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汽车涂装废气处理及优缺点对比

  
汽车涂装废气处理及优缺点对比
 
涂装车间的废气主要是油漆中含有的有机溶剂和喷涂干燥时涂膜的分解产物,统称为挥发性有机化合物(VOCs),其成分主要包括甲苯和二甲苯。这些成分对人的健康和生活环境有害,有一种臭味。长期吸入低浓度有机废气,会引起咳嗽、胸闷、哮喘甚至肺气肿等慢性呼吸道疾病,是目前公认的强致癌物。
 
一、前言
 
有机废气在光化学烟雾和酸雨的形成中起着非常重要的作用。为了降低涂装中的VOCs,开发了水性涂装和粉末涂装,但水性涂装中仍含有一定比例的有机溶剂。因此,各国都颁布了相应的法律法规来限制此类气体的排放。GB16297《大气污染综合排放标准》于1997年在我国颁布实施,限制了苯、甲苯、二甲苯等挥发性有机溶剂等33种污染物的排放。
 
近年来,随着人们环保意识的提高、环保法规的不断完善和执法力度的不断提高,汽车制造商需要在新建的涂装生产线上配置废气处理设备,旧的涂装生产线逐步辅以废气处理装置,废气经处理达标后才能排放。不同的厂家对不同的涂装废气采取了不同的方法。以下是对汽车涂装废气处理技术的初步分析和探讨。
 
根据汽车涂装生产工艺,涂装废气主要来自喷涂和干燥过程。排放的污染物主要是喷漆过程中产生的漆雾和有机溶剂,以及干燥挥发过程中产生的有机溶剂。漆雾主要来源于空气喷涂作业中溶剂漆的散落部分,其成分与所用油漆一致。有机溶剂主要来源于涂装使用过程中的溶剂和稀释剂,多为挥发性排放物,主要污染物为二甲苯、苯、甲苯等。因此,涂装过程中排放的有害废气主要来源于喷漆室、烘干室和烘干室。
 
二、汽车生产线废气处理方案
 
2.1.干燥过程有机废气处理方案:
 
电泳、中涂、面涂干燥室排出的气体属于高温高浓度废气,适合燃烧。目前,干燥过程中常用的废气处理措施包括蓄热热氧化技术、蓄热催化燃烧技术和TNV回收热燃烧系统
 
2.1.1蓄热热氧化技术
 
蓄热式燃烧炉是一种处理中低浓度挥发性有机废气的节能环保装置。适用于大风量、低浓度,有机废气浓度在100 ppm ~ 20000 ppm之间。其运行成本低,当有机废气浓度在450PPM以上时,RTO装置不需要添加辅助燃料;净化率高,两床RTO净化率可达98%以上,三床RTO净化率可达99%以上,不产生NOX等二次污染;全自动控制,操作简单;安全性高。
 
蓄热式热燃烧炉采用热氧化法处理中低浓度有机废气,采用陶瓷蓄热床换热器回收热量。它由陶瓷蓄热床、自动控制阀、燃烧室和控制系统组成。其主要特征是:蓄热床底部的自动控制阀分别与进气歧管和排气歧管连接;蓄热床通过换向阀换向,储存从燃烧室出来的高温气体的热量,预热进入蓄热床的有机废气;蓄热床采用陶瓷蓄热材料吸收和释放热量;预热到一定温度(≥760℃)的有机废气在燃烧室中燃烧,产生二氧化碳和水进行净化。典型的双床实时操作系统主要结构由一个燃烧室、两个陶瓷填充床和四个开关阀组成。装置中的蓄热式陶瓷填充床换热器能最大限度地回收热能,热回收率大于95%;有机废气用很少或不用燃料处理。
 
优点:处理大流量、低浓度有机废气时,运行成本很低。
 
缺点:一次性投资高,燃烧温度高,不适合处理高浓度有机废气,运动部件多,维护工作量大。
 
2.1.2蓄热催化燃烧技术
 
蓄热催化燃烧装置(RCO)直接应用于中高浓度(1000 mg/m3-10000 mg/m3)有机废气的净化。RCO处理技术特别适用于对热回收率要求较高的场合,也适用于同一条生产线上的不同产品导致废气成分经常变化或废气浓度波动较大的场合。特别适用于需要热能回收的企业废气处理或烘干线,烘干线可以利用能量回收,从而达到节能的目的。
 
蓄热催化燃烧处理技术是典型的气固反应,其本质是活性氧深度氧化。在催化氧化过程中,催化剂表面的吸附使反应物分子在催化剂表面富集,催化剂的活化能降低加速了氧化反应,提高了氧化反应速率。有机物在特定催化剂的作用下,在低起燃温度(250~300℃)下进行无焰氧化燃烧,氧化分解为CO2和水。并放出大量热能。
 
RCO装置主要由炉体、催化蓄热器、燃烧系统、自动控制系统、自动阀等系统组成。在工业生产过程中,排出的有机尾气通过引风机进入设备的回转阀,入口气体和出口气体被回转阀完全分离。气体经陶瓷材料层1预热后,发生蓄热换热,其温度几乎达到催化氧化催化层设定的温度,此时部分污染物被氧化分解;废气通过加热区继续升温(可采用电加热或天然气加热),并保持在设定温度;它进入催化层完成催化氧化反应,即反应产生CO2和H2O,释放大量热量达到预期的处理效果。催化氧化后的气体进入陶瓷材料层2,回收热能后通过回转阀排入大气。净化后的排气温度仅略高于废气处理前。系统连续运行,自动切换。通过转轮阀的操作,所有陶瓷填充层完成加热、冷却和净化的循环步骤,热量可以回收。
 
优点:工艺流程简单,设备紧凑,运行可靠;净化效率高,一般达到98%以上;与RTO相比,燃烧温度低;一次性投资少,运行成本低,热回收效率一般可达85%以上;整个过程无废水产生,净化过程无NOX等二次污染产生;RCO净化设备可与干燥室配合使用,净化后的气体可直接回用于干燥室,达到节能减排的目的;
 
缺点:催化燃烧装置仅适用于处理含有低沸点有机成分和低灰分的有机废气,不适用于处理含有油烟等粘性物质的废气,催化剂应中毒;处理后的有机废气浓度低于20%。
 
2.1.3 TNV回收型热燃烧系统
 
回收热燃烧系统(简称TNV)使用气体或油直接燃烧和加热含有有机溶剂的废气。在高温作用下,有机溶剂分子被氧化分解成CO2和水,产生的高温烟气通过配套的多级换热装置加热生产过程中所需的空气或热水,充分回收有机废气氧化分解过程中产生的热能,降低整个系统的能耗。因此,当生产过程中需要大量热量时,TNV系统是处理含有机溶剂废气的一种有效而理想的方法。新建涂装生产线一般采用TNV回收热燃烧系统。
 
TNV系统由三部分组成:废气预热燃烧系统、循环空气加热系统和新风换热系统。该系统中的废气燃烧集中供热装置是TNV的核心部分,由炉体、燃烧室、换热器、燃烧发动机和主烟道控制阀组成。工作过程如下:有机废气由高压头风机抽出干燥室,经废气燃烧集中供热装置内置换热器预热后,由燃烧机加热,有机废气在高温(约750℃)下氧化分解,分解后的有机废气变成CO2和水。产生的高温烟气通过炉内换热器和主烟气管道排出,排出的烟气加热干燥室内的循环空气,为干燥室提供所需的热量。系统末端设置新风换热装置,最终回收系统余热,干燥室补充的新风经烟气加热后送至干燥室。此外,主烟气管道还设有电动调节阀,用于调节装置出口烟气温度,最终排烟温度可控制在160℃左右。
 
废气燃烧集中供热装置的特点包括:有机废气在燃烧室中的停留时间为1 ~ 2s;有机废气分解率大于99%;热回收率可达76%;燃烧器出力调节比可达26∶1,最高可达40∶1。
 
缺点:处理低浓度有机废气时,运行成本较高;管式换热器只有在连续运行时才具有较长的寿命。
 
2.2、喷漆室、烘干室有机废气处理方案
 
喷漆室和烘干室排放的气体为常温下的低浓度大流量废气,污染物主要成分为芳香烃、醇醚和酯类有机溶剂。目前国外比较成熟的方法有:一是浓缩有机废气,减少待处理的有机废气总量;首先,采用吸附法(活性炭或沸石作为吸附剂)吸附低浓度常温油漆废气,并用高温气体脱附;然后,通过催化燃烧或蓄热热燃烧处理浓缩废气。
 
2.2.1活性炭吸附-脱附净化装置
 
采用蜂窝活性炭作为吸附剂,结合吸附净化、脱附蓄热、VOCs浓缩和催化燃烧的原理,将大风量、低浓度的有机废气用蜂窝活性炭吸附,达到净化空气的目的。活性炭吸附饱和时,用热空气脱附蓄热活性炭,脱附的浓缩有机物送入催化燃烧床催化燃烧,有机物被氧化成无害的CO2和H2O。燃烧后,热废气通过换热器加热冷空气,换热后的冷却气体部分排出,另一部分用于蜂窝活性炭的脱附和蓄热,达到余热利用和节能的目的。整套设备由预过滤器、吸附床、催化燃烧床、阻燃剂、相关风机、阀门等组成。
 
活性炭吸附-脱附净化装置是根据吸附和催化燃烧两个基本原理设计的,采用两个气路连续工作,一个催化燃烧室和两个吸附床交替使用。首先用活性炭吸附有机废气,达到饱和时停止吸附,然后用热气流将有机物从活性炭上脱附出来,使活性炭蓄热;脱附出来的有机物经过浓缩(浓度比原来高几倍),送到催化燃烧室催化燃烧成二氧化碳和水蒸气排放。当有机废气浓度达到2000PPm以上时,有机废气可以在催化床内保持自燃,无需外部加热。燃烧后的尾气一部分排入大气,大部分送到吸附床进行活性炭蓄热。这样可以满足燃烧和吸附所需的热能,达到节能的目的。蓄热后的可以进入下一次吸附;在脱附中,净化操作可以通过另一个吸附床进行,该吸附床适用于连续操作和间歇操作。
 
技术性能及特点:性能稳定,结构简单,安全可靠,节能省力,无二次污染。该设备占地面积小,重量轻。非常适合大风量。吸附有机废气的活性炭床被催化燃烧后的废气脱附蓄热,脱附后的气体送入催化燃烧室净化,无需外加能源,节能效果显著。缺点是活性炭使用寿命短,运行成本高。
 
2.2.2沸石转轮吸附浓缩装置
 
沸石的主要成分是:硅和铝,具有吸附能力,可以作为吸附剂;沸石转轮利用沸石对有机污染物的吸附和脱附能力,将低浓度、大风量的VOC废气通过沸石转轮浓缩转化为小风量、高浓度的气体,可以降低后端最终处理设备的运行成本。其装置特点适用于处理大流量、低浓度、多种有机成分的废气。缺点是前期投入高。
 
沸石转轮吸附净化装置是一种可以连续进行吸附和脱附操作的气体净化装置。沸石转轮两侧通过特殊的密封装置分为三个区域:吸附区、脱附(蓄热)区和冷却区。该系统的工作过程如下:沸石转轮低速连续转轮,通过吸附区、脱附(蓄热)区和冷却区循环;当低浓度、大风量的废气连续通过转轮的吸附区时,废气中的VOC被转轮的沸石吸附,吸附净化后的气体直接排出;转轮吸附的有机溶剂随着转轮的转动被送到脱附(蓄热)区,然后以小风量热空气连续通过脱附区。吸附在转轮上的VOCs在脱附区被热量脱附实现蓄热,VOC废气随热空气排出;转轮转到冷却区冷却降温后,可以再次吸附。随着转轮的不断转动,进行吸附、脱附和冷却循环,保证废气处理的连续稳定运行。
 
沸石转轮装置本质上是一个浓缩器,转轮处理后的含有机溶剂废气分为两部分:可直接排放的洁净空气和含高浓度有机溶剂的蓄热空气。可以直接排出的洁净空气可以进入涂装空调通风系统进行回收利用;高浓度挥发性有机化合物气体的浓度约为挥发性有机化合物进入系统前的10倍。浓缩气体由TNV回收热燃烧系统(或其他设备)高温燃烧,燃烧产生的热量由干燥室和沸石转轮脱附供热,充分利用达到节能减排的效果。
 
技术性能及特点:结构简单,维护方便,使用寿命长;吸收和脱附效率高,将原来高风量、低浓度的VOCs废气转化为低风量、高浓度的废气,降低后端最终处理设备的成本;沸石转轮吸附VOCs造成的压降极低,可大幅降低功耗;整个系统采用预装模块化设计,空间要求最小,提供连续无人操作模式;转轮浓缩后的废气可达到国家排放标准;吸附剂采用不燃性疏水沸石,使用更安全;缺点是一次性投入高。
 
减少涂装污染不仅是涂装技术的发展方向,也是涂装行业的责任。随着我国对环境质量要求的不断提高,挥发性有机废气的处理正在逐步开展。根据不同的特点,分析不同处理方法的处理效果和处理成本,采取切实有效的技术方法,达到排放标准,保护全球环境,创建和谐社会。

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