揮發(fā)性有機物(VOCs)從物理角度定義就是：在101．325kPa標(biāo)準(zhǔn)壓力下，任何初沸點低于或等于250°C的有機化合物，是臭氧和PM2．5形成的重要前體物，而臭氧和PM2．5作為環(huán)境污染的主要危險物質(zhì)，必須得到有效控制。為了打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)，國家環(huán)保部和各地方政府陸續(xù)出臺了一系列環(huán)保法規(guī)，其中北京、上海、廣東、天津、山東、江蘇、重慶和遼寧等省市已經(jīng)頒布或即將頒布針對汽車制造業(yè)VOCs排放限制的地方標(biāo)準(zhǔn)。一旦油漆車間的VOCs出現(xiàn)排放不達(dá)標(biāo)的情況，需要采取相應(yīng)的減排控制措施甚至停產(chǎn)。
一、噴房廢氣處理方案
1.1常用的廢氣處理方法介紹
油漆車間對VOC的控制方法有很多，可以通過選用低VOC含量的油漆材料新工藝從源頭減量，也可以在噴涂過程提升機器人的上漆率減少油漆使用，也可以從吸附焚燒的辦法從排放末端對VOC實現(xiàn)減量控制。幾類常用的末端VOC凈化處理方法使用范圍詳見下圖l，可以得知適合噴房廢氣的處理方法主要有兩種：一是通過焚燒將VOCs轉(zhuǎn)化為CO2和H2O；另一類是吸附吸收法，主要有活性炭吸附和沸石轉(zhuǎn)輪吸附等等。
關(guān)于吸附床載體的選擇，活性炭吸附效率高，但是受水氣影響大導(dǎo)致使用壽命短，且使用和再生過程存在一定的安全隱患；而沸石轉(zhuǎn)輪為疏水結(jié)構(gòu)，耐高溫且不可燃，在維護和保養(yǎng)良好的前提下，可以在線循環(huán)使用從而具備58年較長壽命周期的可能。關(guān)于直燃式氧化爐(T0)和蓄熱式氧化爐(RT0)的選擇，常規(guī)的三室RT0處理效率高，但是占地面積大，使用過程中可能存在蓄熱陶瓷結(jié)晶堵塞的風(fēng)險；而T0更適合小風(fēng)量的廢氣處理，性能可靠穩(wěn)定，再結(jié)合余熱回收系統(tǒng)的使用，能效比可以得到有利提升。

所以針對噴房VOCs濃度<300mg／m3，風(fēng)量>100，000m3／h的情況，采用沸石轉(zhuǎn)輪吸附+直燃式氧化的方式更加高效節(jié)能。
1.2 VOC濃縮焚燒處理系統(tǒng)介紹
1.2.1沸石吸附原理說明
沸石轉(zhuǎn)輪的基材由蜂窩狀的陶瓷纖維片組成，而作為吸附介質(zhì)的疏水性沸石采用特殊的燒結(jié)工藝覆蓋在基材表面；VOC物質(zhì)在這些基材上的吸附和解析過程基本上遵守倫納德．瓊斯(Lennard．Jorms)作用力原理(原理示意圖詳見下圖2)。

從上圖可以看出，當(dāng)兩個分子之間的間距在一定和距離時，兩者之間的相互吸引力最大。利用這個原理設(shè)計沸石內(nèi)部特殊的空隙結(jié)構(gòu)，確保當(dāng)廢氣中VOC分子通過沸石表面時被最大的吸引力吸附捕捉，當(dāng)220℃的脫附氣體將能量傳到給VOC分子時，便會掙脫倫納德．瓊斯作用力的束縛隨著解析氣體進入焚燒氧化爐，在氧化爐高溫下發(fā)生裂解反應(yīng)。
1.2.2系統(tǒng)流程示意圖介紹
把原先直排的大風(fēng)量低濃度噴房廢氣，首先經(jīng)過過濾后引入到沸石轉(zhuǎn)輪(KPR)上進行吸附并分離，沸石吸附轉(zhuǎn)輪上被劃分為三個相互隔離的分區(qū)：吸附處理區(qū)，脫附區(qū)，冷卻區(qū)；大部分廢氣通過轉(zhuǎn)輪吸附區(qū)時VOC物質(zhì)被捕捉，得以凈化；小部分廢氣通過冷卻區(qū)后被引入到換熱器進行升溫，然后到脫附區(qū)將轉(zhuǎn)輪上的VOC解析出來，一起進入直燃熱氧化爐(1Io)里焚燒得以凈化；兩路氣體最后混合后通過煙囪排出，實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。VOC濃縮焚燒處理系統(tǒng)的流程詳見下圖3。

二、 VOC濃縮焚燒處理系統(tǒng)組成介紹
VOC濃縮焚燒處理系統(tǒng)的主要組成包括：過濾單元、沸石轉(zhuǎn)輪模組，廢氣主風(fēng)機、氧化焚燒爐、廢氣風(fēng)管、消防安全系統(tǒng)和電控系統(tǒng)等，下面就主要系統(tǒng)做分別介紹：
2.1沸石轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.1.1技術(shù)方案設(shè)計
目前沸石轉(zhuǎn)輪主要依靠進口，世界范圍內(nèi)沸石技術(shù)較完善的有日本西部技研公司(Seibu Giken)和美國的蒙特公司(Munters)等等。根據(jù)前面介紹的原理，轉(zhuǎn)輪供應(yīng)商一般會依據(jù)油漆材料里面的組成來調(diào)整沸石轉(zhuǎn)輪的配方；同時整個廢氣處理的過程必須遵循VOC物料守恒原理和能量守恒原理。下圖4為某清漆噴房廢氣的技術(shù)方案，為了滿足VOC排放控制的法規(guī)，必須確保最終排放的廢氣達(dá)標(biāo)排放，且進出口的處理效率不得低于90％。

2.1.2設(shè)備參數(shù)的設(shè)定
(1)進風(fēng)的溫濕度：控制進氣溫度低于40"C、相對濕度小于95％以下；當(dāng)廢氣來自濕式文丘里時，為了控制濕度可以通過混合一部分氧化爐出來的高溫凈化氣體來降低相對濕度。
(2)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速和迎面風(fēng)速：一般迎面風(fēng)速不宜超過2m／s，轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速范圍一般為2-5圈/h；當(dāng)迎面風(fēng)速增大時，需要適當(dāng)提高轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速，兩者之間的配合最終以現(xiàn)場調(diào)試為準(zhǔn)，主要是控制最終廢氣排放濃度為控制指標(biāo)。
(3)脫附氣體和解析后氣體溫度：正常的脫附氣體溫度控制在220℃范圍左右，當(dāng)超過這個溫度時系統(tǒng)能耗增加的同時，導(dǎo)致冷卻區(qū)余溫偏高不利于后續(xù)吸附；一般會根據(jù)轉(zhuǎn)輪壓差大小用300"C的高溫脫附氣體對殘留在沸石轉(zhuǎn)輪的VOC物質(zhì)定期進行反吹洗，以保證沸石轉(zhuǎn)輪處于相對平衡穩(wěn)定的運行狀態(tài)。
(4)沸石轉(zhuǎn)輪壓差控制：我們一般通過監(jiān)控的壓差情況來預(yù)防判斷沸石轉(zhuǎn)輪是否處于正常運行，但轉(zhuǎn)輪并不是通過設(shè)計可靠的隔離結(jié)構(gòu)來明確區(qū)分三個分區(qū)，為了防止三個分區(qū)之間竄流，一般主要時精確設(shè)計沸石轉(zhuǎn)輪前后的壓差值來實現(xiàn)的。以下面的示意圖5為例：

從上圖可以看出，當(dāng)P4處于所有風(fēng)管風(fēng)壓最小位置時，確保了所有廢氣最終都是流向出口段；且解析段進出口壓差較脫附段、冷卻段的壓差為最小時，確保了脫附段和冷卻段溢流處的廢氣都能流進解析段出口，從而保證整個轉(zhuǎn)輪的廢氣密封性。
2.2過濾單元的選型
常規(guī)干式噴房廢氣過濾方案為：F7過濾袋+F9過濾袋，而濕式文丘里噴房為了攔截逃逸出的漆霧和漆渣，過濾配置需要加強為：G4無紡布／F5過濾袋+F7過濾袋+F9過濾袋，但是在長時間的高濕度環(huán)境下，通過靜電吸附方式的F9過濾袋容易快速失去過濾攔截功能。而一旦較小粒徑的漆霧顆粒穿過過濾袋進入沸石轉(zhuǎn)輪，就有可能黏附在沸石內(nèi)部造成沸石轉(zhuǎn)輪堵塞的風(fēng)險。根據(jù)實驗驗證出的優(yōu)化方案為：G4／F5自撐開過濾袋+F7過濾盒+F9過濾盒，改進后的過濾袋更換周期和轉(zhuǎn)輪前的雜質(zhì)顆粒數(shù)量都得到了明顯改善。下表6為某過濾單元配置優(yōu)化前后的效果對比：

從上圖可以看出，改進后的過濾袋更換周期較改進前：F5更換周期從0．5月／每次延長到3月／每次，F(xiàn)7更換周期從1月／每次延長到4月，每次，F(xiàn)9更換周期從3月／每次延長到4月／每次；另外通過手持式顆粒計數(shù)器統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，廢氣中雜質(zhì)顆粒從入口的110，000個／m3過濾攔截到9500個／m3，攔截漆霧效果顯著。
2.3供風(fēng)系統(tǒng)的功能介紹
供風(fēng)系統(tǒng)主要有：廢氣主風(fēng)機，風(fēng)閥及風(fēng)管等組成。
2.3.1廢氣主風(fēng)機的選型
廢氣主風(fēng)機主要為廢氣在系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)提供風(fēng)壓，一般選用防爆的不銹鋼防銹離心風(fēng)機。配備變頻器便于節(jié)能運行，并與風(fēng)壓傳感器進行連鎖調(diào)節(jié)風(fēng)管內(nèi)風(fēng)平衡；并根據(jù)需要對風(fēng)機和電機配備震動和軸溫傳感器監(jiān)測運行噪音和相關(guān)部件工作狀態(tài)，便于日常進行預(yù)防性維護保養(yǎng)。關(guān)于風(fēng)機位置的選擇，一般優(yōu)先放置在沸石轉(zhuǎn)輪之后，有利于在沸石轉(zhuǎn)輪之后形成負(fù)壓防止廢氣外溢；而當(dāng)風(fēng)機位于沸石轉(zhuǎn)輪之前時，一旦沸石轉(zhuǎn)輪出現(xiàn)堵塞會導(dǎo)致含異味外溢到環(huán)境中。優(yōu)化后的布置詳見如下圖7：

2.3.2風(fēng)閥的選型和要求
在廢氣風(fēng)管中，我們會根據(jù)不同的需要選用不同型號的風(fēng)閥，具體設(shè)計范例詳見下表1：

2.4氧化焚燒爐的功能介紹
直燃式氧化爐的組成主要包括：氧化焚燒爐，天然氣模組，廢氣進風(fēng)機和點火控制系統(tǒng)等。從沸石轉(zhuǎn)輪解析出來的高濃度廢氣首先進入直燃式氧化爐被余熱，然后在天然氣的燃燒室內(nèi)被高溫裂解氧化。為了保證充分處理VOC物質(zhì)，廢氣在直燃式氧化爐內(nèi)停留時間不得低于1s，爐膛內(nèi)焚燒溫度不得低于710度。經(jīng)高溫裂解后的廢氣中CO濃度要求低于50mg／m3，NOx低于100mg／m3。衡量直燃式氧化焚燒爐性能指標(biāo)有：其凈化效率不得低于99％，其熱利用率不得低于75％。
2.5消防安全系統(tǒng)的介紹
經(jīng)過噴房排放的VOC廢氣屬于易燃易爆類物質(zhì)，經(jīng)過的區(qū)域都屬于防火防爆控制區(qū)域，相關(guān)電氣元件選型需要防爆安全認(rèn)證，并在涉及區(qū)域內(nèi)根據(jù)需要配備必要的消防安全設(shè)施。
2.5.1消防噴淋系統(tǒng)
當(dāng)VOC濃縮焚燒系統(tǒng)布置于車間外時，根據(jù)需要在廢氣風(fēng)管和過濾單元內(nèi)配置消防噴淋設(shè)施，也包括所在的鋼平臺頂部或者屋頂區(qū)域。
當(dāng)閉式消防噴淋系統(tǒng)處于車間外部時，在冬天零度以下環(huán)境中容易發(fā)生噴淋頭被凍壞的情況，為此優(yōu)化使用一種閉式噴淋頭+干式報警閥相結(jié)合的配置方案，未有火情時，管道中充滿壓縮空氣，干式報警閥通過閉鎖隔瓣及空氣碟的構(gòu)件構(gòu)成了一個機械式的密封裝置，將閥體上腔及管道中的壓縮空氣和下腔進水完全分開，使閥瓣保持在關(guān)閉狀態(tài)。為了防止壓縮空氣泄露引發(fā)誤報警，往往會配備一個儲氣罐。其報警響應(yīng)示意如下圖8：

2.5.2其他消防設(shè)施
(1)直燃氧化爐一般配備天然氣供應(yīng)模組，并配備可燃?xì)怏w探頭，并與天然氣管道的快速切斷閥實現(xiàn)信號連鎖。
(2)針對電控間的消防，需要配備煙感探頭和一定滅火器設(shè)施，便于火災(zāi)突發(fā)的處置。
(3)廢氣焚燒系統(tǒng)入口廢氣管路安裝LEL濃度監(jiān)測和報警連鎖裝置。
(4)含有VOC物質(zhì)的廢氣風(fēng)管在穿越防火分區(qū)的墻面時，需要配備防火閥以防止火災(zāi)發(fā)生時險情的蔓延。
(5)由于VOC處理設(shè)備與噴房生產(chǎn)節(jié)奏保持一致，所以需要將其報警信號與噴房相關(guān)設(shè)備控制柜實現(xiàn)信號連鎖，并配備聲光報警裝置和應(yīng)急疏散指示系統(tǒng)便于人員撤離安全。
2.6電氣控制系統(tǒng)的介紹
出于安全設(shè)計的需要，系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中的開關(guān)機程序過程中耗時累計長達(dá)4個小時以上，一旦出現(xiàn)意外故障，整個重啟過程仍然較為繁瑣。所以在電氣結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中需要充分考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性，冗余能力等等。
(1)為了防止非安全鏈的誤報警引發(fā)的系統(tǒng)緊急停機情況發(fā)生，對各種報警信號進行分類，識別嚴(yán)重程度，優(yōu)化電氣程序并制定PFMEA設(shè)備跟蹤表。
(2)為了防止電網(wǎng)波動引發(fā)的系統(tǒng)緊急停機情況發(fā)生，對主要設(shè)備(例如氧化焚燒爐)的低壓控制回路配備電壓暫降補償器，對于大功率電機變頻器優(yōu)化選型來提高抵抗電壓波動的能力。
(3)為了防止變頻器因為意外故障導(dǎo)致的長時間停機，通過優(yōu)化功率規(guī)格，設(shè)置備用變頻器實現(xiàn)快速切換的策略來增強系統(tǒng)的應(yīng)急響應(yīng)能力。
(4)為了防止氣動風(fēng)閥的提升馬達(dá)卡死失效，外置一套電磁閥用于控制氣源，可以讓系統(tǒng)在短時間內(nèi)恢復(fù)功能；在缸體上加一套位置反饋開關(guān)，減少因氣壓波動造成的閥門位置丟失故障。
三、總結(jié)
隨著全國各地環(huán)保政策的趨嚴(yán)，各種廢氣治理設(shè)施的陸續(xù)開工和運行成為普遍。VOC濃縮焚燒技術(shù)作為汽車涂裝行業(yè)高效治理廢氣VOC的主流技術(shù)，對它優(yōu)缺點的掌握將越來越熟練。同時作為VOC末端的治理技術(shù)，也有其高能耗運行的局限性；作為未來可持續(xù)發(fā)展的突破方向，需要從排污源頭、排放過程等多個角度齊抓共管，協(xié)同發(fā)展，才能為社會創(chuàng)造更多的價值。
來源：北極星VOCs在線