客车涂装车间废气处理的整体解决方案

张聪炳，徐春江，周良国

（江西博能上饶客车有限公司，江西上饶 334000）

客车涂装车间废气处理的整体解决方案

张聪炳，徐春江，周良国

（江西博能上饶客车有限公司，江西上饶 334000）

介绍客车涂装车间废气的主要发生源和目前常用的处理方法，针对客车涂装车间废气的特点，结合成本分析，对比纤维炭、蜂窝炭、沸石转轮吸附法加燃烧法的组合方案的成本和工艺特点，总结出经济、可行、有前瞻性的废气处理方案。

客车涂装车间；废气处理；吸附法；燃烧法

随着国家对环境污染问题越来越重视，国家和各地的环保政策也趋于从严的趋势。目前，北京、天津、上海等一线城市都陆续出台了大气污染排放标准，大体上把工业废气排放的苯、甲苯、二甲苯、非甲烷总烃等污染物指标都有了明确的要求[1-5]。其中一线城市对苯的最高允许排放浓度为1 mg/m3（国标无要求）,甲苯、二甲苯限值在10～30 mg/m3（国标限值为40～70 mg/m3）以下,非甲烷总烃限值在50～70 mg/m3（国标限值为120 mg/m3）以下,都高于国标要求。

做好涂装车间的废气处理是客车企业的必须工程。由于涂装车间的设备安装后具有难以返工的特点，因此要求在工厂设计时要充分调研。以目前实际的排放情况，本文方案能满足国家的环保政策，是一个有前瞻性、经济性的工艺方案。

1 客车涂装车间废气处理方法介绍

目前国内针对挥发性有机废气的主流治理方法有吸附法、吸收法、燃烧法、冷凝法、生物法等，而客车涂装车间的废气主要成分是涂料所含的有机溶剂和涂膜在烘干时的分解物，统称为挥发性有机化合物（VOC），VOC的成分和排出量随所使用的涂料品种、使用量、使用条件等的变化而有差异。涂装车间废气主要发生源是喷漆室、烘干室和晾干室的排气[6-7]。

1）喷漆室的排气。一般是排风量大，VOC浓度极低，其体积分数在0.001%～0.002%的范围内，约500 ul/L；另外还含有过喷漆产生的漆雾。

2）烘干室的排气。它含有湿涂膜带来的有机溶剂、烘干过程产生的涂膜分解物及反应生成物和燃料燃烧废气。

3）晾干室的排气。它是湿涂膜在烘干或强制干燥前流平过程中挥发出来的有机溶剂蒸汽，几乎不含漆雾。

针对客车涂装车间的有机废气的特点，通常采用的方法有以下3种[8-10]，无论哪种方法，从经济性的角度考虑，核心都是最大限度地降低室体风量。

1.1 纤维活性炭吸附浓缩+蓄热催化燃烧法

该方法的原理是：含有机物的废气经风机的作用，经过滤后到活性炭纤维吸附层，有机物质被活性炭纤维特有的作用力截留在其内部，洁净气体排出；经过一段时间后，活性炭接近饱和状态时，停止吸附，此时有机物已被浓缩在活性炭纤维内；冷空气通过外部加热或燃烧室热能蓄能利用加热到100℃左右（废气的沸点）进行脱附，高浓度的有机废气从活性炭纤维内解析出来进入到催化净化装置内；催化净化装置内设加热室，启动加热装置，在350℃左右催化分解成CO2和H2O，同时释放出能量。利用释放出的能量再进入吸附床脱附时，此时加热装置完全停止工作，有机废气在催化燃烧室内维持自燃，吸附剂再生，循环进行，直至有机物完全从活性炭纤维内部解析至催化室分解。

1.2 蜂窝活性炭吸附浓缩+蓄热催化燃烧法

该方法的基本原理同上，只是吸附介质由纤维炭改为蜂窝炭,同属于活性炭吸附法。

以上两种活性炭处理方法的特点：具有大的比表面积；具有良好的选择性吸附作用；吸附容量大；具有良好的的机械强度和均匀的尺寸；有足够的热稳定性及化学稳定性；有良好的再生性能；活性炭+催化燃烧法处理废气效果可到90%以上。

1.3 转轮浓缩+催化燃烧+热能利用法

该方法的原理如下：

1）启动阶段。催化燃烧（RCO）风机启动，RCO新风阀开启，关闭所有吹扫置换阀门，依次打开烟气进气阀门和排放阀门，启动燃烧器自动点火，将3个蓄热室（循环使用，保障废气连续燃烧）分别逐个加热到运行状态，一般需要2.5～3 h。

2）预处理阶段。废气经管路输送先进入汽水分离器去除废气中的水雾，然后进入混合过滤器滤除去废气中的颗粒物，同时与RCO排放废气混合，降低废气的相对湿度，以满足进入沸石转轮的湿度及洁净度要求。

3）处理阶段。经过预处理的废气由管道进入沸石转轮浓缩器，尾气中的有机物被沸石转轮所吸附，同时脱附风机、加热器开始工作，利用高温空气反向将转轮吸附的有机物吹脱出来，随着转轮旋转，浓缩尾气连续稳定进入蓄热催化氧化室体中。浓缩尾气经阻火器后进入气体分布室，经平均分配后进入蓄热室预热到350℃左右，预热后的废气进入催化层氧化分解，在助燃燃料的作用下，废气中所含有机物充分氧化分解，使氧化温度维持在400℃左右，产生的烟气大部分进入蓄热室放热，少部分通过烟气预热调节阀调节流量，通过转轮加热器加热转轮冷却气至脱附温度（140℃）。

该方法中的设备昂贵是其推向市场的最大障碍，虽然其处理效率可到95%以上，但一般处理90%已能满足当前的环保标准。客车的间断生产也不适合转轮这种耗能较高的处理方案，但在连续生产的情况下，中涂机器人所在工序因其喷漆的单一性和连续性，在提高废气浓度前提下可合理采用。

2 客车涂装车间废气处理的整体解决方案

2.1 客车涂装车间基本情况介绍

客车废气排放的特点是大风量、低浓度，且客车生产节拍不是连续的，具有间断性，因此它的废气处理不能照搬乘用车的模式，否则能耗与投资都是巨大的。

客车废气处理的整体思路是，最大限度地减低风量并根据工艺和工位布置特点，采用分类或合并同类项区别处理。目前我司新建2万辆项目的有中涂、面漆、清漆、彩条、配套件等大小不一喷漆室15个，中涂、面漆、清漆、彩条、配套件、电泳等烘干室15个，这些喷漆室烘干室从经济性角度考虑一定要区别对待，否则将造成不必要的投资浪费。

2.2 废气处理方法对比

为了能分辨本文第1部分3种方法的成本费用，为后续方案的选择确立依据，以15万m3/h风量的喷漆室废气来进行比价，见表1。

表1 总成本比较 万元

结合比价，3种处理方法有以下几个特点：

1）纤维活性炭和蜂窝炭的总成本大致相同。因为蜂窝炭的吸附比率大，装载量较小，成本较低，性能成熟等特点，建议使用蜂窝炭进行处理。

2）转轮总成本是活性炭的2～3倍以上。投资和运行成本相对活性炭都高，但分子筛沸石则具有适应性强、低损耗以及再生容易等优点。其在乘用车领域用得较多。

2.3 废气处理整体解决方案

据以上特点，针对客车涂装车间废气，以风量的大小、浓度的高低进行分类处理；对风量减少这个核心问题进行技术性的探讨。整体解决方案用以下5点来实现：

1）晾干室与烘干室的气量小，浓度高，可直接送入RCO中，与喷漆室浓缩后的废气一起燃烧，生成CO2和H2O排出。

2）喷漆室分类处理。喷漆室根据气量和浓度来看，大致可分为3类：一类是机器人（中涂、面漆、清漆）喷漆室，特点是节奏紧凑，自动化程度高；二类是彩条和人工喷漆室（中涂、面漆、清漆）,特点是喷漆总量相对较少；三类是13.7 m大喷漆室，此类风量大，自动化程度低。

3）循环风减低风量。根据机器人喷漆室的节拍规律性和自动化程度高的特点，使机器人喷漆室的风自循环，自循环百分比大约在80%～90%，具体的百分比根据油漆VOC含量的爆炸下限确定。达到一定浓度可直接接入RCO燃烧。

4）活性炭动态吸附，静态脱附。彩条和人工喷漆室的特点可用活性炭动态吸附，达到饱和后进行切换，最终在不生产的情况下集中脱附送入RCO燃烧，节省能耗。

5）分段送排风减低风量。对于14.7 m的喷漆室可采用此方法。将客车喷漆室的送排风区域分成4个分段，有规律的控制送排风区域进行喷漆作业，如每次4个区域，每次运行一个区域，风量就能减少3/4；考虑到漆雾的互串，可同时进行两个区域的送风，工件尽量放置在中间区域，废气接入活性炭罐+RCO处理。

通过以上处理方案，相对于项目起始可研阶段的废气处理方案，每个喷漆室上转轮需要15套转轮浓缩（15个喷漆室），再加蓄热催化燃烧室体。初步估计我们的投资可直接从9 000万元（批量采购600万元一套）下降到1 800万元左右，下降幅度高达80%，通过合并蓄热催化燃烧室体可节省更多的投资成本和后期运行成本（一个转轮处理15万m3/h风量的废气一年的运行费用在54.6万元）。

3 结论

喷涂是客车的高装饰性的必然要求，废气处理达标是基本入门条件[11]。结合实际成本对比及分析，对废气处理总体方案有以下几点结论：

1）采用机器人喷漆室废气自循环的模式，可节省废气处理设备的投入，单项可节省80%～90%的资金投入。

2）采用分段送排风的模式的喷漆室，废气处理可至少节省50%（分4段，每次2段送风，保证工件的喷漆质量）。

3）整体估计节省投资80%和后期大量的运行成本。初步估计我们的投资可直接从9 000万（批量采购600万一套）下降到1 800万左右，下降幅度高达80%，通过合并蓄热催化室体可节省更多的投资成本和后期运行成本（一个转轮处理15万m3/h风量的废气一年的运行费用在54.6万元）。

4）客车涂装车间废气处理总体方案为：机器人喷漆室采用自循环+蓄热催化室体；人工喷漆室和彩条喷漆室采用活性炭吸附+蓄热催化室体（动态吸附，静态脱附）；12 m和13.7 m车型喷漆室采用分段送排风+活性炭吸附+蓄热催化室体的形式。

[1]张金妹，李恒，崔旭冉，等.浅谈汽车涂装有机废气处理方法[J].现代涂料与涂装，2015（12）：65-67.

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[3]天津市市场和质量监督管理委员会.天津市工业企业挥发性有机物排放控制标准：DB12/254-2014[S].2014：8.

[4]北京市质量技术监督局.北京市大气污染物综合排放标准：DB11/501-2007[S].2008：1.

[5]上海环境保护局.上海市大气污染物综合排放标准：DB31/933-2015[S].2015：12.

[6]陈文娣.客车制造工艺技术[M].2版.北京：人民交通出版社，2008.

[7]高海军，吴凤刚，何秋燕，等.浅谈汽车涂装废气焚烧热力回收系统技术及经济分析[J].现代涂料与涂装，2014（3）：62-65.

[8]李蓉.汽车喷漆废气VOCs处理技术应用进展[J].绿色科技，2016（18）：102-105.

[9]王锡春.涂装车间设计手册[M].北京：化学工业出版社，2013.

[10]冯立明，牛玉超，张殿平.涂装工艺与设备[M].北京：化学工业出版社，2004.

[11]许文红，王家亮.汽车涂装中几个常易忽视的问题[J].客车技术与研究，2000，22（2）：40-42.

Whole Solving Scheme of Waste Gas Treatment in Coach Coating Workshops

ZhangCongbing,Xu Chunjiang,Zhou Liangguo
（Jiangxi B-energyShangraoBus Co.,Ltd,Shangrao334000,China）

The authors introduce the major generation source ofwaste gas in coach coatingworkshop and the present common treatment methods.According to the characteristics of coach coating workshops,they combine with cost analysis,compare the cost and technical characteristics of the combination scheme with carbon fiber,honeycomb carbon,zeolite wheel adsorption method and combustion method and summarize a set of waste gas treatment scheme with econnomy,practicabilityand prescience.

coach coatingworkshop;waste gas treatment;adsorption method;combustion method

TH112；TH114

B

1006-3331（2017）06-0042-03

张聪炳(1985-)，男，硕士；工程师；主要从事基建项目工艺研究及非标设备设计与管理工作。

修改稿日期：2017-07-21