淺談廣西某汽車涂裝車間烘干爐廢氣處理系統改造

楊建鎖

（中國汽車工業工程有限公司 天津 300113）

隨著我國工業的快速發展，在經濟持續增長的同時，關于“三廢”治理和環境保護的問題已經越來越受關注，國家和地方政府對于各行業的排放標準也日趨嚴格。在汽車制造業發展得如火如荼的今天，如何有效治理汽車工業污染也成為亟待解決的重要問題。

在汽車生產的四大工藝中，涂裝車間是產生“三廢”最多的環節，其中涂裝廢氣是涂裝“三廢”中的主要部分[1]。涂裝車間的廢氣主要來源于噴漆室、晾干室和烘干室。其中，烘干室的廢氣成分比較復雜，除了有機溶劑的揮發外，還有高溫條件下有機物的氧化分解生成物，因此烘干室的廢氣必須經過有效處理后才可以排放。目前一些大型汽車公司不僅在新建的涂裝車間配備了廢氣處理設備，對老舊的涂裝線也進行了一系列的廢氣處理改造措施，使整個生產系統滿足日益嚴格的排放標準，達到保護環境的目的。

1 課題背景

位于廣西的某大型汽車廠有一條建于1992年的涂裝生產線（簡稱A車間）。A車間包含一套電泳烘干設備和一套面漆烘干設備，均為橋式室體，采用電加熱方式，烘干爐的廢氣經過催化焚燒爐高溫氧化分解處理，并通過板式換熱器預熱烘干爐的新鮮空氣后，排放到車間外。A車間的烘干設備經過長期生產后，其廢氣催化焚燒設備已經嚴重老化，而且爐膛溫度也無法保證廢氣分解所需的760~800℃，因此排放無法達標。

公司于2011年承攬了該廠的另一新建涂裝生產線（簡稱B車間），受該廠的委托，我們對A車間的烘干爐廢氣處理系統也進行了改造。

2 總體改造方案

B車間的設計中，烘干爐廢氣通過一套新建的RTO設備進行處理。由于A車間與B車間毗鄰，因此改造方案中將這兩個車間的烘干爐廢氣管路匯總，共用一套RTO設備集中處理后進行排放。總體改造方案如圖1所示。

從圖1中可見，A、B車間共計五套烘干爐設備，每套設備的排廢氣管路均設置有排向RTO和排向大氣的切換風閥，當各烘干爐不同步生產，或者某個烘干爐出現故障時，通過風閥切換可以實現互不影響，適應性較強。

圖1 A、B 車間烘干爐廢氣處理系統方案總圖

3 A 車間烘干爐詳細改造方案及特點

3.1 詳細改造方案

針對A車間電泳烘干爐和面漆烘干爐的設備特點，制定了詳細的廢氣處理改造方案。首先，烘干爐新增一套廢氣管路系統，可實現排向RTO設備和排向大氣之間的切換；其次，保留原催化焚燒爐系統，焚燒爐入口氣體由烘干爐廢氣改為車間內補風，爐膛內的加熱溫度降低至400℃左右，用于預熱烘干爐的新鮮風，避免新鮮風進入烘干爐后產生冷凝。A車間電泳烘干爐和面漆烘干爐的詳細改造方案如圖2所示。

圖2 A 車間烘干爐詳細改造方案圖

3.2 設計參數計算

3.2.1 烘干爐的廢氣量和新風量

由于A車間烘干爐的使用時間過長，且歷經數次改造，設備的各項運行參數與最初的設計值有偏差，因此需要重新核算。A車間烘干爐的參數如表1所示。

表1 烘干爐設備參數表

電泳和面漆烘干爐每分鐘的換氣率（η）分別選取為20%和15%，由此可計算出各烘爐所需的新風量（Q）如下：

據以上計算結果，選定電泳和面漆烘干的新風量均為3000Nm3/h，廢氣量均為3500Nm3/h，使烘干爐內部形成微負壓，避免熱氣外溢。

3.2.2 新風加熱系統參數設定

新風加熱系統有兩套氣流管路：焚燒爐燃燒排氣管路和新風加熱送風管路，生產中需設定和控制各監測點的溫度值，保證設備的穩定運行。

根據烘干爐的工藝溫度可設定新鮮風送風溫度（t1）為：電泳烘爐190℃，面漆烘爐160℃；焚燒爐燃燒排氣經過換熱器后的溫度（t2）為：電泳烘爐230℃，面漆烘爐200℃。選定焚燒爐從車間內的補風量與烘干爐新風量相同，由此可簡單推算出焚燒爐膛內的溫度設定值（t3）如下：

式中：t0—車間內的空氣溫度，設為20℃。

因此，電泳烘爐和面漆烘爐的焚燒爐膛溫度由原來的760℃分別降低至400℃和340℃即可。

3.3 改造方案的特點

3.2.1 具有較強的適應性

首先，本改造方案可以方便地實現新系統與舊系統之間的切換工作。由于A車間的生產任務繁重，只能利用周末停產時間進行改造施工，因此不能影響原設備的正常生產。方案圖2中，風閥1關閉，風閥3、6打開時，可切換為新系統；反之即可切換為舊系統。其次，方案中的所有風機均為變頻風機，可根據實際生產狀況合理調節風量。另外，盡量保留了原系統中可以繼續使用的設備或部件，從而減少投資費用和改造周期。

3.2.2 可以有效節約能源

方案中第二階段將在RTO排氣管路和焚燒爐排氣管路上分別增加一套氣-水換熱裝置，熱水回用于車間工藝鍋爐，從而將排氣溫度降低至100~110℃（避免冷凝積油），有效節約能源。

4 RTO 廢氣處理設備

A、B車間各烘干爐廢氣量如表2所示。本方案中選用了一套處理量為32000Nm3/h、三蓄熱室結構的RTO廢氣處理設備。

烘干爐廢氣屬于中高濃度和高溫廢氣，適合用直接燃燒的方法進行處理。RTO利用燃燒器將廢氣加熱至760℃左右，使其中的VOC氧化分解，轉換成無害的CO2和H2O。凈化處理后的高溫氣體流經高效的陶瓷蓄熱材料，將其中的絕大部分熱量都“貯存”到蓄熱材料中，預熱新進入RTO的烘干爐廢氣，同時降低RTO的排氣溫度，熱回收效率達到95%以上，可以有效節約能源。

三室RTO最大的特點是具備反吹掃功能，其三個蓄熱室在某一時間段的作用分別為進氣室、出氣室和反吹室。反吹掃即把凈化后的空氣送入反吹室，將室內的廢氣置換為干凈空氣，以便于下一階段作為出氣室使用，因此可以有效防止室體之間功能切換時將未處理的廢氣排放到大氣中，具有非常高的處理效率。

另外，RTO設備分兩個階段運行，一階段僅處理A車間的烘干爐廢氣，總量為7000Nm3/h；二階段將處理兩個車間的廢氣，總量為32000Nm3/h，即一階段的廢氣量僅占RTO額定處理量的22%。由于RTO常用的MAXON燃燒比例調節閥SYNCHRO的調節比僅為10:1，在一階段運行時會造成爐膛到溫后實現保溫比較難，因此本方案中選用了SMARTLINKMRV高精度比例調節閥，達到38:1以上，完全滿足設備的穩定運行。

5 結語

目前的工業發展中積極倡導節能減排，這不僅是響應政府的號召，更是各行業義不容辭的責任，也是實現社會經濟可持續發展的重要環節。本次對該涂裝車間烘干爐廢氣處理系統改造后，經過兩年實際生產驗證，設備運行可靠、故障率極低，廢氣處理效率可以達到99%以上。

[1]王錫春.最新技術涂裝技術.機械工業出版社，1999.

[2]胡新意，胡國良，高長清.汽車涂裝廢氣處理技術.汽車工藝與材料，2009（4）：6-9.