧二层为罩光喷漆室排气风房,西侧二层为中涂、面漆喷漆室排气风房,两个风房的废气分别进入烟囱,烟囱内在30 m以下有隔板,将两边的废气分隔,便于测量各混风室排出废气的浓度,30 m以上,两边废气混合后排入大气。

为处理罩光喷漆室排出的废气,废气浓缩沸石转轮焚烧系统设备安装在涂装排放烟囱东南侧,占地面积248 m2,设计条件及原则为:1)罩光漆喷漆室体废气量大;2)废气中VOC浓度低;3)浓度越高,焚烧所消耗的天然气越少(浓度不超过爆炸极限下限25%)。

涂装车间罩光喷漆室排风进行废气浓缩处理,其中一期罩光喷漆室排风风量27.6万m3/h,二期罩光喷漆室排风风量24.6万m3/h。要求一期、二期设备可单独使用,也可同时混合使用。要求废气浓缩沸石转轮焚烧系统设备处理能力55.2万m3/h风量,废气处理系统风管连接至罩光喷漆室排气风机出口端,将罩光喷漆室废气(以下简称为原始废气)引入废气处理系统;原始废气连接至沸石转轮浓缩系统,经转轮工作区浓缩处理后的废气(以下简称为吸附后洁净废气)与焚烧处理后的废气(以下简称为燃烧后洁净废气)混合后送入混合风道排放;小部分用于解附的原始废气(以下简称为解附废气)经加热后,进入沸石转轮浓缩系统高温解附区域,将吸附在沸石表面是的VOC解附出来,形成高浓度废气(以下简称为燃烧废气),直接送入废气焚烧系统进行焚烧,燃烧后洁净废气与吸附后洁净废气混合后送入混合风道从高烟囱排放。

涂装车间废气浓缩沸石转轮焚烧系统的组成为:

1)过滤系统

新增废气过滤系统,安装在每套温湿度调节系统后,过滤喷漆室废气中易导致浓缩设备阻塞和失效的杂质、颗粒物;每套过滤系统分四级过滤,初效过滤器为G3板式过滤器和G4袋式过滤器,中效过滤器为F7袋式过滤器,过滤器为F9袋式过滤器,通过4层过滤,使过滤后的废气不含漆雾,保证沸石转轮的佳使用寿命。

2)沸石转轮浓缩系统

在过滤系统后端安装沸石转轮浓缩系统,原始废气经过沸石转轮吸附区的洁净废气进入混合风道,经过沸石转轮解附区后的高浓度废气由燃烧废气风机送入焚烧系统净化处理。

3)解附废气预热系统

解附废气预热系统使解附废气的温度能够直接将吸附在沸石转轮浓缩系统中的VOC解附出来,形成高浓度燃烧废气。

4)废气焚烧系统

沸石转轮浓缩系统后端增设废气焚烧系统,沸石转轮浓缩系统产生的废气通过管道引至废气焚烧系统入口。燃烧废气风机引导燃烧废气通过废气焚烧系统,使燃烧废气在焚烧系统中裂解为二氧化碳和水。

5)变频风机

原始废气抽风风机安装在沸石转轮浓缩系统后端;解附废气风机安装在解附废气预热系统前端;燃烧废气风机安装在废气焚烧系统前端。

6)连接风管

连接风管包含所有与设备相关的进风、排烟风管以及系统设备之间的风管,将废气处理设备连接成完整系统,所有管路不漏气。

7)废气处理控制系统

废气处理控制系统要求采用集中监控PLC分布式控制,以满足废气处理系统安全、长期、稳定、可靠的运行需求,即采用PLC+触摸屏与电源柜、电气控制柜、PLC控制柜、电磁阀箱、现场就地操作箱、现场仪表等组成整个控制系统,实现系统的独立监控。在控制柜上设有触摸屏,对系统进行集中动态监视和自动控制,对设备状态和报警参数自动生成报表。系统可扩充TCP/IP协议和车间中央控制室的计算机相连;废气处理系统与喷漆室送排风实现中控室一键连锁启动。

2 废气浓缩沸石转轮焚烧系统的安装调试

2.1 废气浓缩沸石转轮焚烧系统的调试

废气浓缩沸石转轮焚烧系统的调试和涂装车间二期罩光漆喷漆室的风平衡的调试同步进行,废气浓缩沸石转轮有3种运行模式,对应两个罩光喷漆室,即两条生产线的运转,一种是一线运行模式,一种是二线运行模式,还有一种是双线运行模式,废气浓缩沸石转轮焚烧系统有3套转轮机组,自西向东分别为1号机组、2号机组和3号机组,罩光喷漆室一线生产时,2号机组和3号机组运行,罩光喷漆室二线生产时,1号机组和3号机组运行,罩光喷漆室双线生产时,3个机组同时运行。

风量调试是设备调试的关键,要保证罩光喷漆室的风平衡,使罩光喷漆室的排气量和废气浓缩沸石转轮焚烧系统的进风量平衡,并且保证3个模式可以互相切换。风量调试时,要满足各个关键位置的风速达到设计风速,并且没有风横流现象,经过调试人员在现场各测试点测试风速,对风机进行多次调试,最终调试出一个平衡的状态。

电控调试是废气浓缩沸石转轮焚烧系统的重点,3种模式的切换需要喷漆室信号和废气浓缩沸石转轮焚烧系统的交互,给出相应的信号。信号系统对废气过滤系统各级过滤压差进行控制,能实现压差过载时自动报警,能对各级压差显示和记录,其信号进入主控柜的PLC;对沸石浓缩转轮转速、废气吸附及解附前后压力、废气吸附及解附前后温度自动控制;转轮转速过载、压力过载及温度过载时自动报警,对转速、压力及温度显示和记录,其信号进入主控柜的PLC;对沸石转轮浓缩系统至焚烧系统进口VOC浓度自动监测,沸石转轮浓缩系统至焚烧系统进口VOC浓度超出限值时自动报警,对沸石转轮浓缩系统至焚烧系统进口VOC浓度显示和记录,其信号进入主控柜的PLC;对废气焚烧系统内焚烧温度、焚烧系统出口温度、焚烧系统内部压力进行控制,对温度过载、VOC浓度超出限值和压力过载时自动报警,对各自温度、VOC浓度和压力显示和记录;其信号进入主控柜的PLC;对燃烧器天然气管路和压缩空气的自控阀门进行控制,对燃烧器自动点火进行控制,对天然气压力、天然气助燃风压力进行监控,对火焰紫外线扫描探测数据、熄火报警数据、天然气压力及助燃风压力显示和记录,其信号进入主控柜的PLC;设置天然气安全检测报警装置,对天然气压力进行控制,能对天然气产生泄露时进行报警和控制,其信号进入主控柜的PLC;系统软件对越限参数和工艺设备故障进行分析,发出报警并实施相应的连锁和保护。

控系统上设有急停开关。现场可自动启动、手动启动和自动停止,中控室实现自动启动,当喷漆室排风启动时,VOC系统实现在其启动之前启动。VOC报故障时,将故障信息传输至VOC主控柜的操作面板(并可随时看到故障记录),故障指示灯亮,在中控制监控画面显示出VOC系统故障,并发出故障指示声音。

2.2 废气浓缩沸石转轮焚烧系统的处理效果及完成状态

废气浓缩沸石转轮焚烧系统安装完成后,在双线满产状态下,涂装车间所有废气混合后,通过第三方检测机构谱尼测试集团股份有限公司实测,废气主要污染物较少,远低于北京市环保要求值,详见表2所列。

3 结语

涂装车间废气浓缩沸石转轮焚烧系统的安装调试,在规定时间内完成,使涂装车间的废气排放指标完全符合北京市Ⅱ时段的指标,这一环保项目为北京某汽车公司创建绿色工厂提供了有力的支持。该项目得到了公司高度重视,前期论证充分,设计合理,准备工作到位,按计划顺利实施,使废气排放达到优良水平,为企业的清洁生产工作提供了有利保障。

为了保护生态环境,实现经济社会的可持续发展,需要在工业生产中的各环节都尽量减少污染物,同时在污染物排放末端要进行净化处理,以尽量减少污染物排放。采用本方案对涂装车间喷漆室的废气进行处理后,设备运行稳定可靠,大大减少了VOC排放总量,具有显著的社会效益。

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