噴漆室及廢氣治理規（guī）劃的係統化思考

發布時間：2021-12-17 14 :13 瀏覽次數：

自2014年來，北京、上海、江蘇等地（dì）響應國家號（hào）召，陸續發布了史上嚴的汽車製（zhì）造（zào）業大氣汙染物（wù）排放地方標準，其（qí）中將關鍵（jiàn）排放指標（biāo）——非甲烷總烴排放濃度限值，從原先（xiān）執行（háng）了十多年（nián）的《GB 16297—2004 大氣汙染物排（pái）放標準》中規定的150 mg/m³驟降至20~30 mg/m³，標誌著汽車製造業正式開始環保（bǎo）轉型。

在法規陸續出台並完善的這5年時間（jiān）裏，關於廢氣治（zhì）理（lǐ）技術（shù）成為了汽車塗裝行業熱點的話題，針對不同工況下的廢氣治理辦法也在不斷（duàn）討論分析實踐中固化。然而在這（zhè）一過程中，導致不同工況（kuàng）產生的源頭——生產設備，卻鮮有被提及。

本文以噴漆室為例（lì），將生產設備與後（hòu）續治理建立關聯，並給出規劃指引。

1 漆霧分離裝置的選擇

一套完整的噴（pēn）漆室係統通常由送排風、動靜壓室、噴漆室體、漆霧分離裝置四大部（bù）分組成（chéng）。前三者的規劃設計受到節拍、產品尺寸、噴塗形式等因素（sù）的影響，但主體結構大同小異，對於噴（pēn）漆室係統而言主要的分歧集中在漆霧分離形式的選擇上。采用（yòng）不同形式的漆（qī）霧分離裝置會對一次投資、維護運營、廢氣排放等（děng）方麵造成不同（tóng）程度的影響。表1列舉了（le）目前汽車製造（zào）業主流的噴漆室漆霧分離裝置，根據分離裝置對漆霧顆粒捕（bǔ）集媒介的選擇（zé），可（kě）以簡單分為濕式和幹式兩大類。

1.1 濕式文丘裏

濕式文丘（qiū）裏用於漆霧分離在塗裝行業的應用曆史悠久，目前仍是國內主流的（de）漆霧分（fèn）離形式之一，原因有以下幾點：

1）機械結構穩定可靠。濕式文丘裏在循環水（shuǐ）的動力提（tí）供方麵采用（yòng）了離心水泵，漆渣上浮後的刮渣環節采用了電機（jī）驅動的往複（fù）機構，除此以外再無其他可動部件。穩定可靠的機械結構減輕了車間維修的壓力，同時也降低了車間運維的（de）難度（dù）。

2）製造難度低、技術門檻低。作為（wéi）目（mù）前主流形式中曆史悠久的一種，其技術核心及結構細節已經普及，門檻降低的同時也降低了一次投資的規模。

3）分離效率相對穩（wěn）定。穩定的機械結構使得濕式文丘裏漆霧分離裝置在運行過程中（zhōng）的（de）係統參數變化較小。通常（cháng）隻需要保證水量穩定、淌水板潔淨，就可以維持初次投入時的分（fèn）離效率。有關藥劑添加及水質維持方麵的（de）工作一般由外包專業供應商負（fù）責，幾乎不會影響到設（shè）備運（yùn）行。

盡管濕式（shì）文丘裏（lǐ）有以上諸多優（yōu）點，然（rán）而從（cóng）整個噴漆室係統的角度來看，濕式原理導（dǎo）致的空氣濕度（dù）上升成了當前車間（jiān）選擇該形式的大阻（zǔ）力。當噴漆室係統采用循環風時，選擇（zé）濕（shī）式文丘裏會導致付出更多的循環風除濕能耗，即使噴漆（qī）室係（xì）統（tǒng）不采用循環風，較高的（de）排風濕度仍然會給後續沸石濃（nóng）縮轉輪的治理增加（jiā）難度。這也是近期行業內都在尋求可靠的幹式係統來取代濕式文丘裏的重要原因（yīn）。

1.2 石灰石漆霧捕集

石灰石漆（qī）霧捕集（jí）係（xì）統在德係供（gòng）應商提供的方案中被廣泛應用（yòng），該係統除具備幹（gàn）式係統空氣狀態變（biàn）化小的優勢外，還（hái）提供了目前業內高的分離（lí）效率，在核心參數占據絕（jué）對（duì）優勢的情況下，阻礙用戶（hù）選用的主要原因集中在以下兩點：

1）高昂的一次投資。石灰石漆霧捕集係統為核心的濾芯目前仍然（rán）依賴進（jìn）口，且濾芯在使用過程中會有所損耗，一般整體更（gèng）換（huàn）周期為3 a，造（zào）成了一（yī）次投資的高昂費用以及後續周期發生的（de）更（gèng）換費用。所以通常用戶會搭（dā）配高比例的循環風來使用石（shí）灰石係統（tǒng），用極低的循環（huán）風能耗來體現石灰石係統的精（jīng）益性。

2）廢石灰處理問題。目前采用石灰石係統的所有車間都將廢石灰按固廢價格外包後處理。然而，廢石（shí）灰中含有漆霧顆粒（lì）、VOC、金屬粉（fěn）末等成分，這些物質是否會使廢石灰在（zài）日益收緊的環保政策下重新定義為危廢，這個不確定項將（jiāng）嚴重影響該係統的可用性（xìng）。

1.3 靜電漆霧捕集

靜電漆霧捕集係統（tǒng）在整體（tǐ）機電設計上較為複（fù）雜，通過靜電將漆霧吸附至電極板上（shàng），再通過清洗劑洗（xǐ）去電極板上（shàng）的積漆，從（cóng）終的分離效果上來看能夠媲美石灰石係（xì）統，但是一次投資不占優勢，且設備維護（hù）門檻較高，雖然（rán）是一項可用的技術，但在國內的應用案例比較（jiào）少。

1.4 紙（zhǐ）盒式漆霧捕集

紙盒式漆霧捕（bǔ）集係統近年來發展迅速，因為技術門檻較低，也造（zào）成了紙（zhǐ）盒供（gòng）應商魚龍混雜，終呈現的效果差（chà）異較大。目前使用該係統需要關注的要（yào）點如下：

1）核心紙盒的（de）選擇。紙盒過濾的原理是采用離心碰撞捕集漆霧，所以對於紙盒本身的流道設計合理性要求極高。首先流道設計（jì）需要產生（shēng）足夠的（de）折流以滿（mǎn）足碰撞需求，其次（cì）還需要保證流道在捕集漆霧後不產生塌縮導（dǎo）致過早（zǎo）地堵塞（sāi），後還（hái）需（xū）要在合理的空間內設計盡可能多的（de）漆（qī）霧堆積位置來（lái）提升（shēng）容漆量。同時結合以（yǐ）上三點設（shè）計的紙盒才能夠充分發揮（huī）出（chū）幹式係統運營成本低的特性。

2）紙盒後（hòu）過濾的選（xuǎn）擇。就紙盒原理及（jí）現有紙（zhǐ）盒的實際表（biǎo）現（xiàn）來看，單純的折流離心碰（pèng）撞仍然（rán）無法獨立（lì）承擔漆霧（wù）捕集的任務，終的（de）漆霧捕集依然（rán）要借助過濾袋完成。精度較低（dī）的過濾袋會導致漆霧透過量大，精度較高的過濾袋會導致濾袋（dài）堵塞快。結（jié）合（hé）紙盒本身效率來選擇搭配後續過濾是（shì）產線建成後（hòu）需要持續摸索的關鍵。

3）更換周期（qī）及周期內的變（biàn）化。紙盒係統早誕生針對的是離線修補等低產能、非連續生產的（de）場合，采用（yòng）紙盒係（xì）統（tǒng）可以減少（shǎo）設備占地，且濾（lǜ）材更換成本更低。在應用到整車流水線後首要考慮的因素（sù）是如何在車間生產的狀態下進行紙盒更換，且對噴漆室風（fēng）平衡不（bú）產（chǎn）生影響（xiǎng），其次（cì）還要考慮在一個更換周期內紙盒的阻力變化，如（rú）何設（shè）置更換周期對整（zhěng）個係統運行的影響小。

1.5 漆霧分離裝置的選擇對廢氣排放的影響

無（wú）論選用哪種（zhǒng）形（xíng）式的漆霧分離裝置，終都將產生漆霧捕捉媒介與過噴（pēn）漆霧（wù）的混合物，假設該混合物在收集後可（kě）以做到密閉保存、運輸，那麽終（zhōng）混合物內的VOC含量就是漆霧分離裝置對噴漆（qī）係統的VOCs減（jiǎn）量。不同漆霧分離裝置對VOCs排放的影響見表2。

VOC在終混合物中的殘留量取決（jué）於捕捉媒介在整個係統內的滯留時間。

濕式文丘裏的循環（huán）水更換頻次很低，除了少量的蒸發、漆渣攜帶造成的適當補（bǔ）液外，循環水整體（tǐ）置換（huàn）頻次可長達1年甚至更久，這導（dǎo）致了油漆所含（hán）VOC幾乎都在噴漆室係統中充分揮發，濕式文丘裏對廢氣減排幾乎沒有（yǒu）作用（yòng）。

石灰石（shí）漆霧捕集裝置在使用石灰粉捕捉漆（qī）霧顆粒後會在短時間內（nèi）通過管道將廢（fèi）石灰收集（jí）至密閉容器內，很大程度上限製了過噴漆霧在（zài）噴漆室（shì）係統內的揮發。

靜電漆霧捕集係（xì）統在采用電極板吸附過噴漆霧顆粒後，為了使電極板保持（chí）清潔，滿足連續生產要求（qiú），會不斷使用清洗（xǐ）劑衝洗電極板表麵，在這個（gè）過程中（zhōng）過（guò）噴（pēn）漆霧會被（bèi）收（shōu）集至密閉罐體中，也能限製過噴漆（qī）霧的揮發。

紙盒式漆霧捕集裝置受到產能、噴塗（tú）量以及紙盒本（běn）身容（róng）漆量的影響，紙盒更換周期從3 d至7 d不等，更換頻（pín）次越高對生產運維壓力越大，但卻有助於減少揮發（fā）。

2 原材料揮發情（qíng）況

在實際規劃廢氣（qì）治理（lǐ）設備時，原材料的揮發情況雖然未（wèi）被忽視，卻也幾乎沒有被準確預估過。通常情況下一個新建車間在正式滿（mǎn）產前，規劃者並不清楚終（zhōng）的排放值會是多少。通過油漆材料的MSDS信息（xī）可以大致了（le）解（jiě）VOC成分所占比（bǐ）重，但即使準確測定了VOC在源頭的量，對於這些揮發性（xìng）物質會在什麽場合以什麽速度揮發卻依然無法明確。

例如業內規劃計算階段常常提到的定理：噴房揮發與烘房揮發的比例為（wéi）7∶3。然而這是正確的嗎？色漆先於清漆完成噴塗對（duì）揮發比例有影響（xiǎng）嗎？7∶3中包含清洗溶劑了嗎？色漆采用水性漆（qī）或是溶劑型漆對該（gāi）比例有影響（xiǎng）嗎？在油漆體係、噴塗設備和送風參數不斷變（biàn）化的現狀下，7∶3的經驗比例卻幾乎沒做過任何修訂仍然作（zuò）為規劃依據，這和（hé）缺少基礎學科（kē）的支撐和（hé）檢測儀器的支持有關。

為了（le）明確油漆車間各工藝環節的實際排放情（qíng）況，本文就國內某工（gōng）廠2C1B工藝全自動噴塗線的實際情況做了以下實測統計。

表3統計（jì）了該車間內所有含VOC原（yuán）料的單車耗量，以（yǐ）及所有委外廢棄物、非生產排放物的VOC含量，終得到正常滿產期間單車VOC排放量約為2.8 kg/h。該車間滿（mǎn）產節拍為40台/h，合計總排放速率為112 kg/h。

再對（duì）該車間所有廢氣排放（fàng）口進行實測（cè），嚐試（shì）找出各排放口的VOC排放比例，結果見表4。

由表（biǎo）4可知，色漆排風、清漆+閃（shǎn）幹排風（fēng）這兩路噴漆室主要廢氣排放總和達到了55.13 kg/h，幾（jǐ）乎占了全車間排放總值的一半，與麵漆烘房的排風比例也更接近於6∶4，與業內默認的7∶3存在差異。

至此，国产一区视频完成（chéng）了（le）對全車間物料的統計及排口的測（cè）量，得到的原材料的揮發數據完整性（xìng）較高，具備規（guī）劃參考意義。采用相（xiàng）同（tóng）工（gōng）藝的產（chǎn）線可（kě）以使用（yòng）以上數據通（tōng）過產能折算來類比使用，當然前提是同樣采用濕式文丘裏漆霧分（fèn）離係統，對於幹式（shì）漆（qī）霧（wù）捕集係統而言，終排放值需要根據漆霧捕集（jí）媒介的實（shí）測VOC含量（liàng）做（zuò）扣除使用。

3結合循環風選擇合適（shì）的治理手段

3.1 循環風與排放濃度的（de）關係

噴漆室是否（fǒu）采用循環風以及循環風比例的選取（qǔ），這些規劃決策對於噴漆室結構本身影響並不太大，在項目規劃階段（duàn）通常會根（gēn）據自（zì）動化比例、供（gòng）風需求（qiú）、能源消耗、濾（lǜ）材消耗等因素綜合（hé）考慮後決定。近年來，隨著油漆體係逐步轉型為水性漆，更高的溫濕度要求導致的空調能耗提升迫使業內開始選擇更高（gāo）的循環風比例。

然而，循環風比例對（duì）後續廢氣（qì）治理設備規劃的影響在噴（pēn）漆室規劃過程中（zhōng）很少考慮（lǜ）。廢氣治理（lǐ）設備似乎總是在被動接受，當（dāng）然這也和早期廢氣治理項目大多為改造項目相關，就新建產線而言，噴漆室規劃應當在工藝允許的（de）範圍內，更多地思考如何去配合廢（fèi）氣治理（lǐ）設備，以（yǐ）得到雙贏的結果（guǒ）。

国产一区视频（men）繼續使用（yòng）表3和表4得出的結論，假設（shè）采用2C1B工藝（yì）後單車VOC排放量為2.8 kg/h，而噴漆室排風占總量的（de）一半，達到單車1.4 kg/h。配合產能信息及噴漆（qī）室排風量（liàng），噴漆室排放濃度與節拍（pāi）、風量的關係見表5。

由表5可知（zhī），終噴（pēn）漆室（shì）排廢氣的濃度與生（shēng）產節拍成正比，與噴漆室排（pái）風（fēng）量成反比。

3.2 治理手段的對應選擇

將排放濃度與30 mg/m³的排放指標掛鉤後，可以得到不同工況下廢氣治理設備（bèi）所需具備的治理效率（lǜ），見表6。

由表6可見，當產量較（jiào）低、排（pái）風量較大時（表6左下角區域），幾乎不需要治理排放也能達標（治理效（xiào）率要求0%）；當產量較高、排風（fēng）量較（jiào）小時（表6右上角區域），治理（lǐ）難度極大（治理效率要求＞95%）。

當一個新建項目確定了產品尺寸、大（dà）產能以及噴塗形（xíng）式後，噴漆室（shì）布局也基本（běn）確定，通過沉降風速與投影麵積的乘積得到的總送風量也就確定了下來。在這些前（qián）提下，想要（yào）調整排風量的大小（xiǎo），隻能通過調整循環（huán）風比例（lì）的方式來完成。循環風比例設（shè）計得越高，廢氣濃度就（jiù）越高，所需配套（tào）的治理設備（bèi）效率就要越（yuè）高。換言之，當（dāng）後續治理設備的效率無法提高時，就要通過循環風比例的調（diào）整來適當增加排風量，換取較低的治（zhì）理難（nán）度。

在整車製造塗裝行（háng）業內被證明為適用的治（zhì）理手段有2種：濃縮+燃燒，直接燃（rán）燒。

“濃縮+燃燒”的設備核心為沸石濃縮轉輪和焚燒設備（bèi），焚燒設備（bèi）可以選擇RTO或者TNV，不（bú）同的（de）焚燒設備影響到整體係（xì）統配置、餘熱利用等方麵的設計，但對於治理效果來說區別不大。“濃縮+燃燒”的治理（lǐ）手段因為存在轉輪吸附效率以及燃燒淨化效率的串聯，其係統（tǒng）整體治理效率會低於直接燃燒。沸石濃（nóng）縮轉輪設備（bèi）作為（wéi）治理設備來說，存（cún）在運行維護難度高、運行效率不穩定的特點。它（tā）對於入口廢氣的（de）狀態有著嚴格的要求，溫度、濕度、濃度稍（shāo）有偏離就會造成整（zhěng）體運（yùn）行（háng）效率的下降。漆霧顆粒引起（qǐ）的轉輪堵塞案例也在業內廣泛出現，然而轉輪設備廠（chǎng）家卻極少對入口顆粒（lì）計數做明確量化規定。

相比較而言，直接燃燒治理的淨化效率及運行（háng）穩定性都遠高於“濃縮+燃（rán）燒”治理。但是国产一区视频通常認為噴（pēn）漆室排風具（jù）有大風量低（dī）濃度的特征，所以采用直接燃燒會消耗大（dà）量的天然氣，通常僅（jǐn）用（yòng）在烘幹室廢氣的治理上。

就目前業內的使用情況來看，穩定運行的情（qíng）況下“濃縮+燃燒”的治理（lǐ）效率可以（yǐ）達到93%（根據不同工況的計（jì）算結果會（huì）有差異，以廠家計算（suàn）數為準），而直接燃燒的治理效率則能達到99%以上。結（jié）合表6來看，當所需治理效率低於93%時，国产一区视频可以使用“濃縮+轉輪”的方案，當（dāng）所需治理效率高於93%時（shí），“濃縮+轉輪”方案會無法應付（fù）高濃度（dù）的廢氣（qì），采用直（zhí）接燃燒治理會更為合理。並且當條件允許（xǔ）的情況（kuàng）下（xià），盡可能（néng）提升（shēng）噴漆（qī）室循環（huán）比，配合直（zhí）接燃（rán）燒的治理方式，既能夠（gòu）降低空調能耗、治理能耗，又（yòu）可（kě）以把治理（lǐ）量大化，做到真（zhēn）正的綠色（sè）環保方案。

4 結語

行業環保近年（nián）來（lái）不斷頒（bān）布新規，更（gèng）新（xīn）舊規，排放（fàng）相關的標準越來（lái）越嚴格、精準，同時對原材料的控製也在完善（shàn）的過程中。幾乎（hū）所有人都認為加強治理、控（kòng）製源頭是行業環保發展的（de）兩條路徑（jìng），然而從表（biǎo）6的結果（guǒ）可以看到，假設企業在願（yuàn）意承擔能耗費用的情況下，刻意選擇大風量全新風的（de）規劃理念，那麽排放的濃度值將（jiāng）會急劇降低，對治（zhì）理設備投入需求也隨之下降，但（dàn）終的結果卻是實際排放值的增（zēng）加；假設企業希望盡可能減少能（néng）源浪費，合理控製噴漆室排風量，又會陷入排（pái）放（fàng）濃度較高，治理後依然超標的（de）風險，但是終的排放總量卻會得到有效控製。為了在節（jiē）能環保的道路上持續進步，研究設備規劃對（duì）終端治理的影響，並規範與排放相關的生產（chǎn）設備規（guī）劃原（yuán）則，才是目前具挖掘空間的地方。

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