论文部分内容阅读
摘 要：涂装作为一个产生挥发性有机废气（VOCs）的关键工艺过程，广泛存在于各行各业中，其产生的VOCs具有风量大、浓度低等特点，使得涂装VOCs治理存在工程投资大、运行费用高等问题。循环风改造通过将部分含VOCs气体循环利用实现废气的减量增浓，本文以某汽车涂装项目为例，介绍了循环风改造在涂装废气治理中的应用，并对其进行经济性分析，以期为涂装行业的循环风改造提供借鉴。
关键词：循环风改造 涂装VOCs 应用 经济性分析
中图分类号：TE89 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）09（a）-0084-03
Abstract： As a key process for generating volatile organic waste gas （VOCs）， painting is widely used in various industries. The VOCs generated by it have the characteristics of large air volume and low concentration， which makes the treatment of painting VOCs have large engineering investment and operating costs. Circulating air reformation realizes the reduction and concentration of exhaust gas by recycling some VOCs. This article takes an automobile painting project as an example to introduce the application of circulating air reformation in the treatment of coating exhaust gas， and conducts economic analysis on it in order to provide a reference for the reform of circulating air in the coating industry.
Key Words： Circulating air reformation; Painted VOCs; Application;Economic analysis
涂裝作为产生挥发性有机废气（VOCs）的一个重要环节，广泛存在于汽车、船舶、家具等行业[1-2]，涂装行业的VOCs废气具有废气量大、浓度低等显著特点，一般需要通过吸附浓缩后进行后续处理。目前，涂装VOCs治理中常用的吸附浓缩方式主要包括蜂窝活性炭固定床、沸石转轮等，浓缩后一般通过蓄热式热力焚烧（RTO）、催化氧化（CO）等工艺进行焚毁处理。如何在源头对涂装废气进行减量增浓成为行业关注的热点，通过循环风改造将部分废气回用，在降低废气风量的同时实现了VOCs浓度的增加，降低后续废气治理设备的投资和运行费用。对于循环风改造在涂装废气治理中的应用及经济性等问题还较少有文献论述[3-5]，本文对某涂装VOCs项目循环风改造与治理方案（方案1）进行论述，并将其与不进行循环风改造的治理方案（方案2）进行投入和运行成本等方面进行对比分析，以期为循环风改造在涂装VOCs治理中的应用提供借鉴。
1 项目情况介绍
某汽车涂装废气治理项目，采用机器人与人工组合涂装工艺，废气总产生风量480000 m3/h，其中人工喷漆段排风量300000 m3/h，机器人喷漆段排风量180000 m3/h，现有废气经文丘里除尘器洗涤后经排风机排入烟囱。项目中主要VOCs成分为甲苯、二甲苯等，经过现场测试和物料衡算，VOCs浓度约为150mg/m3。本项目喷漆工艺要求为冬季（每年10月下旬-次年3月中旬）温度20～35℃、湿度65±10%，其他时间为自然温湿度。
为降低业主废气治理的投资及运行费用，通过与业主沟通，并结合涂装工况，建议业主通过循环风改造进行VOCs增浓后采用沸石转轮+蓄热式热力焚烧（RTO）工艺进行废气治理。
2 循环风设计思路
本项目的循环风改造思路如下：人工段和机器人段废气在文丘里漆雾处理装置中会进行混合，将排出的废气中一部分（180000m3/h）送入循环风空调经过漆雾过滤、调温调湿等处理后送入机器人喷漆段，另一部分废气（300000m3/h）送入废气处理装置处理后达标排放。由于人工段和机器人段废气经过混合后仅有一部分进行循环，不会造成机器人段废气浓度无限增大，极限浓度约为240mg/m3。
本项目循环风空调主要包含预处理段（G3+F5+F7）、加热段、送风段等功能段，项目中除需新建循环风空调外，还需将排风机至循环风空调的管道进行改造，同时需要对送风管道、喷漆房动静压室进行改造与相应隔断。
3 废气治理系统设计
经设计，方案1废气处理系统主要设备为1台循环风空调+2台沸石转轮+1台RTO，方案2废气处理系统主要设备为3台沸石转轮+1台RTO。两种方案系统主要设备配置情况如表1所示。
4 经济性分析 4.1 投入分析
如上所述，方案1需增加一台循环风空调及相应的循环风进风与送风管道，同时需要对原有的自然风空调及送风管道进行改造，并对喷房的动静压室进行改造;方案2则要增加相应的预处理设备、沸石转轮、风机等数量，同时增大RTO处理量。通过分析与核算，方案1项目投资1360万元左右，方案2项目投资1500万元左右，循环风改造方案可节省业主投资140万元左右。
4.2 运行费用分析
本项目生产规律为每天生产10h，一年生产330d，设备年冷启动（停机≥24h）10次，其他时间为热启动。设备运行可分为冷启停工况、热启停工况、运行工况、待机工况等。方案1和方案2的详細运行能耗分析见表2。
项目运行费用主要计算依据如下：
（1）冷启停工况、热启停工况下，主风机、RTO风机降频运行，频率降为运行工况的1/3;
（2）待机工况下，仅RTO风机、助燃风机运行，RTO风机降频运行，频率降为运行工况的1/3;
（3）所有风机运行功率取为额定功率的85%;
（4）沸石转轮设计处理效率95%，RTO设计处理效率99%;
（5）天然气热值8500kCal/Nm3，废气中代表性VOCs以二甲苯计。
通过上述运行费用对比可以看出，本项目采用循环风改造后VOCs治理每年节省运行成本110余万元。在设备10年正常使用寿命期内，方案1能为业主节省运行费用超过千万元。
5 运行效果分析
该项目已于2018年底通过验收，并于2019年底连续运行满一年，通过一年的运行，并与该厂内另一套未进行循环风改造的涂装VOCs治理设备进行对比，方案1一年为业主节省运行能耗100余万元。在达标排放方面，能够满足非甲烷总烃排放浓度30mg/m3的排放限值，且非甲烷总烃排放浓度稳定在15mg/m3以下，很好地达到了设计指标。
6 结语
本项目通过对涂装废气循环风改造后进行治理，在确保持续达标的前提下，为业主节省了投资成本与运行费用，实现了环境效益与经济效益的双赢。本项目的实施也为涂装VOCs的治理提供了新思路，在涂装车间设计时尽量考虑机器人喷涂与循环风利用，在提高作业效率的同时，降低VOCs治理设备投资与运行费用;对于已有涂装线进行VOCs治理时，在条件具备的情况下，尽量采取循环风改造后进行废气治理。
参考文献
[1] 王飞.汽车涂装工艺及涂料研究[D].西安：长安大学，2015.
[2] 魏鑫泽，王立军.简述船舶涂装工艺及其缺陷的控制[J].科技创新导报，2018（19）：98-99.
[3] 冯王高，杨林，李庆华，等.涂装车间节能减排改造新 思路[J].涂料工业，2017，47（4）：78-83.
[4] 王铮昊，董晓林，韩守习，等.汽车涂装喷漆室循环风系统节能减排分析[J].现在涂料与涂装，2017，20（8）：63-68.
[5] 张英俊.汽车涂装喷漆室送排风系统节能减排技术研究[D].吉林：吉林大学，2018.
[6] 董丹义.汽车涂装喷漆室循环风技术及应用[J].汽车材料与涂装，2018（13）：184-187.
关键词：循环风改造 涂装VOCs 应用 经济性分析
中图分类号：TE89 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）09（a）-0084-03
Abstract： As a key process for generating volatile organic waste gas （VOCs）， painting is widely used in various industries. The VOCs generated by it have the characteristics of large air volume and low concentration， which makes the treatment of painting VOCs have large engineering investment and operating costs. Circulating air reformation realizes the reduction and concentration of exhaust gas by recycling some VOCs. This article takes an automobile painting project as an example to introduce the application of circulating air reformation in the treatment of coating exhaust gas， and conducts economic analysis on it in order to provide a reference for the reform of circulating air in the coating industry.
Key Words： Circulating air reformation; Painted VOCs; Application;Economic analysis
涂裝作为产生挥发性有机废气（VOCs）的一个重要环节，广泛存在于汽车、船舶、家具等行业[1-2]，涂装行业的VOCs废气具有废气量大、浓度低等显著特点，一般需要通过吸附浓缩后进行后续处理。目前，涂装VOCs治理中常用的吸附浓缩方式主要包括蜂窝活性炭固定床、沸石转轮等，浓缩后一般通过蓄热式热力焚烧（RTO）、催化氧化（CO）等工艺进行焚毁处理。如何在源头对涂装废气进行减量增浓成为行业关注的热点，通过循环风改造将部分废气回用，在降低废气风量的同时实现了VOCs浓度的增加，降低后续废气治理设备的投资和运行费用。对于循环风改造在涂装废气治理中的应用及经济性等问题还较少有文献论述[3-5]，本文对某涂装VOCs项目循环风改造与治理方案（方案1）进行论述，并将其与不进行循环风改造的治理方案（方案2）进行投入和运行成本等方面进行对比分析，以期为循环风改造在涂装VOCs治理中的应用提供借鉴。
1 项目情况介绍
某汽车涂装废气治理项目，采用机器人与人工组合涂装工艺，废气总产生风量480000 m3/h，其中人工喷漆段排风量300000 m3/h，机器人喷漆段排风量180000 m3/h，现有废气经文丘里除尘器洗涤后经排风机排入烟囱。项目中主要VOCs成分为甲苯、二甲苯等，经过现场测试和物料衡算，VOCs浓度约为150mg/m3。本项目喷漆工艺要求为冬季（每年10月下旬-次年3月中旬）温度20～35℃、湿度65±10%，其他时间为自然温湿度。
为降低业主废气治理的投资及运行费用，通过与业主沟通，并结合涂装工况，建议业主通过循环风改造进行VOCs增浓后采用沸石转轮+蓄热式热力焚烧（RTO）工艺进行废气治理。
2 循环风设计思路
本项目的循环风改造思路如下：人工段和机器人段废气在文丘里漆雾处理装置中会进行混合，将排出的废气中一部分（180000m3/h）送入循环风空调经过漆雾过滤、调温调湿等处理后送入机器人喷漆段，另一部分废气（300000m3/h）送入废气处理装置处理后达标排放。由于人工段和机器人段废气经过混合后仅有一部分进行循环，不会造成机器人段废气浓度无限增大，极限浓度约为240mg/m3。
本项目循环风空调主要包含预处理段（G3+F5+F7）、加热段、送风段等功能段，项目中除需新建循环风空调外，还需将排风机至循环风空调的管道进行改造，同时需要对送风管道、喷漆房动静压室进行改造与相应隔断。
3 废气治理系统设计
经设计，方案1废气处理系统主要设备为1台循环风空调+2台沸石转轮+1台RTO，方案2废气处理系统主要设备为3台沸石转轮+1台RTO。两种方案系统主要设备配置情况如表1所示。
4 经济性分析 4.1 投入分析
如上所述，方案1需增加一台循环风空调及相应的循环风进风与送风管道，同时需要对原有的自然风空调及送风管道进行改造，并对喷房的动静压室进行改造;方案2则要增加相应的预处理设备、沸石转轮、风机等数量，同时增大RTO处理量。通过分析与核算，方案1项目投资1360万元左右，方案2项目投资1500万元左右，循环风改造方案可节省业主投资140万元左右。
4.2 运行费用分析
本项目生产规律为每天生产10h，一年生产330d，设备年冷启动（停机≥24h）10次，其他时间为热启动。设备运行可分为冷启停工况、热启停工况、运行工况、待机工况等。方案1和方案2的详細运行能耗分析见表2。
项目运行费用主要计算依据如下：
（1）冷启停工况、热启停工况下，主风机、RTO风机降频运行，频率降为运行工况的1/3;
（2）待机工况下，仅RTO风机、助燃风机运行，RTO风机降频运行，频率降为运行工况的1/3;
（3）所有风机运行功率取为额定功率的85%;
（4）沸石转轮设计处理效率95%，RTO设计处理效率99%;
（5）天然气热值8500kCal/Nm3，废气中代表性VOCs以二甲苯计。
通过上述运行费用对比可以看出，本项目采用循环风改造后VOCs治理每年节省运行成本110余万元。在设备10年正常使用寿命期内，方案1能为业主节省运行费用超过千万元。
5 运行效果分析
该项目已于2018年底通过验收，并于2019年底连续运行满一年，通过一年的运行，并与该厂内另一套未进行循环风改造的涂装VOCs治理设备进行对比，方案1一年为业主节省运行能耗100余万元。在达标排放方面，能够满足非甲烷总烃排放浓度30mg/m3的排放限值，且非甲烷总烃排放浓度稳定在15mg/m3以下，很好地达到了设计指标。
6 结语
本项目通过对涂装废气循环风改造后进行治理，在确保持续达标的前提下，为业主节省了投资成本与运行费用，实现了环境效益与经济效益的双赢。本项目的实施也为涂装VOCs的治理提供了新思路，在涂装车间设计时尽量考虑机器人喷涂与循环风利用，在提高作业效率的同时，降低VOCs治理设备投资与运行费用;对于已有涂装线进行VOCs治理时，在条件具备的情况下，尽量采取循环风改造后进行废气治理。
参考文献
[1] 王飞.汽车涂装工艺及涂料研究[D].西安：长安大学，2015.
[2] 魏鑫泽，王立军.简述船舶涂装工艺及其缺陷的控制[J].科技创新导报，2018（19）：98-99.
[3] 冯王高，杨林，李庆华，等.涂装车间节能减排改造新 思路[J].涂料工业，2017，47（4）：78-83.
[4] 王铮昊，董晓林，韩守习，等.汽车涂装喷漆室循环风系统节能减排分析[J].现在涂料与涂装，2017，20（8）：63-68.
[5] 张英俊.汽车涂装喷漆室送排风系统节能减排技术研究[D].吉林：吉林大学，2018.
[6] 董丹义.汽车涂装喷漆室循环风技术及应用[J].汽车材料与涂装，2018（13）：184-187.