造船廠有機廢氣治理改造與實踐

文_林翔 福建龍凈環保股份有限公司

隨著《深入打好重污染天氣消除、臭氧污染防治和柴油貨車污染治理攻堅戰行動方案》的提出，特別是針對臭氧污染防治攻堅戰，要求將石化、化工、涂裝、制藥、包裝印刷和油品儲運銷等作為VOCs重點減排領域，推進重點行業深度治理。船舶制造廠生產工藝流程中涉及鋼材/型鋼預處理、分段涂裝等多道涂裝工序，是涂裝行業中的污染大戶。針對船舶制造廠中不同工段產生的有機廢氣目前常用的治理方式有“預過濾+沸石轉輪+蓄熱式氧化爐”“預過濾+沸石分子篩/沸石轉輪+催化燃燒、活性炭吸附+熱空氣脫附+催化燃燒”工藝等。其中，鋼材/型鋼預處理作為船廠第一道噴涂工藝，是提高機械產品和金屬構件抗腐蝕能力的關鍵工作，在底漆預涂和烘干的過程中會產生有機廢氣。研究表明，目前上海各船舶制造廠主要以采用“活性炭吸附+催化燃燒”為主的方式去除鋼材預處理過程中產生的廢氣，設備的凈化效率可以達到90%以上。隨著環保政策不斷收緊，生產工藝的不斷改進，以及活性炭廢氣處理后勁不足的缺點的逐漸暴露，原本的治理工藝已無法滿足現在的環保要求，各大船廠開始進行廢氣治理設施的升級改造。本文以我國某船舶制造廠的鋼材預處理生產線涂裝廢氣治理設施的升級改造為例，分析現有治理設施存在的不足，提出相應的解決方案，為后續類似改造工程提供參考。

1 工程概況

該船舶廠主要生產各種成品郵輪、貨船、海工等產品，年鋼材用量約為80000t。設有單獨的鋼材/型材噴漆預處理車間，采用全自動流水線。鋼材/型材經過除銹處理后，由輥道輸送至噴漆室，采用兩把自動噴槍進行噴漆工作；噴漆完成后，進入烘干箱烘干處理，在噴漆和烘干過程中均會產生大量有機氣體。噴漆室與調漆室的廢氣統一送至有機廢氣治理設施進行處理。

改造前有機廢氣采用一層初效、兩層亞高效過濾材料組合的形式干式過濾器+活性炭吸附+催化燃燒的治理工藝。其中第一級采用G4效率的過濾材料，第二級采用F6級效率的過濾材料，第三級采用F9級效率的過濾材料。經過一段時間的運行后發現，過濾材料的的更換頻率高，炭床的處理效果明顯下降，尾氣異味越來越嚴重。打開炭床后，炭床迎風面附著一層藍色的顆粒物。

2 項目分析

2.1 漆霧預處理方案的選擇欠佳

一般來說，噴涂產生的漆霧治理主要采用裝填有數層的過濾材料的過濾器進行過濾處理。根據項目現場使用的底漆材料，主要采用溶劑型無機硅酸鋅車間底漆。該底漆主要由烷基硅酸酯、超細鋅粉、顏填料、特種助劑、固化劑等組成，其體積固體分非常低，只有25%～28%，VOCs含量高達600～660g/L，并且要求主劑細度要≤5μm。相比于傳統的環氧樹脂類油漆，硅酸鋅底漆含有超細鋅粉，因此硅酸鋅底漆噴漆廢氣中細粉塵濃度含量較高，且對最后一級過濾材料的要求較高。采用常規噴漆廢氣的預處理方式無法對超細鋅粉進行有效的過濾，會導致鋅粉逃逸至下一道廢氣處理裝置中，影響后續工序的處理效果，使廢氣處理設備無法長期連續運轉。

2.2 原設計廢氣濃度考慮與實際不符

設計廢氣濃度遠小于實際工況濃度。“活性炭吸附+催化燃燒”的工藝適用于間斷或不穩定狀態的低濃度有機廢氣的治理，要求廢氣濃度小于200mg/m3，對于中高濃度有機廢氣的治理效果持續性較差。根據現場設備前端管道廢氣濃度的檢測結果顯示，噴漆室出來的廢氣濃度根據噴涂的工件的不同存在一定的波動，其中鋼材噴涂時濃度較低約600mg/m3，型材噴涂時濃度往往偏高達到1200mg/m3，廢氣濃度較高。高濃度的有機廢氣容易導致活性炭吸附材料快速飽和，且需要更長的脫附時間。當活性炭的脫附時間保持不變，則會導致活性炭的吸附容量快速下降，導致最終的失效。

3 改造方案選型

3.1 預處理工藝選擇

改造后的工藝采用“干式過濾器+濾筒除塵器”的方案，利用DPA漆霧過濾袋初步過濾還有粘性的漆霧和大顆粒粉塵，再采用配套壓縮空氣反吹的濾筒除塵器對細顆粒進行進一步的去除，解決頻繁更換濾袋的問題，高效收集細小灰塵，保護廢氣處理設備，使廢氣處理設備能夠長時間連續運轉，并且能夠減小系統阻力，運行維護成本更加低廉。濾筒除塵器設備主要參數見表1。

表1 濾筒除塵器選型參數

3.2 VOCs治理工藝選擇

鋼材預處理屬于間歇性工作，噴漆室每日工作10h，在噴漆室作業過程中廢氣會持續穩定在高濃度（600～1200mg/m3）。廢氣成分分析報告顯示，廢氣中污染物以甲苯、二甲苯等高燃燒熱值的苯系物為主，因此改造方案采用蓄熱式燃燒爐（RTO）直接對收集的廢氣進行燃燒降解后排放。采用蓄熱陶瓷的情況下，當濃度持續600mg/m3時，RTO燃燒爐可以由高濃度廢氣維持自燃，無需補充燃料，可以實現環保達標穩定性和運行節能。

根據上述的工藝選擇方案最終確定鋼材預處理噴漆廢氣的系統流程（見圖1）。預處理線噴漆車間和調漆車間的VOCs廢氣經過干式過濾器和濾筒除塵器進行漆霧和粉塵的過濾后，直接進入RTO系統高溫燃燒凈化后達標排放。

圖1 鋼材預處理噴漆廢氣系統流程圖

4 工程特點及治理效果

該項目由于船廠使用油漆的特殊性，廢氣中粉塵濃度相比于漆霧的濃度更高，在漆霧預處理環節引入了濾筒除塵器對廢氣中細顆粒鋅粉進行有效的去除和及時的清理，減少了過濾材料的消耗，節省預處理系統人力和物力方面的投入；有效的減少進入VOCs主要治理設備中細顆粒物的含量，避免后續處理設備發生堵塞。另外，由于油漆的原料組分中含有硅酸酯類物質，為了防止硅酸酯類物質在爐膛燃燒生成的氧化硅物質堵塞蓄熱材料的孔道，采用防堵型蓄熱體材料，在爐膛內部設置Y型粉塵收集部件，對燃燒后可能產生的粉塵進行有效收集與清理，同時防止氣流反向吹掃時形成揚塵，延長設備的高效運行壽命。

經改造后，濾筒運行過程中設備壓力穩定有規律，RTO設備運行可實現自持燃燒，天然氣耗只用在RTO設備開機升溫階段。對整個廢氣處理系統的治理效果進行監測，監測結果如表2所示。根據監測結果，采用濾筒過濾器可以保證進入RTO設備的粉塵濃度低于1mg/m3的要求，經過RTO設備的凈化可以使廢氣達標排放，治理效果顯著提升。

表2 預處理噴漆廢氣監測結果表

5 結語

針對采用溶劑型無機硅酸鋅車間底漆進行噴涂作業的車間，除塵效果對其廢氣的治理結果具有一定的影響，采用“干式過濾器+濾筒除塵器”的預處理的方案不會導致濾筒糊袋，可以滿足后續處理設備對廢氣粉塵處理的要求。采用蓄熱式燃燒設備RTO進行末端處理可以在維持較低的能耗下對有機廢氣進行高效凈化。相比于“過濾+活性炭吸附+催化燃燒”的工藝，“干式過濾器+濾筒除塵器+RTO”的治理工藝更適合于造船廠鋼材預處理噴漆車間的廢氣治理。