汽車涂裝車間VOC處理設備廢氣濃縮沸石轉輪焚燒系統應用
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0 引言
伴隨著國家對環保工作的重視，各地方對本地區揮發性有機物（VOC）的排放指標要求越來越高，根據DB 11/ 1227《汽車整車制造業（涂裝工序）大氣污染物排放標準》以及DB 11/ 501-2017《大氣污染地方排放標準（北京）》的要求，使用有機溶劑的工藝設備或車間，其排氣筒中非甲烷總烴初始排放速率≥1 kg/h，應安裝VOC控制設備凈化處理后排放；非甲烷總烴初始排放速率≥2.5 kg/h，應安裝VOC 控制設備凈化處理后排放，且凈化效率應不低于90％。
按照北京市排放標準要求，2017年9月1日起，非甲烷總烴應低于25 mg/m3，為滿足環保要求，北京某汽車涂裝車間需要安裝濃縮轉輪焚燒系統，用來處理清漆噴漆室排出的含VOC氣體。本文通過詳細闡述涂裝車間廢氣濃縮沸石轉輪焚燒系統的設計安裝，調試應用等技術細節，對汽車行業VOC處理設備上馬提供一個技術參考，也為環保工作的實施提供一個案例。
1 廢氣濃縮沸石轉輪焚燒系統的設計
1.1 廢氣濃縮沸石轉輪焚燒系統的設計背景
北京某汽車涂裝車間土建設計由北京市工業設計院負責規劃及設計，建設由北京建工集團負責實施。涂裝設備安裝調試由杜爾涂裝系統工程（上海）有限公司負責，廠房占地39 372 m2，建筑面積76 637 m2，主體為鋼架構，共分三層，一層布置前處理及電泳區、中上涂車身區及工廠輔助設施，二層布置作業場、噴漆區、打磨區、涂膠區、檢修區及注蠟區，三層布置空調區及烘干區，廠房防火等級按戊類標準執行。
北京某汽車涂裝車間一期產能15萬輛/a，2015年7月監測結果如表1所示。
對照北京市Ⅰ時段（2015.9.1）和Ⅱ時段（2017.9.1）的廢氣主要污染物上限值，2015年苯系物和非甲烷總烴已經接近Ⅱ時段的上限值，二期建成后，產能達到30萬輛/a，產量的成倍增長勢必造成VOC廢氣的增加，故在二期建設時，啟動了廢氣濃縮沸石轉輪焚燒系統的建設，通過廢氣濃縮沸石轉輪焚燒系統的應用，使廢氣排放完全符合北京市Ⅱ時段的廢氣主要污染物上限指標。
1.2 廢氣濃縮沸石轉輪焚燒系統的工作原理
廢氣濃縮沸石轉輪焚燒系統是的濃縮輪（沸石轉輪）的技術，將有機廢氣中的有機物濃縮（本項目20 ∶ 1的濃縮比）。再將濃縮后的廢氣通過TAR焚燒，經余熱回收后將燃燒后清潔的空氣排放，達到完全處理廢氣的效果。
1）廢氣通過引風機進入三組沸石濃縮轉輪進行初步VOC處理；
2）解附、濃縮后的高濃度有機廢氣進入焚燒裝置先進行預熱然后進行高溫氧化處理；
3）燃燒后的高溫氣體排出對預熱裝置進行換熱，
同時對管路進行加熱，用于解附氣體。
通過此設備的高溫氧化分解，綜合廢氣處理效率可達95%，經過處理后的廢氣完全可以達到幾乎零排放的高標準。
1.3 廢氣濃縮沸石轉輪焚燒系統的設計
該汽車涂裝車間中涂、面漆采用水性漆，噴漆室產生的廢氣中VOC含量極低，罩光漆是溶劑型漆，故VOC的主要廢氣來源于罩光噴漆室。涂裝車間廢氣排放煙囪高50 m，位于車間南側中央，煙囪東側二層為罩光噴漆室排氣風房，西側二層為中涂、面漆噴漆室排氣風房，兩個風房的廢氣分別進入煙囪，煙囪內在30 m以下有隔板，將兩邊的廢氣分隔，便于測量各混風室排出廢氣的濃度，30 m以上，兩邊廢氣混合后排入大氣。
為處理罩光噴漆室排出的廢氣，廢氣濃縮沸石轉輪焚燒系統設備安裝在涂裝排放煙囪東南側，占地面積248 m2，設計條件及原則為：1）罩光漆噴漆室體廢氣量大；2）廢氣中VOC濃度低；3）濃度越高，焚燒所消耗的天然氣越少（濃度不超過爆炸極限下限25%）。
涂裝車間罩光噴漆室排風進行廢氣濃縮處理，其中一期罩光噴漆室排風風量27.6萬m3/h，二期罩光噴漆室排風風量24.6萬m3/h。要求一期、二期設備可單獨使用，也可同時混合使用。要求廢氣濃縮沸石轉輪焚燒系統設備處理能力55.2萬m3/h風量，廢氣處理系統風管連接至罩光噴漆室排氣風機出口端，將罩光噴漆室廢氣（以下簡稱為原始廢氣）引入廢氣處理系統；原始廢氣連接至沸石轉輪濃縮系統，經轉輪工作區濃縮處理后的廢氣（以下簡稱為吸附后潔凈廢氣）與焚燒處理后的廢氣（以下簡稱為燃燒后潔凈廢氣）混合后送入混合風道排放；小部分用于解附的原始廢氣（以下簡稱為解附廢氣）經加熱后，進入沸石轉輪濃縮系統高溫解附區域，將吸附在沸石表面是的VOC解附出來，形成高濃度廢氣（以下簡稱為燃燒廢氣），直接送入廢氣焚燒系統進行焚燒，燃燒后潔凈廢氣與吸附后潔凈廢氣混合后送入混合風道從高煙囪排放。
涂裝車間廢氣濃縮沸石轉輪焚燒系統的組成為：
1）過濾系統
新增廢氣過濾系統，安裝在每套溫濕度調節系統后，過濾噴漆室廢氣中易導致濃縮設備阻塞和失效的雜質、顆粒物；每套過濾系統分四級過濾，初效過濾器為G3板式過濾器和G4袋式過濾器，中效過濾器為F7袋式過濾器，高效過濾器為F9袋式過濾器，通過４層過濾，使過濾后的廢氣不含漆霧，保證沸石轉輪的佳使用壽命。
2）沸石轉輪濃縮系統
在過濾系統后端安裝沸石轉輪濃縮系統，原始廢氣經過沸石轉輪吸附區的潔凈廢氣進入混合風道，經過沸石轉輪解附區后的高濃度廢氣由燃燒廢氣風機送入焚燒系統凈化處理。
3）解附廢氣預熱系統
解附廢氣預熱系統使解附廢氣的溫度能夠直接將吸附在沸石轉輪濃縮系統中的VOC解附出來，形成高濃度燃燒廢氣。
4）廢氣焚燒系統
沸石轉輪濃縮系統后端增設廢氣焚燒系統，沸石轉輪濃縮系統產生的廢氣通過管道引至廢氣焚燒系統入口。燃燒廢氣風機引導燃燒廢氣通過廢氣焚燒系統，使燃燒廢氣在焚燒系統中裂解為二氧化碳和水。
5）變頻風機
原始廢氣抽風風機安裝在沸石轉輪濃縮系統后端；解附廢氣風機安裝在解附廢氣預熱系統前端；燃燒廢氣風機安裝在廢氣焚燒系統前端。
6）連接風管
連接風管包含所有與設備相關的進風、排煙風管以及系統設備之間的風管，將廢氣處理設備連接成完整系統，所有管路不漏氣。
7）廢氣處理控制系統
廢氣處理控制系統要求采用集中監控PLC分布式控制，以滿足廢氣處理系統安全、長期、穩定、可靠的運行需求，即采用PLC+觸摸屏與電源柜、電氣控制柜、PLC控制柜、電磁閥箱、現場就地操作箱、現場儀表等組成整個控制系統，實現系統的獨立監控。在控制柜上設有觸摸屏，對系統進行集中動態監視和自動控制，對設備狀態和報警參數自動生成報表。系統可擴充TCP/IP協議和車間中央控制室的計算機相連；廢氣處理系統與噴漆室送排風實現中控室一鍵連鎖啟動。
2 廢氣濃縮沸石轉輪焚燒系統的安裝調試
2.1 廢氣濃縮沸石轉輪焚燒系統的調試
廢氣濃縮沸石轉輪焚燒系統的調試和涂裝車間二期罩光漆噴漆室的風平衡的調試同步進行，廢氣濃縮沸石轉輪有３種運行模式，對應兩個罩光噴漆室，即兩條生產線的運轉，一種是一線運行模式，一種是二線運行模式，還有一種是雙線運行模式，廢氣濃縮沸石轉輪焚燒系統有3套轉輪機組，自西向東分別為１號機組、２號機組和３號機組，罩光噴漆室一線生產時，２號機組和３號機組運行，罩光噴漆室二線生產時，１號機組和３號機組運行，罩光噴漆室雙線生產時，３個機組同時運行。
風量調試是設備調試的關鍵，要保證罩光噴漆室的風平衡，使罩光噴漆室的排氣量和廢氣濃縮沸石轉輪焚燒系統的進風量平衡，并且保證３個模式可以互相切換。風量調試時，要滿足各個關鍵位置的風速達到設計風速，并且沒有風橫流現象，經過調試人員在現場各測試點測試風速，對風機進行多次調試，終調試出一個平衡的狀態。
電控調試是廢氣濃縮沸石轉輪焚燒系統的重點，３種模式的切換需要噴漆室信號和廢氣濃縮沸石轉輪焚燒系統的交互，給出相應的信號。信號系統對廢氣過濾系統各級過濾壓差進行控制，能實現壓差過載時自動報警，能對各級壓差顯示和記錄，其信號進入主控柜的PLC；對沸石濃縮轉輪轉速、廢氣吸附及解附前后壓力、廢氣吸附及解附前后溫度自動控制；轉輪轉速過載、壓力過載及溫度過載時自動報警，對轉速、壓力及溫度顯示和記錄，其信號進入主控柜的PLC；對沸石轉輪濃縮系統至焚燒系統進口VOC濃度自動監測，沸石轉輪濃縮系統至焚燒系統進口VOC濃度超出限值時自動報警，對沸石轉輪濃縮系統至焚燒系統進口VOC濃度顯示和記錄，其信號進入主控柜的PLC；對廢氣焚燒系統內焚燒溫度、焚燒系統出口溫度、焚燒系統內部壓力進行控制，對溫度過載、VOC濃度超出限值和壓力過載時自動報警，對各自溫度、VOC濃度和壓力顯示和記錄；其信號進入主控柜的PLC；對燃燒器天然氣管路和壓縮空氣的自控閥門進行控制，對燃燒器自動點火進行控制，對天然氣壓力、天然氣助燃風壓力進行監控，對火焰紫外線掃描探測數據、熄火報警數據、天然氣壓力及助燃風壓力顯示和記錄，其信號進入主控柜的PLC；設置天然氣安全檢測報警裝置，對天然氣壓力進行控制，能對天然氣產生泄露時進行報警和控制，其信號進入主控柜的PLC；系統軟件對越限參數和工藝設備故障進行分析，發出報警并實施相應的連鎖和保護。
控系統上設有急停開關。現場可自動啟動、手動啟動和自動停止，中控室實現自動啟動，當噴漆室排風啟動時，VOC系統實現在其啟動之前啟動。VOC報故障時，將故障信息傳輸至VOC主控柜的操作面板（并可隨時看到故障記錄），故障指示燈亮，在中控制監控畫面顯示出VOC系統故障，并發出故障指示聲音。
2.2 廢氣濃縮沸石轉輪焚燒系統的處理效果及完成狀態
廢氣濃縮沸石轉輪焚燒系統安裝完成后，在雙線滿產狀態下，涂裝車間所有廢氣混合后，通過第三方權威檢測機構譜尼測試集團股份有限公司實測，廢氣主要污染物較少，遠低于北京市環保要求值，詳見表2所列。
3 結語
涂裝車間廢氣濃縮沸石轉輪焚燒系統的安裝調試，在規定時間內完成，使涂裝車間的廢氣排放指標完全符合北京市Ⅱ時段的指標，這一環保項目為北京某汽車公司創建綠色工廠提供了有力的支持。該項目得到了公司高度重視，前期論證充分，設計合理，準備工作到位，按計劃順利實施，使廢氣排放達到優良水平，為企業的清潔生產工作提供了有利保障。
為了保護生態環境，實現經濟社會的可持續發展，需要在工業生產中的各環節都盡量減少污染物，同時在污染物排放末端要進行凈化處理，以盡量減少污染物排放。采用本方案對涂裝車間噴漆室的廢氣進行處理后，設備運行穩定可靠，大大減少了VOC排放總量，具有顯著的社會效益。
作者單位北京奔馳汽車
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