深圳市汽车维修行业喷漆车间有机废气 推荐治理技术手册 深圳市人居环境委员会 深圳市环境科学研究院 哈尔滨工业大学深圳研究生院 2014年1月 项目名称:深圳市汽车维修行业喷漆车间有机废气推荐治理 技术 主管单位:深圳市人居环境委员会 编制单位:深圳市环境科学研究院 哈尔滨工业大学深圳研究生院 编写人员: 莫凤鸾 朱荣淑 林静 张赫 姚泽 闫庆允 宋克林 何永兵 牛敏丽 周艳苓 李国忠 目录 1概况 4 1.1 深圳市汽车维修行业概况 4 1.2 汽车维修喷漆工艺简介 5 1.3 喷漆过程废气来源及特征分析 8 1.4 汽车维修涂料现状及发展趋势 9 1.5 喷漆废气治理技术概述 10 2 深圳市汽修行业VOCs污染控制技术路线 15 3 水性涂料喷涂工艺改造方案论证 16 3.1 水性涂料喷涂工艺改造可行性分析 16 3.2 水性涂料喷涂工艺改造方案 18 3.3 水性涂料喷涂工艺改造成本分析 19 4 VOCs末端治理方案论证 21 4.1 推荐技术概述 21 4.2 预处理+活性炭吸附工艺设计 22 4.3 吸附-催化燃烧工艺设计 26 5 源头改造与末端治理的经济分析 31 5.1 水性涂料喷涂线改造经济分析 31 5.2末端治理设施建设经济分析 32 5.3综合对比 32 1概况 随着国民经济的持续攀升,深圳市汽车保有量迅速增加,由此带来的环境污染问题日益受到关注.2013年1月13日,因严重的雾霾污染引发的PM2.5事件,北京现代汽车集团停产1天,这意味着,大气污染治理的目光已从汽车尾气排放延伸到涂装排放领域.广东省已制定了汽车涂装行业VOCs排放标准. 汽车维修行业在汽车工业蓬勃发展的背景下也得到了迅猛发展,根据深圳市交通运输委员会提供的资料,截至 2013年底,深圳市的汽车维修企业总数为2933家,据估算,深圳市汽车维修行业排放的VOCs总量超过7000吨/年,占深圳市大气总VOCs排放量的4%左右,其带来的大气污染问题已不容小视. 本课题将在对深圳市汽车维修企业喷涂涂料、喷涂工艺、废气治理设施建设及运行情况进行成分调研的基础上,从水性涂料源头控制和末端废气治理两方面提出汽车维修行业VOCs削减措施,这对推动汽车维修行业VOCs治理,指导企业开展水性涂料喷涂工艺改造和废气治理设施建设,实现VOCs减排目标具有重要意义. 1.1 深圳市汽车维修行业概况 据调查,深圳市汽修行业门店地理位置特点是:特区内以八卦岭、水贝、莲塘、布心、梅林、金地、车公庙、泥岗、南油、蛇口等传统的工业区和联合华鹏、东益华鹏、华南展场、嘉进隆、新濠、平方物流园等汽车专业市场为"点",以干线公路两侧综合汽车服务大楼为"线",如中汽南方、大兴、深业、兆方、西湖、华日、仁孚特力、森那美、大昌等独立汽车服务大楼,以街区服务门店为"面"的市场布局;宝安、龙岗以城区及龙岗东都车城、信义汽车城、宝安世纪车城等为中心,网点呈发散型分布,各城镇道路临街分布了大量三类专项汽车维修点. 汽车维修行业发展趋势: 趋势之一是朝着以汽车保养业务为主的方向发展. 趋势之二是朝着汽车维修专业化、协作化方向发展. 趋势之三是朝着机械化、自动化、电子化方向发展. 1.2 汽车维修喷漆工艺简介 汽车修补涂装按修补工作量的大小,可分为局部修补和整车修补. 基于涂层损坏的不规则性 , 修补涂装工艺几乎各不相同.因此 , 必须根据涂层损坏状态和现场的具体条件确定修补涂装工艺.一般由钣金修整、涂底漆、刮腻子填平、喷中涂、涂面漆等工序组成. 以前使用的汽车修补涂装设备很简陋 ,有的在厂房内或露天作业.随着汽车保有量的增多和轿车修补涂装的装饰性要求的提高 , 近10 多年来国内外汽车修补行业及汽车销售服务站都装备了喷、烘两用的喷漆室.它为整车修补涂装创造了清洁的工作环境 , 完成面漆喷涂工序后, 可直接转换供应热空气 , 使温度达 80 ℃ , 使汽车修补面漆 ( 单组分或双组分 ) 快速固化. 1、喷漆工作原理 喷漆的工作状态如图2-1 所示.喷漆时,外部空气由进风口经初级过滤网过滤后由送风机送到房顶,这样气体进入静压室内经过顶过滤棉均匀地充斥漆房,并在工件周围形成风幕.这时漆房内的有载风速以0.3 m/s的速度向下流动,喷漆时的漆雾不会在操作者呼吸处停留,而随气流迅速下降,此时漆房内有害气体浓度远远低于国家《工业企业设计卫生标准》TJ36—79 中车间空气中有害物质最高允许浓度 , 在排风机的作用下, 气流通过排风过滤系统流向排风道 , 经环保箱排出 , 这样排出气体符合《大气污染物综合排放标准》 GB16297 — 1996 的标准. 图2-1 喷漆工作状态图 1 — 进气初级过滤系统 ;2 — 送风系统 ;3 — 热交换系统 ;4 —精密级亚高效过滤系统 ;5 — 底层漆雾过滤系统 ; 6 — 废气排气口 ;7 — 废气处理系统;表示冷风 表示热风 2、烤漆工作原理 烤漆的工作状态如图2-2 所示.烤漆时,通过风机将外部新鲜空气经初级过滤网过滤后,与热能转换器进行热量交换,再送入到烤漆房顶部,经过滤网2次过滤净化,热空气以0.15m/s的速度进入到烤房内,从底部排出后,经过风门的内循环作用,除吸进少量新鲜空气外,绝大部分热空气又被继续加热利用,送入到烤房内部,使得烤房内温度逐步升高,当温度达到设定温度时,燃烧器自动停机,当温度下降到设定温度以下4~5 ℃时,风机和燃烧器自动开机,使烤房内温度保持恒定.最后当烤漆时间达到设定的时间时,烤房自动关机,烤漆结束.这种循环方式不仅可节省能源,同时也保持漆房内有一定气流,从而保证了汽车零部件在相同温度下同时烘干,也使涂膜表面平滑光亮. 图2-2 烤漆工作状态图 1 — 进气初级过滤系统 ;2 — 送风系统 ;3 — 热交换系统 ;4 —精密级亚高效过滤系统 ;5 — 底层漆雾过滤系统 ; 6 — 废气排气口 ;7 — 废气处理系统;表示冷风 表示热风 1.3 喷漆过程废气来源及特征分析 喷漆是通过喷枪借助于空气压力,分散成均匀而微细的雾滴,涂施于被涂物的表面的一种方法. 油漆喷涂过程中主要产生漆雾、有机废气污染.油漆在高压作用下雾化成微粒, 在喷涂时, 部分油漆未到达喷漆物表面,随气流弥散形成漆雾.而油漆中的有机溶剂易挥发, 在喷漆、晾干过程将逐渐挥发出来形成有机废气. (1)喷漆废气 根据劳动安全卫生法的规定,喷涂作业时,喷漆室内应连续换风,换风速度应控制在0.25~1 m/s的范围内.喷漆室排放废气中主要有害成分为喷漆过程中挥发的有机溶剂,主要包括芳香烃、醇醚类和酯类有机溶剂.由于喷漆室的排风量很大,所以排放废气中有机物总浓度通常在100 mg/m3以下.另外,喷漆室的排气中还经常含有少量未处理完全的漆雾,特别是干式漆雾捕集喷漆室,排气中漆雾较多,可能成为废气处理的障碍,所以废气处理前必须经预处理,避免废气中的颗粒物堵塞废气吸附材料,导致吸附材料快速失效. (2) 晾置废气 面漆在喷涂之后、烘干之前,要进行流平晾置,在湿漆膜晾置过程中有有机溶剂挥发,为防止晾置室内有机溶剂聚集发生爆炸事故,晾置室应连续换风,换风速度一般控制在0.1 m/s左右.晾置室排放废气的成分与喷漆室排放废气的成分相近,但不含漆雾,有机废气的总浓度比喷漆室废气偏大,根据排风量大小不同,一般为喷漆室废气浓度的2倍左右,通常与喷漆室排风混合后集中处理.另外,调漆间、面漆循环水池也排放类似的有机废气. (3) 烘干废气 烘干废气的成分比较复杂,除有机溶剂、部分增塑剂或树脂单体等挥发成分外,还包含热分解生成物和反应生成物.烘干废气中总有机物浓度一般在2500 mg/m3左右,超过了《大气污染综合排放标准》的废气浓度限值要求,所以必须处理达标后才能排放. 1.4 汽车维修涂料现状及发展趋势 汽车漆是我国涂料工业"十二·五"规划中最重要的发展产品之一,其产量居我国各涂料产品中的第4 位.汽车漆分为原厂漆和修补漆两大类,其中汽车修补漆是汽车漆中附加值最高的产品之一,它的技术含量极高,能代表一个国家涂料工业的发展水平,并能使汽车表面涂层所存在的瑕疵或因使用而造成的破损恢复到原先的最佳状态,达到汽车整车的表观一致性. 汽车涂料一般有四种基本成分:成膜物质(树脂)、颜料(包括体质颜料)、溶剂和添加剂,其中溶剂和添加剂的主要成分为VOCs. 近年来,国际上对VOCs排放量的要求越来越严格,如1995年德国大气净化法规定,车身被涂面积的VOCs排放量应小于35g/m2.欧盟于2004 年颁布了《限制油漆、清漆和车内装饰中使用溶剂挥发性有机物逸散指令》,第一阶段于2007 年开始实施,而2010年又进入了要求更为严格的第二阶段,VOCs的排放量允许值进一步降低.在严格限制VOCs排放量的环保要求促使下,低VOCs的水性汽车修补漆、高固体分汽车修补漆以及UV 固化的汽车修补漆作为替代产品得到了迅速发展.尤其是水性汽车修补漆,已经在欧美汽车工业发达国家得到大力发展和普遍应用. 在我国,2010 年颁布的GB 24409—2009《汽车涂料中有害物质限量》的标准严格限定了汽车修补漆的VOCs 排放量,而不断涌动的企业社会责任大潮也推动着汽车企业持续推广绿色环保产品的商业模式,因此水性汽车修补漆也日益成为企业的最佳选择.据不完全统计,我国现今至少有超过10 个品牌的汽车生产企业正在他们的4S 店渠道中大力推广水性汽车修补漆. 1.5 喷漆废气治理技术概述 在汽车维修喷漆过程中产生的主要污染物为VOCs和颗粒物.对于颗粒物的去除技术分为干式和湿式两种;对于VOCs去除的技术有传统的燃烧技术、吸附技术、吸收技术、冷凝技术和生物技术,联用的吸附-水蒸气脱附、吸附-催化燃烧,新技术主要有低温等离子体技术、变压吸附技术、光催化技术. 表1-2喷漆废气末端治理技术比选 技术名称 技术要点 优点 缺点 冷凝工艺 冷凝工艺是最简单的回收技术, 将废气冷却使其温度低于VOCs的露点温度, 使有机物冷凝变成液滴, 从废气中分离出来, 直接回收,常与吸收、吸附等净化方式联合使用. 该法能处理高浓度废气, 多用于温度低、风量小、成分单一的废气回收, 常作为吸附法、燃烧法的前期处理方法; 投资大、能耗高、运行费用大, 因此对于低浓度,大风量的涂装废气不太适合. 吸收工艺 液体吸收工艺是利用污染物在水中的溶解特性将VOCs从废气中分离的方法,吸收法可分为化学吸收和物理吸收, 三苯废气化学活性低, 一般不采用化学吸收.物理吸收是选用具有较小挥发性的液体吸收剂, 它与被吸收组分有较高的亲和力, 吸收饱和后经加热解析冷却后重新使用. 该法对于大气量、温度低、浓度高的废气效果较好 液体吸收法净化率只有60% -80%, 实际应用吸收效率不高、油雾夹带现象,存在后处理过程复杂,一般难以达到国家排放标准, 而且存在着二次污染等问题. 吸附工艺 吸附工艺是利用某些具有吸附能力的物质,如活性炭、硅胶、多孔粘土矿石、高聚物吸附树脂等吸附剂,吸附有害物质而达到消除污染的目的,一般用于处理中、低浓度的气相污染物.吸附效果取决于吸附剂性质、气相污染物种类以及吸附系统的操作温度、湿度、压力等因素. 去除效率高、能耗低、工艺成熟、易于推广、实用等优点,有着良好的经济和环境效益 处理设备庞大,流程复杂, 尤其是当废气中有胶粒物质或其它杂质时, 吸附剂容易失效,且吸附饱和,还需再生. 压缩冷凝膜分离工艺 膜分离技术的基础就是使用对有机物具有选择渗透性的聚合物膜, 该膜对有机蒸气较空气更易于渗透10-100倍, 从而实现有机物的分离. 膜分离系统是一种高效的新型分离技术, 其流程 简单、回收率高、能耗低、无二次污染 半透膜容易被污染,而且运行成本费用较之其它方法高许多. 生物降解工艺 生物降解工艺是借助微生物的分解、氧化和转化等机制,将污染物完全分解氧化成CO2、H2O 等无害物质.生物处理法适用于中、低浓度,大气量且宜生物降解的有机废气治理. 具有投资少、运行费用低、二次污染小等优点,是一种环保的污染治理技术 对气体水溶性和生物降解性有要求,反应器启动、微生物驯化和处理过程持续时间较长,运行中必须提供足够的营养元素和氧气等. 燃烧工艺 燃烧工艺包括直接燃烧法和催化燃烧法.直接燃烧法是通过燃烧去除有机废气的方法,操作温度600~800℃,适用于浓度较大的有机废气处理.催化燃烧法采用铂、钯及过渡金属氧化物等催化剂代替火焰,操作温度200~400℃,适用于有机废气浓度高、流量小的情况. 适用于有机物浓度较低, 不足以在没有辅助燃料时燃烧.直接火焰燃烧在适当温度和保留时间条件下, 可以达到99% 的热处理效率.适用的VOCs污染源广泛,特别是高浓度低风量地区的VOCs 废气. 需要额外添加燃料. 低温等离子技术 低温等离子体技术又称为非平衡等离子体技术,是在外加电场的作用下,通过介质放电产生大量的高能粒子,其与有机污染物分子发生一系列复杂的等离子体物理—化学反应,从而将有机污染物降解为无毒无害物质.目前,低温等离子体技术已经投入生产工程中. 该法适用于各类VOCs 的治理,处理效率高,无二次污染物产生、易操作,特别适用于对气体流量大、浓度低的有机废气的处理. 但是该工艺能耗较高,成本大,不成熟. 光催化工艺 光催化法主要是利用光催化剂(如TiO2)的光催化性,氧化吸附在催化剂表面的VOCs.利用特定波长的光照射TiO2光催化剂,激发出"电子-空穴"对,这种"电子-空穴"对与水、氧发生化学反应,产生具有极强氧化能力的自由基活性物质,将吸附在催化剂表面上的有机物氧化为CO2和H2O等无毒无害物质. 该法适用于各类VOCs 的治理,处理效率高,无二次污染物产生、适用于大风量,低浓度有机废气的处理. 催化剂易失活,运行不稳定,技术不成熟. 吸附-水蒸气脱附 利用高性能的活性炭纤维或颗粒炭等吸附剂吸附有机废气,吸附接近饱和后用饱和水蒸汽作为脱附介质反吹装填吸附剂的吸附罐进行有机成分的解析,解析出的高浓度混合气体经冷凝、分离回收有机溶剂. 具有相变热高,脱附完全,易冷凝的优点,可实现有机溶剂和水的自动有效分离并可回收利用 存在部分成分的溶剂需要进行提纯, 而且存在着废水处理及有机物二次污染等问题. 吸附-催化燃烧工艺 该技术是多个传统工艺的结合,可以更好的发挥各项处理方法的优点,处理效果也远远优于单一方法.将两种技术联合起来使用是处理低浓度的VOCs 气体的一种有效而经济的治理技术,也是目前在汽车喷漆废气处理领域应用最为广泛的工艺技术. 吸附床气流层分布均匀、稳定、压降小,吸附性能好;利用余热,节能显著, 催化燃烧床自燃烧状态稳定,转变成无害的CO2和H2O,一次启动后无需外加热,燃烧后的热废气又用于活性炭脱附再生;处理风量范围大, 净化效率高、无二次污染、运行成本低. 投资相对较高 2 深圳市汽修行业VOCs污染控制技术路线 本课题对汽车维修行业典型溶剂型涂料使用企业和典型水性涂料使用企业的喷漆废气进行了采样分析.数据表明(见表2-1),在相同采样条件下,使用水性漆时苯、甲苯、二甲苯、三甲苯及总VOCs等污染物减排量均在95%以上,说明水性漆喷涂工艺改造对于控制喷漆废气排放意义重大. 另外考虑汽车维修行业各涂层对产品的技术要求、水性涂料的研发及应用现状以及企业在水性涂料技术改造的技术储备等因素,汽车维修企业的水性喷涂工艺改造不会一步到位,因此废气末端治理技术的规范化也是推进汽车维修行业VOCs污染控制的重要环节. 汽车维修行业VOCs污染控制技术路线见图2-1. 表2-1 不同类型涂料喷漆过程主要废气污染物浓度 序号 污染物项目 溶剂型涂料(ug/m3) 水性涂料(ug/m3) 1 苯1131.2 13.6 2 甲苯 33465 433.4 3 二甲苯 6385.4 76.7 4 三甲苯 2816.6 10.6 5 总VOCs 160596 7642 图2-1 汽车维修企业喷涂车间减排技术路线 3 水性涂料喷涂工艺改造方案论证 3.1 水性涂料喷涂工艺改造可行性分析 (1)污染物削减分析 根据对水性涂料产品调研,目前产品较成熟且推广应用较多的汽车水性涂料有水性底漆、水性中涂和水性色漆,而水性清漆由于目前仍没有成熟的产品,极少用于汽车维修喷涂行业.根据文献调研,汽车涂装行业底漆、中途和色漆的VOCs排放量约占各工序总VOCs排放量的65%左右;根据现场实测,喷涂过程中水性漆排放的VOCs浓度约是溶剂型涂料的10%左右.因此,按照现有技术在汽车维修行业中对底漆、中途和色漆改造为水性涂料,可减少VOCs排放量58%左右. 由此可见,推广水性涂料可显著降低汽车维修行业VOCs排放量. (2)汽车涂料品质分析 通过对溶剂型涂料和水性涂料的产品性能进行比较,水性涂料在汽车维修喷涂方面的要求能达到汽车维修的要求,如:细度、铅笔硬度、耐水性、耐候性、化学稳定性等,甚至有的方面还超过了溶剂型漆.由此可见,水性漆在汽车涂料的技术要求上是可行的. (3)涂料的兼容性分析 在水性涂料推广的前期调研中了解到,如果用水性漆进行修补可能会造成维修部位起泡并导致脱落.为此,我们进行了实地调查. 从实地调查的汽车维修喷涂工艺可以知道,水性漆与溶剂型涂料的兼容性问题实际上就是附着力的问题,而附着力的问题可以通过打磨这个操作来解决.打磨的目的是让车身出现一些细小的凹陷,从而使溶剂型涂料或者水性漆可以进入到这些凹陷中,使得溶剂型涂料或者水性漆跟车身更好的接触,更牢固的附着在车身上.对于维修后车身出现的起泡或者漆的脱落现象,这些主要是由于对车身的打磨存在问题,使得漆没有更好的附着在车身上. (4)喷涂工艺分析 从汽车维修行业水性涂料与油性涂料的喷涂工艺上来看,二者的喷涂工艺的主要差别有以下几点: 首先,使用的汽车油漆的清洁剂不同,溶剂型涂料需要溶剂型的清洁剂,水性漆需要指定的水性漆清洁剂; 其次,喷漆工艺中使用的喷枪类型不同,溶剂型涂料使用的是油性喷枪,水性漆使用的是水性漆专用喷枪; 最后,对喷漆房的要求不同,溶剂型涂料要求通风顺畅,对其他条件没有明显的要求,而水性漆不仅要求烘干房内气源干净、稳定,还要求要有足够的气压和气容,水性漆对烘干房的温度与湿度也有一定的要求(温度22-27℃,湿度60%左右). 总的来说二者的工艺差别不大,只是水性漆对工艺的要求比较严格,汽车维修行业用水性漆代替溶剂型涂料喷涂需要对喷漆房的空气条件,温度条件,湿度条件进行严格的控制,再配备专用的水性漆喷枪,水性漆吹风枪,水性漆洗枪机,然后是对员工进行培训,这些条件都比较容易实现,因此工艺的改造难度程度不大,且在工艺技术上是可行的. 3.2 水性涂料喷涂工艺改造方案 (1)喷涂工艺流程改造及设备更新 空调系统的调整:由于喷漆间的温度要控制在22℃~27℃,湿度要控制在60%左右,空调系统需要增加其制冷量. 增加红外线烤灯:为了确保产品安装方便、操作简便,尤其是定时和温度双重自动控制,确保烤房设备和被烘烤车辆安全可靠.红外线烤漆房采用是一个热辐射烘烤过程,它送风部位全用封闭式、全降式风压(即压力从上往下降低),没有内循环,有效避免漆污沾,因没有炉膛,不会有明火送到过滤棉上,消防安全标准高. 增加水性漆喷枪、水性漆吹风枪、水性漆清洗枪:由于水性漆的溶剂是水,对溶剂型涂料喷枪会有一定的腐蚀,所以需要更换喷枪,水性漆吹风枪作用在于加速水性漆的干燥,水性漆喷枪需要专用的水性漆清洗枪来洗涤,以免污染水性漆喷枪. 其他方面:格栅支架、机械化支架等结构件刷涂防腐涂层;排风系统(地下风道等)刷涂防腐涂层;排风机风机叶轮采用特殊涂层,保证叶轮表面光滑. (2)员工培训 由于溶剂型涂料与水性漆工艺的差别,在喷涂的操作规范上存在差别,在新工艺上需要对员工进行培训. (3)补贴鼓励 由于工艺改造及员工培训都需要增加投资成本.为激发现有溶剂型涂料喷涂维修厂积极推进工艺改造,根据《深圳市大气环境质量提升补贴办法》,凡按规定将原涂装生产线改造使用水性涂料或UV涂料(UV喷涂线除外)的,按设备改造费用总价的25%给予补贴. 3.3 水性涂料喷涂工艺改造成本分析 (1)漆材料成本分析 溶剂型涂料的平均价格为150-250元/L,水性漆的平均价格在300-400元/L,则水性漆比溶剂型涂料的价格高1倍左右,约高150元/L. (2)溶剂成本分析 溶剂的成本包括稀释剂成本和清洗剂成本. 溶剂型涂料的稀释剂的平均价格在20元/L,清洗剂的平均价格在10元/kg;水性漆的稀释剂的平均价格在1元/L,清洗剂的平均价格在1元/kg,则水性漆的稀释剂成本比溶剂型涂料的稀释剂成本低19元/ L,水性漆的清洗剂成本比溶剂型涂料的清洗剂成本低9元/ kg. 按照1L油漆用量的比例计算稀释剂与清洗剂用量,溶剂型涂料的稀释剂与清洗剂消耗的总的费用为80元,水性漆的稀释剂与清洗剂消耗的总的费用为14元,则水性漆的溶剂成本比溶剂型涂料的溶剂成本低了66元/L. (3)喷漆房运行成本分析 溶剂型涂料运行费用主要包括烘烤房加热、风机循环、照明灯等电费(150-170元/天)以及烤房设备的维修和空气过滤网的更换;水性漆运行费用主要包括喷漆室控温控湿、烘烤房加热、风机循环、吹风机、照明灯等电费(80-100元/天)以及空气过滤网的更换和烤房设备的维修.水性漆与溶剂型涂料相比,运行成本还有所减少,主要采用红外灯局部加热,避免了喷漆房全部空气加热导致的能量浪费. (4)环保成本分析 根据喷漆废气排放要求,水性漆涂装工艺可采用简单的活性炭吸附工艺,按处理风量为10000m3/h计算,水性漆的环保成本约为120元/天.而溶剂型涂料的喷漆废气浓度比水性漆高约20倍,其涂装工艺需采用吸附联用技术,按处理风量为10000m3/h计算,溶剂型涂料的环保成本约为320元/天. (5)工作人员健康隐形成本分析 溶剂型涂料使用过程中会产生大量的苯、甲苯、二甲苯等强致癌性VOCs,使用溶剂型涂料的工作人员的健康隐形成本较大.而水性漆的溶剂为水,其无毒无害,使用水性漆的工作人员的健康隐形成本较小. (6) 成本分析小结 由上述4.3.5.1和4.3.5.2可知,水性漆的成本比溶剂型涂料的成本高,约高出94元/L.由4.3.5.3、4.3.5.4和4.3.5.5可知,在"运行成本+环保成本+工作人员健康隐形成本"上,水性漆占有明显优势.因此,从长远的角度来看,水性漆替代溶剂型涂料在成本上是可行的. 4 VOCs末端治理方案论证 4.1 推荐技术概述 由于受涂料产品性能的限制,目前已具备水性涂装生产线的汽车维修企业,部分喷涂工序仍需要使用溶剂型涂料,而且水性涂料中仍有少量的VOCs排放.因此,汽车维修企业的VOCs末端治理技术应针对企业不同工艺实施不同的治理措施. 根据现场监测的喷漆过程的水性涂料和溶剂型涂料的VOCs排放情况,推荐以下工艺: (1)已完成水性涂装生产线改造的企业,由于排放的VOCs浓度相对较低,推荐使用颗粒物过滤预处理+活性炭吸附工艺; (2)未完成喷涂工序水性涂料改造的企业,为实现VOCs达标排放,推荐使用颗粒物过滤预处理+活性炭吸附+催化燃烧或者颗粒物过滤预处理+活性炭吸附+水蒸气脱附工艺. 吸附-催化燃烧技术在处理汽车制造行业喷漆废气时表现出很好的效果,即将大风量、低浓度的有机废气转换成小风量、高浓度的有机废气,具有净化效率高、无二次污染、因吸附剂可脱附再利用以及无需外加燃料而使运行成本低等优点.由于其在处理汽车制造行业喷漆废气处理中表现出很好的效果,也可以将其应用于汽车维修行业喷漆废气处理.对于使用溶剂型涂料进行汽车喷涂且工作量较大的喷漆房,由于VOCs浓度相对较高,因此建议使用吸附-催化燃烧工艺以提高活性炭使用寿命. 吸附-水蒸气脱附技术成熟可靠,设备运行稳定,PLC全自动化控制,操作简便,节能省力;具有高性能吸附剂,比表面积大,吸-脱附性能好,净化效率高,可将其应用于汽车维修行业喷漆废气处理. 4.2 预处理+活性炭吸附工艺设计 (1)工艺适配条件 本工艺采用固定床式活性炭吸附法,本方法适用于排放的有机废气浓度为0~0.2g/m3,风量为0~48000m3/h的工程. 对于汽车维修喷漆属间歇操作,车身喷漆面积相对小,且进出喷漆房的风量一般在1-5万m3/h左右,浓度一般在150mg/m3左右.喷漆房每天工作时间8h左右. 具体工艺流程见图4-1. 从车间排出的大风量有机废气, 先经干式过滤去除漆雾后,进入吸附床,有机物被蜂窝状活性炭吸附, 净化后的气体可直接排放.当由吸附床达到预期的吸附时间后, 被收集进行集中处理.考虑到每天运行时间只有8小时,使用易于装卸更换的模块化活性炭. 图4-1 活性炭工艺流程图 (2)技术指标 ①过滤预处理单元 喷漆废气产生于工件涂装的喷漆工作台,高压空气喷射出的油漆60%左右留在工件上,其它的随着废气带出,形成漆雾粉尘.这些漆雾含量高,粒径较小,绝大部分在10微米以下,若未经处理,将很快堵塞活性炭微孔,使活性炭失效.因此喷漆废气必需先经过粗过滤处理. 干式漆雾过滤材料具体参数及材料见表4-1 表4-1 10000m3/h过滤装置的系统操作参数 项目 参数指标 厚度(mm) 63.5 容尘量(kg/m2) 7-9 过滤效率 85% 装置尺寸长*宽*高(m) 1.1*1.5*1.2 阻力损失(Pa) 600-700 ②吸附单元 由于深圳市地处南方,空气湿度大,因此我们选用耐水的蜂窝活性炭,这样也便于拆卸和减小空气阻力.而且蜂窝活性炭具有比表面积大,微孔结构,高吸附容量,高表面活性炭的产品,在空气污染治理中普遍应用.选用蜂窝活性炭吸附法,即废气与具有大表面的多孔性活性炭接触,废气中的污染物被吸附分解,从而起到净化作用.被处理废气在通过活性炭方孔时能充分与其接触,吸附效率可达95%,风阻系数小,具有优良吸附、脱附和气体动力学性能.采用蜂窝状活性炭的环保设备废气处理净化效率高,吸附床体积小,设备能耗低,能够降低造价和运行成本,净化后气体完全满足环保排放要求. 可以根据喷漆房的不同规模选择设计不同的吸附装置尺寸.按照废气流量10000m3/h,空塔速率0.8m/s,计算吸附装置总尺寸:0.6(长)*1.8(宽)*2.0(高)m3,即2.16 m3,需要活性炭800公斤.抽屉式活性炭吸附已经成熟,为便于更换,将活性炭模块化,每个模块尺寸为0.1*0.1*0.1m3.吸附装置具体指标见表4-2. 表4-2 10000m3/h吸附装置参数 项目指标活性炭规格 (mm) 100*100*100 碘吸附值 (mg/g) ≥950 比表面积 (m2/g) ≥800 四氯化碳 CTC (%) ≥65 抗压强度 (mpa) 0.9 水份(%) ≤5 方孔(in)2 150 壁厚(mm) 1.0 吸附温度(℃) ≤35 脱附温度(℃) ≤110 体积密度 g/cm3 0.40-0.48 吸附量 % ≥35 空塔风速 m/s 0.8 孔密度(孔/平方英寸) 150 (3)技术经济分析 ①投资成本 表4-3 10000m3/h吸附装置投资预估单 序号 名称 数量 单价(元) 价格(元) 1 漆雾过滤器 1套10000 10000 2 吸附床 1套30000 30000 3 蜂窝活性炭 0.8t 3125 2500 4 系统风机 1套10000 10000 5 管路 1套6000 6000 6 阀门 1套1000 1000 7 辅助材料 1批1000 1000 8 安装费用 10000 10000 总计(万元) 7.05 (2)运行成本 活性炭吸附技术运行成本主要包括风机能耗和活性炭更换. 普通汽车维修厂喷漆房运行参数,每个喷漆房工作时间为8小时/天,每台喷漆房抽风量为10000m3/h.风机功率为11KW,每天运行8小时,一天电费约为88元(工业用电费为1元/kw·h-1). 活性炭更换是运行成本中所占比例最大.所选蜂窝活性炭吸附量为35%,即达饱和可吸收0.35*800kg=280kgVOCs. 水性涂装生产线进风VOCs平均浓度按照150mg/m3计算,风量按照10000m3/h计算,则活性炭饱和时间为187h,即每24天需要更换活性炭,则平均一天的折旧费用及固体废弃的碳处理处置成本为164元(800kg蜂窝活性炭按照2500元价格计算、处理处置费用按照《国家危险废物名录》"HW18焚烧处置残渣" 处理的收费标准1.8元/kg计算).由此可见,活性炭吸附技术运行成本为252元/天. 4.3 吸附-催化燃烧工艺设计 (1)工艺适配条件 此工艺适用于排放的有机废气浓度为0.2~0.4mg/m3,风量为0~40000m3/h的工程.工艺流程如图4-1,从喷漆房排出的大风量有机废气, 先经预滤器滤除灰尘后, 进入吸附床, 有机物被活性炭纤维装置吸附, 净化后的气体可直接排放,当由吸附床排出的气体中有机物浓度达到或接近允许排放的浓度标准时, 用热空气对吸附床脱附使活性炭纤维得到再生, 脱附出的有机物被送往催化燃烧床进行催化燃烧, 转变成无害的CO2和H2O, 可直接排放.该技术具有吸附床气流层分布均匀、稳定、压降小,吸附性能好;利用余热,节能显著,通过活性炭纤维的吸附浓缩作用,将大风量、低浓度的有机废气转换成小风量、高浓度的有机废气,后者浓度可达0.9~1.5 g/m3, 可在催化燃烧床上保持稳定的自燃烧状态,转变成无害的CO2和H2O,一次启动后无需外加热,燃烧后的热废气又用于对活性炭纤维的脱附再生, 达到了废热利用、有机物处理彻底的目的;处理风量范围大,处理风量由每小时数千立方米到数十万立方米, 具有净化效率高、无二次污染等优点. A-预滤器 B-催化燃烧床 C-吸附床 图4-1 吸附-催化燃烧工艺流程图 (2)技术指标 ①过滤预处理单元 喷漆废气产生于工件涂装的喷漆工作台,高压空气喷射出的油漆大部分留在工件上,其它的随着废气带出,形成漆雾粉尘.这些粉尘含量不高,粒径较小,绝大部分在10 微米以下,若未经处理,将很快,堵塞活性炭微孔,使活性炭失效.因此喷漆废气必需先经过粗过滤处理.干式漆雾过滤材料具体参数及材料见表4-4. 表4-4 10000m3/h过滤装置的系统操作参数 项目 参数指标 厚度(mm) 63.5 容尘量(kg/m2) 7-9 过滤效率 85% 装置尺寸长*宽*高(m) 1.1*1.5*1.2 阻力损失(Pa) 600-700 ②吸附单元 吸附单元采用两组相同的活性炭纤维吸附装置进行吸附,填充可再生的活性炭纤维,吸附装置具体指标见表4-5: 表4-5 活性炭纤维毡参数 项目指标碘吸附值 (mg/g) 1500-1700 比表面积 (m2/g) 1800-2000 吸附量(wt%) 70-80 孔容积(ml/g) 0.8-1.2 平均孔径(mm) 17-20 着火点(℃) >500 厚度(mm) 10 重量(g/m2) 1000 按照废气流量10000m3/h,空塔速率0.8m/s,每个吸附装置总尺寸为2.16m3, 共需5套装置,活性炭纤维1080Kg. ③催化单元 催化燃烧单元包括电加热室,催化床和阻火器.由于采用集中式脱附催化燃烧系统,可根据服务的喷漆房数量等决定脱附催化燃烧系统的规模及风量,一般应该选择大风量.催化燃烧风量选择为2500m3/h,催化剂用量约为235kg.活性炭吸附剂的脱附温度为120℃,脱附时间为8h,加热室仅需要提供开机时预加热气体所需要的功率,污染物催化燃烧后可利用余热,因此所需要的热功率不高,采用电加热即可,无需天然气或液化石油气燃烧加热.电加热器的操作参数见下表4-6 表4-6 电加热室的操作参数 项目名称 操作参数 预热气体所需功率(KW) 114 加热设备所需功率(KW) 40 电热管行*列12*10 电加热室阻力损失(Pa) 12.2 电加热室尺寸长*宽*高(m) 0.7*0.7*1.3 催化床中催化剂可以选用蜂窝陶瓷催化剂,具体参数见表4-7 表4-7 催化剂操作参数 项目名称 操作参数 成分 以介孔材料为载体,涂覆铂,钯贵金属 比表面积(m2/m3) 100-300 比重(kg/m3) 1.0 抗压强度(N/粒) >50 颗粒度(mm) 3-5 工作温度(℃) 150-500 工作压力(MPa) 常压-3.0 (3)技术经济分析 ①投资成本 表4-8 吸附-催化燃烧装置投资估算表 序号 名称 数量 单价(元) 价格(元) 备注 1 吸附装置 1 140000 140000 其中吸附剂价格为:69120.0元2催化床 1 80000 80000 3 电加热器 1 20000 20000 4 管路 6000 6000 5 脱附风机 1 6000 6000 6 补冷风机 1 3200 3200 7 电动阀门 12 2000 24000 8 辅助材料 4000 4000 9 安装费用 2000 2000 10 换热器 1 10000 10000 11 总计(万元) 29.52 (2) 运行成本估算 吸附催化技术运行成本主要包括:过滤材料更换、风机能耗、吸附剂更换、催化剂更换、催化装置启动. 过滤面积为3m2,每70天更换一次,过滤材料为80元/m2则材料更换费 3*80/70=3.4元/天. 10000 m3/h风量处理量的风机功率为11KW,每天运行8小时,一天电费约为88元(工业电费为1元/kw·h-1). 所选活性炭纤维吸附量为80%,即达饱和可吸收0.8*1080kg=864kgVOCs,溶剂型涂料喷涂喷涂线进风VOCs平均浓度按照1000mg/m3计算,风量按照10000m3/h计算,则活性炭饱和时间为86.4h,即约每吸附4天进行一次脱附.活性炭纤维脱附再生25次需进行更换.因此,每100天需更换一次吸附剂,则吸附剂折旧价为69120/100=691.2元/天. 由于采用脱附催化处理,进行催化床催化反应时,需用电加热器预热45分钟启动,电费为110元/次. 催化床反应运行成本为420元/次. 催化单元风机功率为20KW,每次运行8小时,运行成本为160元/次. 由此可见,吸附催化技术运行成本为3.4+88+691.2+(110+420+160)/14=831.89元/天. 5 源头改造与末端治理的经济分析 5.1 水性涂料喷涂线改造经济分析 表5-1 水性涂料涂装生产线改造投资分析表 项目 费用估算 (万元) 是否享受补贴 备注 喷漆房风机出风孔改造 1.0-1.5 是 必须改造项 喷漆房三级油水分离器改造 1.5-2.0 是 必须改造项 喷漆房灯光改造 0.2-0.3 是 可选项 烤漆房油改电 1.5-2.0 是 必须改造项 喷枪 1.8-2.2 是 必须改造项 干磨房 1.5-2.3 是 可选项 干磨设备 1.5-2.0 是 可选项 吹干筒 1.0-1.2 是 可选项 其他改造的设备投入 0.5-1.5 是 合计 10.5-15.0 可享受补贴2.625-3.75万元 水性漆改造投资根据企业实际选择实施改造项目,其中必要投资约为:5.8-7.7万元. 从上表数据可知,水性涂料技术改造投资费用约为5.8-15.0万元,政府补贴按照企业实际改造工程投资的25%进行补贴,因此扣除可享受的政府补贴后企业需承担的投资成本约增加4.35-11.25万元. 5.2末端治理设施建设经济分析 由于使用溶剂型涂料喷涂线难以实现VOCs达标排放,因此溶剂型涂料喷涂线末端治理工艺较水性涂料喷涂线较复杂,投资及运行成本均高于水性涂料生产线. 表5-2 不同涂装工艺末端治理设施投资分析表 项目 水性涂料 (活性炭吸附工艺) 溶剂型涂料 (吸附-催化燃烧工艺) 备注 投资成本(单位:万元,按照风量10000m3/h计算) 7.05 29.52 政策补贴(万元) 1.76 7.38 补贴设施建设投入的25% 运行成本(单位:元/天,按照风量10000m3/h计算) 252 832 5.3综合对比 表5-3 水性涂装生产线改造总投资及运行分析 项目 水性涂装改造 溶剂型涂装生产线 投资(万元) 运行(元/天) 投资(万元) 运行(元/天) 生产线改造 5.8-15.0 1400-1900 —— 1200-1700 末端治理 7.05 252 29.52 832 合计 12.85-22.05 1652-2152 29.52 2032-2532 综合对比水性涂装生产线改造和末端治理设施投资及运行费用,从总投资来看,水性涂装改造总投资低于溶剂型涂装生产线;从运行成本角度,水性涂料喷涂线改造后,末端治理设施的运行费用将大幅降低,说明水性涂装改造更可行.
下载该文档
文档格式：DOC
更新时间：2014-07-29
下载次数：0
点击次数：1
深圳市汽车维修行业喷漆车间有机废气 推荐治理技术手册 深圳市人居环境委员会 深圳市环境科学研究院 哈尔滨工业大学深圳研究生院 2014年1月 项目名称:深圳市汽车维修行业喷漆车间有机废气推荐治理 技术 主管单位:深圳市人居环境委员会 编制单位:深圳市环境科学研究院 哈尔滨工业大学深圳研究生院 编写人员: 莫凤鸾 朱荣淑 林静 张赫 姚泽 闫庆允 宋克林 何永兵 牛敏丽 周艳苓 李国忠 目录 1概况 4 1.1 深圳市汽车维修行业概况 4 1.2 汽车维修喷漆工艺简介 5 1.3 喷漆过程废气来源及特征分析 8 1.4 汽车维修涂料现状及发展趋势 9 1.5 喷漆废气治理技术概述 10 2 深圳市汽修行业VOCs污染控制技术路线 15 3 水性涂料喷涂工艺改造方案论证 16 3.1 水性涂料喷涂工艺改造可行性分析 16 3.2 水性涂料喷涂工艺改造方案 18 3.3 水性涂料喷涂工艺改造成本分析 19 4 VOCs末端治理方案论证 21 4.1 推荐技术概述 21 4.2 预处理+活性炭吸附工艺设计 22 4.3 吸附-催化燃烧工艺设计 26 5 源头改造与末端治理的经济分析 31 5.1 水性涂料喷涂线改造经济分析 31 5.2末端治理设施建设经济分析 32 5.3综合对比 32 1概况 随着国民经济的持续攀升,深圳市汽车保有量迅速增加,由此带来的环境污染问题日益受到关注.2013年1月13日,因严重的雾霾污染引发的PM2.5事件,北京现代汽车集团停产1天,这意味着,大气污染治理的目光已从汽车尾气排放延伸到涂装排放领域.广东省已制定了汽车涂装行业VOCs排放标准. 汽车维修行业在汽车工业蓬勃发展的背景下也得到了迅猛发展,根据深圳市交通运输委员会提供的资料,截至 2013年底,深圳市的汽车维修企业总数为2933家,据估算,深圳市汽车维修行业排放的VOCs总量超过7000吨/年,占深圳市大气总VOCs排放量的4%左右,其带来的大气污染问题已不容小视. 本课题将在对深圳市汽车维修企业喷涂涂料、喷涂工艺、废气治理设施建设及运行情况进行成分调研的基础上,从水性涂料源头控制和末端废气治理两方面提出汽车维修行业VOCs削减措施,这对推动汽车维修行业VOCs治理,指导企业开展水性涂料喷涂工艺改造和废气治理设施建设,实现VOCs减排目标具有重要意义. 1.1 深圳市汽车维修行业概况 据调查,深圳市汽修行业门店地理位置特点是:特区内以八卦岭、水贝、莲塘、布心、梅林、金地、车公庙、泥岗、南油、蛇口等传统的工业区和联合华鹏、东益华鹏、华南展场、嘉进隆、新濠、平方物流园等汽车专业市场为"点",以干线公路两侧综合汽车服务大楼为"线",如中汽南方、大兴、深业、兆方、西湖、华日、仁孚特力、森那美、大昌等独立汽车服务大楼,以街区服务门店为"面"的市场布局;宝安、龙岗以城区及龙岗东都车城、信义汽车城、宝安世纪车城等为中心,网点呈发散型分布,各城镇道路临街分布了大量三类专项汽车维修点. 汽车维修行业发展趋势: 趋势之一是朝着以汽车保养业务为主的方向发展. 趋势之二是朝着汽车维修专业化、协作化方向发展. 趋势之三是朝着机械化、自动化、电子化方向发展. 1.2 汽车维修喷漆工艺简介 汽车修补涂装按修补工作量的大小,可分为局部修补和整车修补. 基于涂层损坏的不规则性 , 修补涂装工艺几乎各不相同.因此 , 必须根据涂层损坏状态和现场的具体条件确定修补涂装工艺.一般由钣金修整、涂底漆、刮腻子填平、喷中涂、涂面漆等工序组成. 以前使用的汽车修补涂装设备很简陋 ,有的在厂房内或露天作业.随着汽车保有量的增多和轿车修补涂装的装饰性要求的提高 , 近10 多年来国内外汽车修补行业及汽车销售服务站都装备了喷、烘两用的喷漆室.它为整车修补涂装创造了清洁的工作环境 , 完成面漆喷涂工序后, 可直接转换供应热空气 , 使温度达 80 ℃ , 使汽车修补面漆 ( 单组分或双组分 ) 快速固化. 1、喷漆工作原理 喷漆的工作状态如图2-1 所示.喷漆时,外部空气由进风口经初级过滤网过滤后由送风机送到房顶,这样气体进入静压室内经过顶过滤棉均匀地充斥漆房,并在工件周围形成风幕.这时漆房内的有载风速以0.3 m/s的速度向下流动,喷漆时的漆雾不会在操作者呼吸处停留,而随气流迅速下降,此时漆房内有害气体浓度远远低于国家《工业企业设计卫生标准》TJ36—79 中车间空气中有害物质最高允许浓度 , 在排风机的作用下, 气流通过排风过滤系统流向排风道 , 经环保箱排出 , 这样排出气体符合《大气污染物综合排放标准》 GB16297 — 1996 的标准. 图2-1 喷漆工作状态图 1 — 进气初级过滤系统 ;2 — 送风系统 ;3 — 热交换系统 ;4 —精密级亚高效过滤系统 ;5 — 底层漆雾过滤系统 ; 6 — 废气排气口 ;7 — 废气处理系统;表示冷风 表示热风 2、烤漆工作原理 烤漆的工作状态如图2-2 所示.烤漆时,通过风机将外部新鲜空气经初级过滤网过滤后,与热能转换器进行热量交换,再送入到烤漆房顶部,经过滤网2次过滤净化,热空气以0.15m/s的速度进入到烤房内,从底部排出后,经过风门的内循环作用,除吸进少量新鲜空气外,绝大部分热空气又被继续加热利用,送入到烤房内部,使得烤房内温度逐步升高,当温度达到设定温度时,燃烧器自动停机,当温度下降到设定温度以下4~5 ℃时,风机和燃烧器自动开机,使烤房内温度保持恒定.最后当烤漆时间达到设定的时间时,烤房自动关机,烤漆结束.这种循环方式不仅可节省能源,同时也保持漆房内有一定气流,从而保证了汽车零部件在相同温度下同时烘干,也使涂膜表面平滑光亮. 图2-2 烤漆工作状态图 1 — 进气初级过滤系统 ;2 — 送风系统 ;3 — 热交换系统 ;4 —精密级亚高效过滤系统 ;5 — 底层漆雾过滤系统 ; 6 — 废气排气口 ;7 — 废气处理系统;表示冷风 表示热风 1.3 喷漆过程废气来源及特征分析 喷漆是通过喷枪借助于空气压力,分散成均匀而微细的雾滴,涂施于被涂物的表面的一种方法. 油漆喷涂过程中主要产生漆雾、有机废气污染.油漆在高压作用下雾化成微粒, 在喷涂时, 部分油漆未到达喷漆物表面,随气流弥散形成漆雾.而油漆中的有机溶剂易挥发, 在喷漆、晾干过程将逐渐挥发出来形成有机废气. (1)喷漆废气 根据劳动安全卫生法的规定,喷涂作业时,喷漆室内应连续换风,换风速度应控制在0.25~1 m/s的范围内.喷漆室排放废气中主要有害成分为喷漆过程中挥发的有机溶剂,主要包括芳香烃、醇醚类和酯类有机溶剂.由于喷漆室的排风量很大,所以排放废气中有机物总浓度通常在100 mg/m3以下.另外,喷漆室的排气中还经常含有少量未处理完全的漆雾,特别是干式漆雾捕集喷漆室,排气中漆雾较多,可能成为废气处理的障碍,所以废气处理前必须经预处理,避免废气中的颗粒物堵塞废气吸附材料,导致吸附材料快速失效. (2) 晾置废气 面漆在喷涂之后、烘干之前,要进行流平晾置,在湿漆膜晾置过程中有有机溶剂挥发,为防止晾置室内有机溶剂聚集发生爆炸事故,晾置室应连续换风,换风速度一般控制在0.1 m/s左右.晾置室排放废气的成分与喷漆室排放废气的成分相近,但不含漆雾,有机废气的总浓度比喷漆室废气偏大,根据排风量大小不同,一般为喷漆室废气浓度的2倍左右,通常与喷漆室排风混合后集中处理.另外,调漆间、面漆循环水池也排放类似的有机废气. (3) 烘干废气 烘干废气的成分比较复杂,除有机溶剂、部分增塑剂或树脂单体等挥发成分外,还包含热分解生成物和反应生成物.烘干废气中总有机物浓度一般在2500 mg/m3左右,超过了《大气污染综合排放标准》的废气浓度限值要求,所以必须处理达标后才能排放. 1.4 汽车维修涂料现状及发展趋势 汽车漆是我国涂料工业"十二·五"规划中最重要的发展产品之一,其产量居我国各涂料产品中的第4 位.汽车漆分为原厂漆和修补漆两大类,其中汽车修补漆是汽车漆中附加值最高的产品之一,它的技术含量极高,能代表一个国家涂料工业的发展水平,并能使汽车表面涂层所存在的瑕疵或因使用而造成的破损恢复到原先的最佳状态,达到汽车整车的表观一致性. 汽车涂料一般有四种基本成分:成膜物质(树脂)、颜料(包括体质颜料)、溶剂和添加剂,其中溶剂和添加剂的主要成分为VOCs. 近年来,国际上对VOCs排放量的要求越来越严格,如1995年德国大气净化法规定,车身被涂面积的VOCs排放量应小于35g/m2.欧盟于2004 年颁布了《限制油漆、清漆和车内装饰中使用溶剂挥发性有机物逸散指令》,第一阶段于2007 年开始实施,而2010年又进入了要求更为严格的第二阶段,VOCs的排放量允许值进一步降低.在严格限制VOCs排放量的环保要求促使下,低VOCs的水性汽车修补漆、高固体分汽车修补漆以及UV 固化的汽车修补漆作为替代产品得到了迅速发展.尤其是水性汽车修补漆,已经在欧美汽车工业发达国家得到大力发展和普遍应用. 在我国,2010 年颁布的GB 24409—2009《汽车涂料中有害物质限量》的标准严格限定了汽车修补漆的VOCs 排放量,而不断涌动的企业社会责任大潮也推动着汽车企业持续推广绿色环保产品的商业模式,因此水性汽车修补漆也日益成为企业的最佳选择.据不完全统计,我国现今至少有超过10 个品牌的汽车生产企业正在他们的4S 店渠道中大力推广水性汽车修补漆. 1.5 喷漆废气治理技术概述 在汽车维修喷漆过程中产生的主要污染物为VOCs和颗粒物.对于颗粒物的去除技术分为干式和湿式两种;对于VOCs去除的技术有传统的燃烧技术、吸附技术、吸收技术、冷凝技术和生物技术,联用的吸附-水蒸气脱附、吸附-催化燃烧,新技术主要有低温等离子体技术、变压吸附技术、光催化技术. 表1-2喷漆废气末端治理技术比选 技术名称 技术要点 优点 缺点 冷凝工艺 冷凝工艺是最简单的回收技术, 将废气冷却使其温度低于VOCs的露点温度, 使有机物冷凝变成液滴, 从废气中分离出来, 直接回收,常与吸收、吸附等净化方式联合使用. 该法能处理高浓度废气, 多用于温度低、风量小、成分单一的废气回收, 常作为吸附法、燃烧法的前期处理方法; 投资大、能耗高、运行费用大, 因此对于低浓度,大风量的涂装废气不太适合. 吸收工艺 液体吸收工艺是利用污染物在水中的溶解特性将VOCs从废气中分离的方法,吸收法可分为化学吸收和物理吸收, 三苯废气化学活性低, 一般不采用化学吸收.物理吸收是选用具有较小挥发性的液体吸收剂, 它与被吸收组分有较高的亲和力, 吸收饱和后经加热解析冷却后重新使用. 该法对于大气量、温度低、浓度高的废气效果较好 液体吸收法净化率只有60% -80%, 实际应用吸收效率不高、油雾夹带现象,存在后处理过程复杂,一般难以达到国家排放标准, 而且存在着二次污染等问题. 吸附工艺 吸附工艺是利用某些具有吸附能力的物质,如活性炭、硅胶、多孔粘土矿石、高聚物吸附树脂等吸附剂,吸附有害物质而达到消除污染的目的,一般用于处理中、低浓度的气相污染物.吸附效果取决于吸附剂性质、气相污染物种类以及吸附系统的操作温度、湿度、压力等因素. 去除效率高、能耗低、工艺成熟、易于推广、实用等优点,有着良好的经济和环境效益 处理设备庞大,流程复杂, 尤其是当废气中有胶粒物质或其它杂质时, 吸附剂容易失效,且吸附饱和,还需再生. 压缩冷凝膜分离工艺 膜分离技术的基础就是使用对有机物具有选择渗透性的聚合物膜, 该膜对有机蒸气较空气更易于渗透10-100倍, 从而实现有机物的分离. 膜分离系统是一种高效的新型分离技术, 其流程 简单、回收率高、能耗低、无二次污染 半透膜容易被污染,而且运行成本费用较之其它方法高许多. 生物降解工艺 生物降解工艺是借助微生物的分解、氧化和转化等机制,将污染物完全分解氧化成CO2、H2O 等无害物质.生物处理法适用于中、低浓度,大气量且宜生物降解的有机废气治理. 具有投资少、运行费用低、二次污染小等优点,是一种环保的污染治理技术 对气体水溶性和生物降解性有要求,反应器启动、微生物驯化和处理过程持续时间较长,运行中必须提供足够的营养元素和氧气等. 燃烧工艺 燃烧工艺包括直接燃烧法和催化燃烧法.直接燃烧法是通过燃烧去除有机废气的方法,操作温度600~800℃,适用于浓度较大的有机废气处理.催化燃烧法采用铂、钯及过渡金属氧化物等催化剂代替火焰,操作温度200~400℃,适用于有机废气浓度高、流量小的情况. 适用于有机物浓度较低, 不足以在没有辅助燃料时燃烧.直接火焰燃烧在适当温度和保留时间条件下, 可以达到99% 的热处理效率.适用的VOCs污染源广泛,特别是高浓度低风量地区的VOCs 废气. 需要额外添加燃料. 低温等离子技术 低温等离子体技术又称为非平衡等离子体技术,是在外加电场的作用下,通过介质放电产生大量的高能粒子,其与有机污染物分子发生一系列复杂的等离子体物理—化学反应,从而将有机污染物降解为无毒无害物质.目前,低温等离子体技术已经投入生产工程中. 该法适用于各类VOCs 的治理,处理效率高,无二次污染物产生、易操作,特别适用于对气体流量大、浓度低的有机废气的处理. 但是该工艺能耗较高,成本大,不成熟. 光催化工艺 光催化法主要是利用光催化剂(如TiO2)的光催化性,氧化吸附在催化剂表面的VOCs.利用特定波长的光照射TiO2光催化剂,激发出"电子-空穴"对,这种"电子-空穴"对与水、氧发生化学反应,产生具有极强氧化能力的自由基活性物质,将吸附在催化剂表面上的有机物氧化为CO2和H2O等无毒无害物质. 该法适用于各类VOCs 的治理,处理效率高,无二次污染物产生、适用于大风量,低浓度有机废气的处理. 催化剂易失活,运行不稳定,技术不成熟. 吸附-水蒸气脱附 利用高性能的活性炭纤维或颗粒炭等吸附剂吸附有机废气,吸附接近饱和后用饱和水蒸汽作为脱附介质反吹装填吸附剂的吸附罐进行有机成分的解析,解析出的高浓度混合气体经冷凝、分离回收有机溶剂. 具有相变热高,脱附完全,易冷凝的优点,可实现有机溶剂和水的自动有效分离并可回收利用 存在部分成分的溶剂需要进行提纯, 而且存在着废水处理及有机物二次污染等问题. 吸附-催化燃烧工艺 该技术是多个传统工艺的结合,可以更好的发挥各项处理方法的优点,处理效果也远远优于单一方法.将两种技术联合起来使用是处理低浓度的VOCs 气体的一种有效而经济的治理技术,也是目前在汽车喷漆废气处理领域应用最为广泛的工艺技术. 吸附床气流层分布均匀、稳定、压降小,吸附性能好;利用余热,节能显著, 催化燃烧床自燃烧状态稳定,转变成无害的CO2和H2O,一次启动后无需外加热,燃烧后的热废气又用于活性炭脱附再生;处理风量范围大, 净化效率高、无二次污染、运行成本低. 投资相对较高 2 深圳市汽修行业VOCs污染控制技术路线 本课题对汽车维修行业典型溶剂型涂料使用企业和典型水性涂料使用企业的喷漆废气进行了采样分析.数据表明(见表2-1),在相同采样条件下,使用水性漆时苯、甲苯、二甲苯、三甲苯及总VOCs等污染物减排量均在95%以上,说明水性漆喷涂工艺改造对于控制喷漆废气排放意义重大. 另外考虑汽车维修行业各涂层对产品的技术要求、水性涂料的研发及应用现状以及企业在水性涂料技术改造的技术储备等因素,汽车维修企业的水性喷涂工艺改造不会一步到位,因此废气末端治理技术的规范化也是推进汽车维修行业VOCs污染控制的重要环节. 汽车维修行业VOCs污染控制技术路线见图2-1. 表2-1 不同类型涂料喷漆过程主要废气污染物浓度 序号 污染物项目 溶剂型涂料(ug/m3) 水性涂料(ug/m3) 1 苯1131.2 13.6 2 甲苯 33465 433.4 3 二甲苯 6385.4 76.7 4 三甲苯 2816.6 10.6 5 总VOCs 160596 7642 图2-1 汽车维修企业喷涂车间减排技术路线 3 水性涂料喷涂工艺改造方案论证 3.1 水性涂料喷涂工艺改造可行性分析 (1)污染物削减分析 根据对水性涂料产品调研,目前产品较成熟且推广应用较多的汽车水性涂料有水性底漆、水性中涂和水性色漆,而水性清漆由于目前仍没有成熟的产品,极少用于汽车维修喷涂行业.根据文献调研,汽车涂装行业底漆、中途和色漆的VOCs排放量约占各工序总VOCs排放量的65%左右;根据现场实测,喷涂过程中水性漆排放的VOCs浓度约是溶剂型涂料的10%左右.因此,按照现有技术在汽车维修行业中对底漆、中途和色漆改造为水性涂料,可减少VOCs排放量58%左右. 由此可见,推广水性涂料可显著降低汽车维修行业VOCs排放量. (2)汽车涂料品质分析 通过对溶剂型涂料和水性涂料的产品性能进行比较,水性涂料在汽车维修喷涂方面的要求能达到汽车维修的要求,如:细度、铅笔硬度、耐水性、耐候性、化学稳定性等,甚至有的方面还超过了溶剂型漆.由此可见,水性漆在汽车涂料的技术要求上是可行的. (3)涂料的兼容性分析 在水性涂料推广的前期调研中了解到,如果用水性漆进行修补可能会造成维修部位起泡并导致脱落.为此,我们进行了实地调查. 从实地调查的汽车维修喷涂工艺可以知道,水性漆与溶剂型涂料的兼容性问题实际上就是附着力的问题,而附着力的问题可以通过打磨这个操作来解决.打磨的目的是让车身出现一些细小的凹陷,从而使溶剂型涂料或者水性漆可以进入到这些凹陷中,使得溶剂型涂料或者水性漆跟车身更好的接触,更牢固的附着在车身上.对于维修后车身出现的起泡或者漆的脱落现象,这些主要是由于对车身的打磨存在问题,使得漆没有更好的附着在车身上. (4)喷涂工艺分析 从汽车维修行业水性涂料与油性涂料的喷涂工艺上来看,二者的喷涂工艺的主要差别有以下几点: 首先,使用的汽车油漆的清洁剂不同,溶剂型涂料需要溶剂型的清洁剂,水性漆需要指定的水性漆清洁剂; 其次,喷漆工艺中使用的喷枪类型不同,溶剂型涂料使用的是油性喷枪,水性漆使用的是水性漆专用喷枪; 最后,对喷漆房的要求不同,溶剂型涂料要求通风顺畅,对其他条件没有明显的要求,而水性漆不仅要求烘干房内气源干净、稳定,还要求要有足够的气压和气容,水性漆对烘干房的温度与湿度也有一定的要求(温度22-27℃,湿度60%左右). 总的来说二者的工艺差别不大,只是水性漆对工艺的要求比较严格,汽车维修行业用水性漆代替溶剂型涂料喷涂需要对喷漆房的空气条件,温度条件,湿度条件进行严格的控制,再配备专用的水性漆喷枪,水性漆吹风枪,水性漆洗枪机,然后是对员工进行培训,这些条件都比较容易实现,因此工艺的改造难度程度不大,且在工艺技术上是可行的. 3.2 水性涂料喷涂工艺改造方案 (1)喷涂工艺流程改造及设备更新 空调系统的调整:由于喷漆间的温度要控制在22℃~27℃,湿度要控制在60%左右,空调系统需要增加其制冷量. 增加红外线烤灯:为了确保产品安装方便、操作简便,尤其是定时和温度双重自动控制,确保烤房设备和被烘烤车辆安全可靠.红外线烤漆房采用是一个热辐射烘烤过程,它送风部位全用封闭式、全降式风压(即压力从上往下降低),没有内循环,有效避免漆污沾,因没有炉膛,不会有明火送到过滤棉上,消防安全标准高. 增加水性漆喷枪、水性漆吹风枪、水性漆清洗枪:由于水性漆的溶剂是水,对溶剂型涂料喷枪会有一定的腐蚀,所以需要更换喷枪,水性漆吹风枪作用在于加速水性漆的干燥,水性漆喷枪需要专用的水性漆清洗枪来洗涤,以免污染水性漆喷枪. 其他方面:格栅支架、机械化支架等结构件刷涂防腐涂层;排风系统(地下风道等)刷涂防腐涂层;排风机风机叶轮采用特殊涂层,保证叶轮表面光滑. (2)员工培训 由于溶剂型涂料与水性漆工艺的差别,在喷涂的操作规范上存在差别,在新工艺上需要对员工进行培训. (3)补贴鼓励 由于工艺改造及员工培训都需要增加投资成本.为激发现有溶剂型涂料喷涂维修厂积极推进工艺改造,根据《深圳市大气环境质量提升补贴办法》,凡按规定将原涂装生产线改造使用水性涂料或UV涂料(UV喷涂线除外)的,按设备改造费用总价的25%给予补贴. 3.3 水性涂料喷涂工艺改造成本分析 (1)漆材料成本分析 溶剂型涂料的平均价格为150-250元/L,水性漆的平均价格在300-400元/L,则水性漆比溶剂型涂料的价格高1倍左右,约高150元/L. (2)溶剂成本分析 溶剂的成本包括稀释剂成本和清洗剂成本. 溶剂型涂料的稀释剂的平均价格在20元/L,清洗剂的平均价格在10元/kg;水性漆的稀释剂的平均价格在1元/L,清洗剂的平均价格在1元/kg,则水性漆的稀释剂成本比溶剂型涂料的稀释剂成本低19元/ L,水性漆的清洗剂成本比溶剂型涂料的清洗剂成本低9元/ kg. 按照1L油漆用量的比例计算稀释剂与清洗剂用量,溶剂型涂料的稀释剂与清洗剂消耗的总的费用为80元,水性漆的稀释剂与清洗剂消耗的总的费用为14元,则水性漆的溶剂成本比溶剂型涂料的溶剂成本低了66元/L. (3)喷漆房运行成本分析 溶剂型涂料运行费用主要包括烘烤房加热、风机循环、照明灯等电费(150-170元/天)以及烤房设备的维修和空气过滤网的更换;水性漆运行费用主要包括喷漆室控温控湿、烘烤房加热、风机循环、吹风机、照明灯等电费(80-100元/天)以及空气过滤网的更换和烤房设备的维修.水性漆与溶剂型涂料相比,运行成本还有所减少,主要采用红外灯局部加热,避免了喷漆房全部空气加热导致的能量浪费. (4)环保成本分析 根据喷漆废气排放要求,水性漆涂装工艺可采用简单的活性炭吸附工艺,按处理风量为10000m3/h计算,水性漆的环保成本约为120元/天.而溶剂型涂料的喷漆废气浓度比水性漆高约20倍,其涂装工艺需采用吸附联用技术,按处理风量为10000m3/h计算,溶剂型涂料的环保成本约为320元/天. (5)工作人员健康隐形成本分析 溶剂型涂料使用过程中会产生大量的苯、甲苯、二甲苯等强致癌性VOCs,使用溶剂型涂料的工作人员的健康隐形成本较大.而水性漆的溶剂为水,其无毒无害,使用水性漆的工作人员的健康隐形成本较小. (6) 成本分析小结 由上述4.3.5.1和4.3.5.2可知,水性漆的成本比溶剂型涂料的成本高,约高出94元/L.由4.3.5.3、4.3.5.4和4.3.5.5可知,在"运行成本+环保成本+工作人员健康隐形成本"上,水性漆占有明显优势.因此,从长远的角度来看,水性漆替代溶剂型涂料在成本上是可行的. 4 VOCs末端治理方案论证 4.1 推荐技术概述 由于受涂料产品性能的限制,目前已具备水性涂装生产线的汽车维修企业,部分喷涂工序仍需要使用溶剂型涂料,而且水性涂料中仍有少量的VOCs排放.因此,汽车维修企业的VOCs末端治理技术应针对企业不同工艺实施不同的治理措施. 根据现场监测的喷漆过程的水性涂料和溶剂型涂料的VOCs排放情况,推荐以下工艺: (1)已完成水性涂装生产线改造的企业,由于排放的VOCs浓度相对较低,推荐使用颗粒物过滤预处理+活性炭吸附工艺; (2)未完成喷涂工序水性涂料改造的企业,为实现VOCs达标排放,推荐使用颗粒物过滤预处理+活性炭吸附+催化燃烧或者颗粒物过滤预处理+活性炭吸附+水蒸气脱附工艺. 吸附-催化燃烧技术在处理汽车制造行业喷漆废气时表现出很好的效果,即将大风量、低浓度的有机废气转换成小风量、高浓度的有机废气,具有净化效率高、无二次污染、因吸附剂可脱附再利用以及无需外加燃料而使运行成本低等优点.由于其在处理汽车制造行业喷漆废气处理中表现出很好的效果,也可以将其应用于汽车维修行业喷漆废气处理.对于使用溶剂型涂料进行汽车喷涂且工作量较大的喷漆房,由于VOCs浓度相对较高,因此建议使用吸附-催化燃烧工艺以提高活性炭使用寿命. 吸附-水蒸气脱附技术成熟可靠,设备运行稳定,PLC全自动化控制,操作简便,节能省力;具有高性能吸附剂,比表面积大,吸-脱附性能好,净化效率高,可将其应用于汽车维修行业喷漆废气处理. 4.2 预处理+活性炭吸附工艺设计 (1)工艺适配条件 本工艺采用固定床式活性炭吸附法,本方法适用于排放的有机废气浓度为0~0.2g/m3,风量为0~48000m3/h的工程. 对于汽车维修喷漆属间歇操作,车身喷漆面积相对小,且进出喷漆房的风量一般在1-5万m3/h左右,浓度一般在150mg/m3左右.喷漆房每天工作时间8h左右. 具体工艺流程见图4-1. 从车间排出的大风量有机废气, 先经干式过滤去除漆雾后,进入吸附床,有机物被蜂窝状活性炭吸附, 净化后的气体可直接排放.当由吸附床达到预期的吸附时间后, 被收集进行集中处理.考虑到每天运行时间只有8小时,使用易于装卸更换的模块化活性炭. 图4-1 活性炭工艺流程图 (2)技术指标 ①过滤预处理单元 喷漆废气产生于工件涂装的喷漆工作台,高压空气喷射出的油漆60%左右留在工件上,其它的随着废气带出,形成漆雾粉尘.这些漆雾含量高,粒径较小,绝大部分在10微米以下,若未经处理,将很快堵塞活性炭微孔,使活性炭失效.因此喷漆废气必需先经过粗过滤处理. 干式漆雾过滤材料具体参数及材料见表4-1 表4-1 10000m3/h过滤装置的系统操作参数 项目 参数指标 厚度(mm) 63.5 容尘量(kg/m2) 7-9 过滤效率 85% 装置尺寸长*宽*高(m) 1.1*1.5*1.2 阻力损失(Pa) 600-700 ②吸附单元 由于深圳市地处南方,空气湿度大,因此我们选用耐水的蜂窝活性炭,这样也便于拆卸和减小空气阻力.而且蜂窝活性炭具有比表面积大,微孔结构,高吸附容量,高表面活性炭的产品,在空气污染治理中普遍应用.选用蜂窝活性炭吸附法,即废气与具有大表面的多孔性活性炭接触,废气中的污染物被吸附分解,从而起到净化作用.被处理废气在通过活性炭方孔时能充分与其接触,吸附效率可达95%,风阻系数小,具有优良吸附、脱附和气体动力学性能.采用蜂窝状活性炭的环保设备废气处理净化效率高,吸附床体积小,设备能耗低,能够降低造价和运行成本,净化后气体完全满足环保排放要求. 可以根据喷漆房的不同规模选择设计不同的吸附装置尺寸.按照废气流量10000m3/h,空塔速率0.8m/s,计算吸附装置总尺寸:0.6(长)*1.8(宽)*2.0(高)m3,即2.16 m3,需要活性炭800公斤.抽屉式活性炭吸附已经成熟,为便于更换,将活性炭模块化,每个模块尺寸为0.1*0.1*0.1m3.吸附装置具体指标见表4-2. 表4-2 10000m3/h吸附装置参数 项目指标活性炭规格 (mm) 100*100*100 碘吸附值 (mg/g) ≥950 比表面积 (m2/g) ≥800 四氯化碳 CTC (%) ≥65 抗压强度 (mpa) 0.9 水份(%) ≤5 方孔(in)2 150 壁厚(mm) 1.0 吸附温度(℃) ≤35 脱附温度(℃) ≤110 体积密度 g/cm3 0.40-0.48 吸附量 % ≥35 空塔风速 m/s 0.8 孔密度(孔/平方英寸) 150 (3)技术经济分析 ①投资成本 表4-3 10000m3/h吸附装置投资预估单 序号 名称 数量 单价(元) 价格(元) 1 漆雾过滤器 1套10000 10000 2 吸附床 1套30000 30000 3 蜂窝活性炭 0.8t 3125 2500 4 系统风机 1套10000 10000 5 管路 1套6000 6000 6 阀门 1套1000 1000 7 辅助材料 1批1000 1000 8 安装费用 10000 10000 总计(万元) 7.05 (2)运行成本 活性炭吸附技术运行成本主要包括风机能耗和活性炭更换. 普通汽车维修厂喷漆房运行参数,每个喷漆房工作时间为8小时/天,每台喷漆房抽风量为10000m3/h.风机功率为11KW,每天运行8小时,一天电费约为88元(工业用电费为1元/kw·h-1). 活性炭更换是运行成本中所占比例最大.所选蜂窝活性炭吸附量为35%,即达饱和可吸收0.35*800kg=280kgVOCs. 水性涂装生产线进风VOCs平均浓度按照150mg/m3计算,风量按照10000m3/h计算,则活性炭饱和时间为187h,即每24天需要更换活性炭,则平均一天的折旧费用及固体废弃的碳处理处置成本为164元(800kg蜂窝活性炭按照2500元价格计算、处理处置费用按照《国家危险废物名录》"HW18焚烧处置残渣" 处理的收费标准1.8元/kg计算).由此可见,活性炭吸附技术运行成本为252元/天. 4.3 吸附-催化燃烧工艺设计 (1)工艺适配条件 此工艺适用于排放的有机废气浓度为0.2~0.4mg/m3,风量为0~40000m3/h的工程.工艺流程如图4-1,从喷漆房排出的大风量有机废气, 先经预滤器滤除灰尘后, 进入吸附床, 有机物被活性炭纤维装置吸附, 净化后的气体可直接排放,当由吸附床排出的气体中有机物浓度达到或接近允许排放的浓度标准时, 用热空气对吸附床脱附使活性炭纤维得到再生, 脱附出的有机物被送往催化燃烧床进行催化燃烧, 转变成无害的CO2和H2O, 可直接排放.该技术具有吸附床气流层分布均匀、稳定、压降小,吸附性能好;利用余热,节能显著,通过活性炭纤维的吸附浓缩作用,将大风量、低浓度的有机废气转换成小风量、高浓度的有机废气,后者浓度可达0.9~1.5 g/m3, 可在催化燃烧床上保持稳定的自燃烧状态,转变成无害的CO2和H2O,一次启动后无需外加热,燃烧后的热废气又用于对活性炭纤维的脱附再生, 达到了废热利用、有机物处理彻底的目的;处理风量范围大,处理风量由每小时数千立方米到数十万立方米, 具有净化效率高、无二次污染等优点. A-预滤器 B-催化燃烧床 C-吸附床 图4-1 吸附-催化燃烧工艺流程图 (2)技术指标 ①过滤预处理单元 喷漆废气产生于工件涂装的喷漆工作台,高压空气喷射出的油漆大部分留在工件上,其它的随着废气带出,形成漆雾粉尘.这些粉尘含量不高,粒径较小,绝大部分在10 微米以下,若未经处理,将很快,堵塞活性炭微孔,使活性炭失效.因此喷漆废气必需先经过粗过滤处理.干式漆雾过滤材料具体参数及材料见表4-4. 表4-4 10000m3/h过滤装置的系统操作参数 项目 参数指标 厚度(mm) 63.5 容尘量(kg/m2) 7-9 过滤效率 85% 装置尺寸长*宽*高(m) 1.1*1.5*1.2 阻力损失(Pa) 600-700 ②吸附单元 吸附单元采用两组相同的活性炭纤维吸附装置进行吸附,填充可再生的活性炭纤维,吸附装置具体指标见表4-5: 表4-5 活性炭纤维毡参数 项目指标碘吸附值 (mg/g) 1500-1700 比表面积 (m2/g) 1800-2000 吸附量(wt%) 70-80 孔容积(ml/g) 0.8-1.2 平均孔径(mm) 17-20 着火点(℃) >500 厚度(mm) 10 重量(g/m2) 1000 按照废气流量10000m3/h,空塔速率0.8m/s,每个吸附装置总尺寸为2.16m3, 共需5套装置,活性炭纤维1080Kg. ③催化单元 催化燃烧单元包括电加热室,催化床和阻火器.由于采用集中式脱附催化燃烧系统,可根据服务的喷漆房数量等决定脱附催化燃烧系统的规模及风量,一般应该选择大风量.催化燃烧风量选择为2500m3/h,催化剂用量约为235kg.活性炭吸附剂的脱附温度为120℃,脱附时间为8h,加热室仅需要提供开机时预加热气体所需要的功率,污染物催化燃烧后可利用余热,因此所需要的热功率不高,采用电加热即可,无需天然气或液化石油气燃烧加热.电加热器的操作参数见下表4-6 表4-6 电加热室的操作参数 项目名称 操作参数 预热气体所需功率(KW) 114 加热设备所需功率(KW) 40 电热管行*列12*10 电加热室阻力损失(Pa) 12.2 电加热室尺寸长*宽*高(m) 0.7*0.7*1.3 催化床中催化剂可以选用蜂窝陶瓷催化剂,具体参数见表4-7 表4-7 催化剂操作参数 项目名称 操作参数 成分 以介孔材料为载体,涂覆铂,钯贵金属 比表面积(m2/m3) 100-300 比重(kg/m3) 1.0 抗压强度(N/粒) >50 颗粒度(mm) 3-5 工作温度(℃) 150-500 工作压力(MPa) 常压-3.0 (3)技术经济分析 ①投资成本 表4-8 吸附-催化燃烧装置投资估算表 序号 名称 数量 单价(元) 价格(元) 备注 1 吸附装置 1 140000 140000 其中吸附剂价格为:69120.0元2催化床 1 80000 80000 3 电加热器 1 20000 20000 4 管路 6000 6000 5 脱附风机 1 6000 6000 6 补冷风机 1 3200 3200 7 电动阀门 12 2000 24000 8 辅助材料 4000 4000 9 安装费用 2000 2000 10 换热器 1 10000 10000 11 总计(万元) 29.52 (2) 运行成本估算 吸附催化技术运行成本主要包括:过滤材料更换、风机能耗、吸附剂更换、催化剂更换、催化装置启动. 过滤面积为3m2,每70天更换一次,过滤材料为80元/m2则材料更换费 3*80/70=3.4元/天. 10000 m3/h风量处理量的风机功率为11KW,每天运行8小时,一天电费约为88元(工业电费为1元/kw·h-1). 所选活性炭纤维吸附量为80%,即达饱和可吸收0.8*1080kg=864kgVOCs,溶剂型涂料喷涂喷涂线进风VOCs平均浓度按照1000mg/m3计算,风量按照10000m3/h计算,则活性炭饱和时间为86.4h,即约每吸附4天进行一次脱附.活性炭纤维脱附再生25次需进行更换.因此,每100天需更换一次吸附剂,则吸附剂折旧价为69120/100=691.2元/天. 由于采用脱附催化处理,进行催化床催化反应时,需用电加热器预热45分钟启动,电费为110元/次. 催化床反应运行成本为420元/次. 催化单元风机功率为20KW,每次运行8小时,运行成本为160元/次. 由此可见,吸附催化技术运行成本为3.4+88+691.2+(110+420+160)/14=831.89元/天. 5 源头改造与末端治理的经济分析 5.1 水性涂料喷涂线改造经济分析 表5-1 水性涂料涂装生产线改造投资分析表 项目 费用估算 (万元) 是否享受补贴 备注 喷漆房风机出风孔改造 1.0-1.5 是 必须改造项 喷漆房三级油水分离器改造 1.5-2.0 是 必须改造项 喷漆房灯光改造 0.2-0.3 是 可选项 烤漆房油改电 1.5-2.0 是 必须改造项 喷枪 1.8-2.2 是 必须改造项 干磨房 1.5-2.3 是 可选项 干磨设备 1.5-2.0 是 可选项 吹干筒 1.0-1.2 是 可选项 其他改造的设备投入 0.5-1.5 是 合计 10.5-15.0 可享受补贴2.625-3.75万元 水性漆改造投资根据企业实际选择实施改造项目,其中必要投资约为:5.8-7.7万元. 从上表数据可知,水性涂料技术改造投资费用约为5.8-15.0万元,政府补贴按照企业实际改造工程投资的25%进行补贴,因此扣除可享受的政府补贴后企业需承担的投资成本约增加4.35-11.25万元. 5.2末端治理设施建设经济分析 由于使用溶剂型涂料喷涂线难以实现VOCs达标排放,因此溶剂型涂料喷涂线末端治理工艺较水性涂料喷涂线较复杂,投资及运行成本均高于水性涂料生产线. 表5-2 不同涂装工艺末端治理设施投资分析表 项目 水性涂料 (活性炭吸附工艺) 溶剂型涂料 (吸附-催化燃烧工艺) 备注 投资成本(单位:万元,按照风量10000m3/h计算) 7.05 29.52 政策补贴(万元) 1.76 7.38 补贴设施建设投入的25% 运行成本(单位:元/天,按照风量10000m3/h计算) 252 832 5.3综合对比 表5-3 水性涂装生产线改造总投资及运行分析 项目 水性涂装改造 溶剂型涂装生产线 投资(万元) 运行(元/天) 投资(万元) 运行(元/天) 生产线改造 5.8-15.0 1400-1900 —— 1200-1700 末端治理 7.05 252 29.52 832 合计 12.85-22.05 1652-2152 29.52 2032-2532 综合对比水性涂装生产线改造和末端治理设施投资及运行费用,从总投资来看,水性涂装改造总投资低于溶剂型涂装生产线;从运行成本角度,水性涂料喷涂线改造后,末端治理设施的运行费用将大幅降低,说明水性涂装改造更可行.