噴漆（qī）室及廢氣治理規劃的係統化思（sī）考

發布時間：2021-12-17 14 :13 瀏覽次數：

自（zì）2014年來，北京（jīng）、上海、江蘇等地響應國家號（hào）召，陸續發布了史（shǐ）上嚴（yán）的汽車製造業大（dà）氣汙染物排放地（dì）方標準，其中將關鍵排放指標——非甲烷總烴排放濃度限值，從原先（xiān）執行了十多年的《GB 16297—2004 大氣汙染（rǎn）物排放標準》中規定的150 mg/m³驟降至（zhì）20~30 mg/m³，標誌著汽車製造業正式開始環保轉型。

在（zài）法規陸續出（chū）台並完（wán）善的這5年時（shí）間裏，關於廢氣治理技術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討論分析實踐中固化。然（rán）而在這一（yī）過程中，導（dǎo）致不同工況產（chǎn）生的源頭（tóu）——生產設（shè）備，卻鮮有被提及。

本文以噴漆室為例，將（jiāng）生產設備與後續治理建立關聯，並給出規劃指（zhǐ）引。

1 漆霧分離裝置的選擇

一套完整的（de）噴漆室係統（tǒng）通常由送排風、動靜壓室、噴漆室（shì）體、漆霧分離裝置四大部分組（zǔ）成。前三者的（de）規劃設（shè）計受到節拍、產品尺寸（cùn）、噴塗（tú）形（xíng）式等因素的影響，但主體結構大同小（xiǎo）異，對於（yú）噴漆室（shì）係統而（ér）言主要的分歧集中在漆霧分離形式的選擇（zé）上。采用不同形式（shì）的漆（qī）霧分離裝置（zhì）會對一次投資、維護運營、廢氣排放（fàng）等方麵造成不同程度的影響。表1列舉了（le）目前汽車製造業主流的噴漆室漆霧分離裝置，根（gēn）據（jù）分離（lí）裝置（zhì）對漆霧顆粒捕集媒介的選擇（zé），可以簡單分為濕（shī）式和幹式兩大類。

1.1 濕式（shì）文丘裏

濕式文（wén）丘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漆霧分離形式之一，原因有以下幾（jǐ）點：

1）機械結構穩定可靠。濕式文丘裏在循環水的（de）動力（lì）提供方麵（miàn）采用了離心水泵（bèng），漆渣上浮後的刮（guā）渣環節采用了電機驅動的往複機構，除此以外再（zài）無（wú）其他（tā）可動部件。穩（wěn）定可靠的機械結構減輕了車間維修（xiū）的壓力，同時也降低了車間運維的難度。

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

3）分離效率相對穩定。穩定（dìng）的機械結構使得濕式文丘裏（lǐ）漆霧分離裝置在運行過程中的係統參數變化較小。通常隻（zhī）需要保證水量穩定、淌（tǎng）水（shuǐ）板潔淨，就可以維持初次投入時的分離效（xiào）率。有關藥劑添加及水質（zhì）維持方麵的（de）工作一般（bān）由外包專業供（gòng）應商（shāng）負責，幾乎不會影響到設備運行。

盡管濕式文丘裏有以上諸多優點，然而從整個噴漆室係統的角（jiǎo）度來（lái）看，濕式（shì）原理導致的空氣濕度上升成了當前車間選擇該形式的大阻力。當噴漆室係統采用循環風時，選擇濕式（shì）文丘裏會導致付出更多的循環風除濕能（néng）耗，即使（shǐ）噴漆室係統不（bú）采（cǎi）用循環風，較高的排風濕度仍然會給後（hòu）續沸石濃縮轉輪的治理增加難度。這也是（shì）近期行業內都在尋求可（kě）靠的幹式係統來取代濕式文丘裏的重要原因。

1.2 石灰石漆霧捕集

石灰石（shí）漆霧捕集係統在德（dé）係供應（yīng）商提供的方案中被廣泛（fàn）應用，該係（xì）統除具備（bèi）幹式係統空氣狀（zhuàng）態變（biàn）化小的優勢外，還提供了目前業（yè）內高的分離效率，在（zài）核心參數（shù）占據絕對優勢的情（qíng）況下（xià），阻礙用戶選用的主（zhǔ）要原（yuán）因集中在以下兩點（diǎn）：

1）高（gāo）昂的一次投資。石灰石（shí）漆霧捕集係統（tǒng）為核心的濾芯目（mù）前仍然依賴進口，且濾芯在使用過程中會有所損耗，一般整體更換周期為3 a，造成（chéng）了一次投資（zī）的高昂費用以（yǐ）及後續周期發（fā）生的（de）更換費用。所以通常用戶會搭配高比例的循環風來（lái）使用石灰石係統，用極低的循環風能耗來（lái）體現石灰石係統的精益性。

2）廢（fèi）石灰處理問題（tí）。目前采用石灰石係統的所有車間都將廢石灰按（àn）固廢價格外包後處理。然而，廢石灰中含有漆霧顆粒、VOC、金屬粉末等成（chéng）分，這些物質是（shì）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（bú）確定項將嚴重影響該係統的（de）可用性。

1.3 靜電漆霧捕集

靜電漆霧捕集係統在整體機電設計上較為複雜，通過靜電將漆霧吸附至電極板上，再通過清洗劑洗去電極板上的積漆，從終的分離效（xiào）果上來看能夠媲美石灰石（shí）係統，但是一次投資不（bú）占優勢，且設備維護門檻較高，雖然是一項可用的技術，但在國內的應用案例比較少。

1.4 紙（zhǐ）盒式（shì）漆霧捕集

紙盒式漆霧捕集（jí）係統近年來發（fā）展迅速，因為技術門檻較低，也造成了紙盒供應商魚龍混雜，終呈現的（de）效（xiào）果差異較大。目前使用該係統需要關注的要點如下：

1）核心紙盒的選擇。紙盒過濾的原理是（shì）采用離心碰撞捕集漆霧，所以對於（yú）紙盒本身的流道設計合理（lǐ）性要求極高。首先流道設計（jì）需要產生足夠的（de）折流以滿足碰撞（zhuàng）需（xū）求，其次（cì）還需（xū）要（yào）保證流（liú）道在捕集漆霧後不產（chǎn）生塌縮導致過早（zǎo）地堵塞，後還（hái）需要在合理的空間內設計盡可能多的漆霧堆積位置來提升容漆量。同時結合以上三點設計的紙（zhǐ）盒才能夠充分發揮出幹式係統（tǒng）運營成本低的特性。

2）紙盒（hé）後過濾的選擇。就紙（zhǐ）盒原理及現有紙盒的實際表（biǎo）現來看（kàn），單純的折流離心碰撞仍然無法獨立承擔漆霧捕集的（de）任務，終的漆霧捕集依然要借助（zhù）過濾袋完成。精度較低的過濾袋會導致漆霧透過量大，精度較高的過濾袋會導（dǎo）致濾袋堵塞快。結（jié）合紙盒本身效率來選擇搭配後續（xù）過濾（lǜ）是產（chǎn）線建成後需要（yào）持續摸索的（de）關鍵。

3）更換周期及（jí）周（zhōu）期（qī）內（nèi）的變化。紙盒（hé）係統早誕生針對（duì）的（de）是離線修補等低產能、非（fēi）連續生產（chǎn）的場合，采用紙盒係統可以減少設備占地，且（qiě）濾材更換成（chéng）本更低（dī）。在應用到整（zhěng）車流水線後首要考慮（lǜ）的因素是如何在車間生產的（de）狀（zhuàng）態下進行紙盒更換，且對噴漆室（shì）風平衡不產生影響，其次還要考（kǎo）慮（lǜ）在一個更換周期內紙盒的阻力變化，如何設（shè）置更換（huàn）周期對整個係統（tǒng）運行的影響小。

1.5 漆霧分離裝置的選擇對（duì）廢氣排（pái）放的影響

無論選用哪種形式的漆霧（wù）分離裝置，終都將產（chǎn）生漆霧捕捉媒介與過噴漆霧的混合物（wù），假設該（gāi）混合物在收集後可以做到密閉保（bǎo）存、運輸，那麽終混合物內的VOC含（hán）量就是漆霧分離裝置對噴漆係統的VOCs減量（liàng）。不同漆霧分離裝置對VOCs排放的影響（xiǎng）見表2。

VOC在終混合物中的殘留（liú）量取（qǔ）決於捕捉媒介在整個係統（tǒng）內的滯留（liú）時（shí）間。

濕（shī）式文丘裏的循環水更換頻次很低（dī），除了少量的蒸發、漆渣攜（xié）帶造成的適當補液外，循環水整體置換頻次可長達1年甚至更久（jiǔ），這導致了油漆所含VOC幾乎都在（zài）噴漆室係統中（zhōng）充分揮發，濕式文丘（qiū）裏對廢（fèi）氣減排幾乎沒（méi）有作用。

石灰石漆霧捕集裝置在使用（yòng）石灰粉捕捉漆霧顆粒後會在短時間內通過管道將廢石灰收集至密閉容器內，很大程度上（shàng）限製了過噴漆霧在噴漆室係統內的揮（huī）發。

靜電漆霧捕集係統在采用電極板吸附過噴漆霧顆粒後，為了使電極板保持清潔，滿足連續生產要求，會不斷（duàn）使用清洗劑衝洗（xǐ）電極（jí）板表麵，在這個過程中過噴漆霧會被收集至密閉罐體中，也能限製過（guò）噴漆霧的（de）揮發。

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

2 原材料揮發情況

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被忽（hū）視，卻也（yě）幾（jǐ）乎沒（méi）有被準確預估過。通常情（qíng）況（kuàng）下一個新建（jiàn）車間在正式滿產前，規劃者並不清楚終的排放（fàng）值會是多少。通過油漆材料的MSDS信息可以大（dà）致了解VOC成分所占比重，但即使準確測定了VOC在源頭的量，對於這些揮發性物質會（huì）在什麽場合以什麽速度揮發卻依然無（wú）法明確。

例如業內規劃計算階段常（cháng）常（cháng）提到的定（dìng）理：噴房揮發與烘房揮發的比例為7∶3。然而這是正確的嗎？色漆先於清漆完（wán）成噴塗對（duì）揮發比例有影響嗎？7∶3中包含清洗溶劑了嗎？色漆采用水性漆或是溶劑型漆對該比例有影響嗎？在油漆體係、噴塗設備和送風（fēng）參數不斷變化（huà）的（de）現狀下，7∶3的經驗（yàn）比例卻（què）幾乎沒做過（guò）任何修（xiū）訂（dìng）仍然作為規劃（huá）依據，這和缺少（shǎo）基礎學科的支撐和檢測儀器的支（zhī）持有關。

為了明確油漆車間（jiān）各工藝環節（jiē）的實際排（pái）放情況，本文就國內某工廠2C1B工藝全自動噴塗線（xiàn）的實際情況做（zuò）了以下實測統計。

表3統計了該（gāi）車間內所有含VOC原料的單車耗量，以及所有委外廢棄物、非生產排放物的VOC含量（liàng），終得到正常滿產期間（jiān）單車VOC排放量約為2.8 kg/h。該車間滿產節拍（pāi）為40台/h，合計總排放速率為112 kg/h。

再對該車間（jiān）所有廢氣排放口進（jìn）行實測，嚐試找出（chū）各排放口的VOC排放比例，結果見表4。

由表4可知，色漆排風、清漆+閃幹排風（fēng）這兩路噴漆室主要廢氣排放（fàng）總和達到了（le）55.13 kg/h，幾乎占了全車間（jiān）排放總值（zhí）的一半，與（yǔ）麵漆烘房的排風比例也更接（jiē）近於6∶4，與業內默（mò）認的7∶3存（cún）在差異。

至此，91官网完（wán）成了對全車間物料的統計及（jí）排口（kǒu）的測量，得到的原材料的揮發數據完整性較高，具備規劃（huá）參考意義。采用相同工藝的（de）產線可以使用以上數（shù）據通過產能折算來類（lèi）比使用，當然前提是同樣采用濕式（shì）文丘（qiū）裏漆霧分離係統，對於幹式漆霧捕集係統而言，終排放值需要根據（jù）漆霧捕集媒介的實測（cè）VOC含量做扣除使用。

3結合循環風選擇合適的治理手段

3.1 循環風與排（pái）放濃度的關係（xì）

噴漆室是否采用循環風（fēng）以及循環風比例的（de）選取，這些規劃（huá）決（jué）策對於噴漆室結構本身（shēn）影響並不太大，在項目規劃（huá）階段通常會根據自動化比（bǐ）例（lì）、供風需（xū）求、能源消耗、濾材消耗等因（yīn）素綜合考慮後（hòu）決定。近年來，隨著油漆體係逐步轉（zhuǎn）型為水（shuǐ）性漆，更高（gāo）的溫濕度要求（qiú）導（dǎo）致的空調能耗提升迫使業內（nèi）開始選擇更高的循環風比例。

然而，循環風比例對後續廢氣治理設備規劃（huá）的影響在（zài）噴漆室規（guī）劃過程中很少考慮。廢氣治理設備似乎（hū）總是在（zài）被動接受，當然這也和早（zǎo）期廢氣治理項目（mù）大多為改造項目相關，就新建產線（xiàn）而言，噴（pēn）漆室規劃應當在工藝允許的範圍內，更多地思（sī）考如何去配合廢氣治理設備，以得到雙贏的結果。

91官网繼續使用表3和表4得出的結論，假設采用2C1B工（gōng）藝後單車VOC排放量為2.8 kg/h，而（ér）噴漆室排風占總（zǒng）量（liàng）的一半，達到單車1.4 kg/h。配合產能信息及噴漆室排風量，噴漆室排放濃度與節拍、風量的關係見表5。

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

3.2 治理手段的對應（yīng）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（xià）廢氣治理設備所需具備的治理效率，見表（biǎo）6。

由表6可見，當產量較低、排風量較大時（表6左下角區域（yù）），幾乎不需要治理排放也能達（dá）標（治理效率要求0%）；當（dāng）產（chǎn）量較高、排風量較小時（表6右上角區域），治（zhì）理難度極大（治（zhì）理效率要求＞95%）。

當一個新建項目確定了產（chǎn）品尺寸、大（dà）產能以及噴塗形式後（hòu），噴漆室布局也基本確定，通過沉降風速與投影（yǐng）麵積的乘積得到的總送風量也就確定了下來（lái）。在（zài）這些前提下，想要調（diào）整排風量的（de）大小，隻能通過調整循環風比例的（de）方式（shì）來完成。循（xún）環風比例設計得越（yuè）高，廢氣濃度就越高，所需配套的治（zhì）理設備效率就（jiù）要越（yuè）高。換言之，當後續治理設備的效率無法（fǎ）提高（gāo）時，就要（yào）通過循環風比例的調整來適當增加排（pái）風量，換取較低（dī）的治理難度。

在整車製造塗裝（zhuāng）行業內（nèi）被（bèi）證明（míng）為適用的治理手段有2種：濃（nóng）縮+燃燒，直接燃燒。

“濃縮（suō）+燃燒”的設（shè）備核心為沸石濃縮（suō）轉輪和焚燒設備，焚燒設備可以選擇RTO或者TNV，不同的焚燒（shāo）設備影（yǐng）響到整體（tǐ）係（xì）統配置、餘（yú）熱利用等方麵的設計，但對於治（zhì）理效果來說區別不大。“濃縮+燃燒”的治理手段因為存在轉輪吸（xī）附效（xiào）率以及燃燒淨化效（xiào）率的串聯，其係統整體治理效（xiào）率會低於直接燃燒。沸石濃縮（suō）轉輪設備作為治理設備來說，存（cún）在運行維護難度高、運行效率（lǜ）不穩定的特點。它對於（yú）入口廢氣的狀（zhuàng）態有著嚴格的要求，溫度、濕度、濃度稍（shāo）有（yǒu）偏離就會造（zào）成整體運（yùn）行效率的下降。漆霧顆粒（lì）引起（qǐ）的轉輪堵塞案例也在業內廣泛出現，然而轉輪設備廠家卻極少對入口顆粒計數做明（míng）確量化規定。

相比較而言，直接燃燒（shāo）治理的淨化（huà）效率及運行穩定性（xìng）都遠高於“濃縮（suō）+燃燒”治理。但是（shì）我（wǒ）們通（tōng）常認為噴漆室排風具有大風量低濃度的特征，所（suǒ）以（yǐ）采用直接燃燒會消耗大量（liàng）的天然氣，通常僅用在烘幹室廢氣的治理上。

就目前業內的（de）使用（yòng）情況來看，穩定運行的情況下“濃縮+燃燒”的治理效率可以達到93%（根（gēn）據不（bú）同工況的（de）計算結果會有差異，以廠家計算數為（wéi）準（zhǔn）），而直接（jiē）燃燒的治理效率則（zé）能達到99%以（yǐ）上。結合表6來看，當所需（xū）治理效率低於93%時，我（wǒ）們可以使用“濃（nóng）縮+轉輪”的方案，當所（suǒ）需治理效率高於93%時（shí），“濃縮+轉輪”方案會無法應付高濃度的廢氣，采（cǎi）用直接燃燒治（zhì）理會（huì）更為合理。並且當條件允（yǔn）許的情況下，盡可能提升噴漆室循環比，配合直接燃燒的治理方式，既能夠降低空（kōng）調能耗、治理能耗，又可以把治理量大化，做到（dào）真正的綠色環保方案。

4 結語

行業環（huán）保近年來不斷頒布新規，更新舊規，排放相關的標準越來越嚴格、精準，同時對原材料的控製也在（zài）完善的（de）過程中。幾乎所有（yǒu）人都認（rèn）為加（jiā）強治（zhì）理、控（kòng）製源頭（tóu）是行（háng）業環保發展的兩條路徑，然而從表6的結果可以看到，假設企業在願意承擔能（néng）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會急劇降低，對治理設備投入需求也隨之下降，但終的結果卻是實際排放值的增加；假設企業希望盡可能減少能源浪費，合理控製噴漆室排風量，又會陷入排（pái）放濃度較高，治理後依然超（chāo）標的（de）風險，但（dàn）是（shì）終的排放總量卻會得到（dào）有效控製。為了在節能環保的道路上持（chí）續進步，研究設備規劃對終端治理的影響，並規（guī）範與（yǔ）排放相關的生產設備規劃原則，才是（shì）目前具挖掘空間的地方。

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