循環風改造在涂裝VOCs治理中的應用與經濟性分析

許柱 茅佳俊 查浩 李寶榮

摘? 要：涂裝作為一個產生揮發性有機廢氣（VOCs）的關鍵工藝過程，廣泛存在于各行各業中，其產生的VOCs具有風量大、濃度低等特點，使得涂裝VOCs治理存在工程投資大、運行費用高等問題。循環風改造通過將部分含VOCs氣體循環利用實現廢氣的減量增濃，本文以某汽車涂裝項目為例，介紹了循環風改造在涂裝廢氣治理中的應用，并對其進行經濟性分析，以期為涂裝行業的循環風改造提供借鑒。

關鍵詞：循環風改造? 涂裝VOCs? 應用? 經濟性分析

中圖分類號：TE89? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：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

涂裝作為產生揮發性有機廢氣（VOCs）的一個重要環節，廣泛存在于汽車、船舶、家具等行業[1-2]，涂裝行業的VOCs廢氣具有廢氣量大、濃度低等顯著特點，一般需要通過吸附濃縮后進行后續處理。目前，涂裝VOCs治理中常用的吸附濃縮方式主要包括蜂窩活性炭固定床、沸石轉輪等，濃縮后一般通過蓄熱式熱力焚燒（RTO）、催化氧化（CO）等工藝進行焚毀處理。如何在源頭對涂裝廢氣進行減量增濃成為行業關注的熱點，通過循環風改造將部分廢氣回用，在降低廢氣風量的同時實現了VOCs濃度的增加，降低后續廢氣治理設備的投資和運行費用。對于循環風改造在涂裝廢氣治理中的應用及經濟性等問題還較少有文獻論述[3-5]，本文對某涂裝VOCs項目循環風改造與治理方案（方案1）進行論述，并將其與不進行循環風改造的治理方案（方案2）進行投入和運行成本等方面進行對比分析，以期為循環風改造在涂裝VOCs治理中的應用提供借鑒。

1? 項目情況介紹

某汽車涂裝廢氣治理項目，采用機器人與人工組合涂裝工藝，廢氣總產生風量480000 m3/h，其中人工噴漆段排風量300000 m3/h，機器人噴漆段排風量180000 m3/h，現有廢氣經文丘里除塵器洗滌后經排風機排入煙囪。項目中主要VOCs成分為甲苯、二甲苯等，經過現場測試和物料衡算，VOCs濃度約為150mg/m3。本項目噴漆工藝要求為冬季（每年10月下旬-次年3月中旬）溫度20～35℃、濕度65±10%，其他時間為自然溫濕度。

為降低業主廢氣治理的投資及運行費用，通過與業主溝通，并結合涂裝工況，建議業主通過循環風改造進行VOCs增濃后采用沸石轉輪+蓄熱式熱力焚燒（RTO）工藝進行廢氣治理。

2? 循環風設計思路

本項目的循環風改造思路如下：人工段和機器人段廢氣在文丘里漆霧處理裝置中會進行混合，將排出的廢氣中一部分（180000m3/h）送入循環風空調經過漆霧過濾、調溫調濕等處理后送入機器人噴漆段，另一部分廢氣（300000m3/h）送入廢氣處理裝置處理后達標排放。由于人工段和機器人段廢氣經過混合后僅有一部分進行循環，不會造成機器人段廢氣濃度無限增大，極限濃度約為240mg/m3。

本項目循環風空調主要包含預處理段（G3+F5+F7）、加熱段、送風段等功能段，項目中除需新建循環風空調外，還需將排風機至循環風空調的管道進行改造，同時需要對送風管道、噴漆房動靜壓室進行改造與相應隔斷。

3? 廢氣治理系統設計

經設計，方案1廢氣處理系統主要設備為1臺循環風空調+2臺沸石轉輪+1臺RTO，方案2廢氣處理系統主要設備為3臺沸石轉輪+1臺RTO。兩種方案系統主要設備配置情況如表1所示。

4? 經濟性分析

4.1 投入分析

如上所述，方案1需增加一臺循環風空調及相應的循環風進風與送風管道，同時需要對原有的自然風空調及送風管道進行改造，并對噴房的動靜壓室進行改造;方案2則要增加相應的預處理設備、沸石轉輪、風機等數量，同時增大RTO處理量。通過分析與核算，方案1項目投資1360萬元左右，方案2項目投資1500萬元左右，循環風改造方案可節省業主投資140萬元左右。

4.2 運行費用分析

本項目生產規律為每天生產10h，一年生產330d，設備年冷啟動（停機≥24h）10次，其他時間為熱啟動。設備運行可分為冷啟停工況、熱啟停工況、運行工況、待機工況等。方案1和方案2的詳細運行能耗分析見表2。

項目運行費用主要計算依據如下：

（1）冷啟停工況、熱啟停工況下，主風機、RTO風機降頻運行，頻率降為運行工況的1/3;

（2）待機工況下，僅RTO風機、助燃風機運行，RTO風機降頻運行，頻率降為運行工況的1/3;

（3）所有風機運行功率取為額定功率的85%;

（4）沸石轉輪設計處理效率95%，RTO設計處理效率99%;

（5）天然氣熱值8500kCal/Nm3，廢氣中代表性VOCs以二甲苯計。

通過上述運行費用對比可以看出，本項目采用循環風改造后VOCs治理每年節省運行成本110余萬元。在設備10年正常使用壽命期內，方案1能為業主節省運行費用超過千萬元。

5? 運行效果分析

該項目已于2018年底通過驗收，并于2019年底連續運行滿一年，通過一年的運行，并與該廠內另一套未進行循環風改造的涂裝VOCs治理設備進行對比，方案1一年為業主節省運行能耗100余萬元。在達標排放方面，能夠滿足非甲烷總烴排放濃度30mg/m3的排放限值，且非甲烷總烴排放濃度穩定在15mg/m3以下，很好地達到了設計指標。

6? 結語

本項目通過對涂裝廢氣循環風改造后進行治理，在確保持續達標的前提下，為業主節省了投資成本與運行費用，實現了環境效益與經濟效益的雙贏。本項目的實施也為涂裝VOCs的治理提供了新思路，在涂裝車間設計時盡量考慮機器人噴涂與循環風利用，在提高作業效率的同時，降低VOCs治理設備投資與運行費用;對于已有涂裝線進行VOCs治理時，在條件具備的情況下，盡量采取循環風改造后進行廢氣治理。

參考文獻

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