對增設沸石轉輪吸附濃縮+蓄熱式焚燒爐和由目前的溶劑型涂料升級為水性涂料這兩種發動機涂裝線揮發性有機化合物(VOCs)廢氣治理技術方案的策劃進行了可行性分析和成本對比。指出了采用水性涂料的優勢。
筆者所在公司的發動機涂裝線廢氣排放目前執行GB 16297–1996《大氣污染物綜合排放標準》。隨著國家對環境治理的決心及長三角區域、長江流域等地區環保升級要求，現有發動機涂裝線廢氣的排放雖滿足國家標準，但后續依然存在不能達標排放的高風險。基于風險的考慮，需對現有發動機涂裝線VOCs(揮發性有機化合物)廢氣環保治理進行升級改造。結合現場實際情況，升級改造可能從以下2個方面進行：
(1) 末端廢氣采用沸石轉輪吸附濃縮 + 蓄熱式焚燒爐RTO)處理。
(2) 從目前的溶劑型涂料向水性涂料升級。
1 沸石轉輪吸附濃縮+RTO處理
1.1 原理及優勢
沸石轉輪濃縮吸附裝置是利用“吸附─脫附─濃縮”三項連續變溫的吸、脫附程序，使低濃度、大風量有機廢氣濃縮為高濃度、小流量的濃縮氣體，特別適合處理大流量、低濃度、含多種有機成分的廢氣。通過轉輪的旋轉，可在轉輪上同時完成氣體的脫附和轉輪的再生過程。進入濃縮轉輪的有機廢氣在常溫下被轉輪吸附區吸附凈化后直接排放至大氣，接著因轉輪的轉動而進入脫附區，吸附了有機物質的轉輪在此區內脫附，吸附在轉輪上的有機物被分離、脫附后進入RTO系統進行焚燒，焚燒產生的熱量供脫附區使用。如此循環工作，如圖1所示。其特點與優勢如下：
(1) 吸、脫附效率高，使原本高風量、低濃度的VOCs廢氣轉變成低風量、高濃度的廢氣，降低了末端處理設備的成本。
(2) 沸石轉輪吸附VOCs 所產生的壓降極低，可大大減少電力能耗。
(3) 濃縮倍數達到5~20 倍，大大縮小了后處理設備的規格，令運行成本降低。
(4) 整個系統采用模塊化設計，可提供持續性及無人化的操控模式。
(5) 經過轉輪吸附凈化后的廢氣可達到國家排放標準。
1.2 初步方案策劃
1.2.1 噴漆房相關參數
發動機涂裝線需要處理的廢氣源包括1 個底漆噴漆房和1個面漆噴漆房。噴漆房為上送風、下抽風的結構形式，底部設有水旋過濾裝置。每個噴漆房內設置兩段，其中一段為機器人自動噴涂(2個工位)，另外一段為人工補漆噴涂(1 個工位)。目前噴漆房的水旋過濾裝置的漆霧凈化效率不高，排風量72000m3/h，風壓200Pa，廢氣排放口末端仍然有較多的漆霧。
1.2.2 相關設計參數
根據油漆相關資料進行分析，原漆和稀釋劑的配比為10∶3。而根據油漆的MSDS(材料安全數據表)可知，底漆的原漆中有機溶劑占比大約18%，其主要組分為二甲苯和正丁醇;面漆原漆中的有機溶劑占比大約25%，其主要組分為二甲苯和醋酸丁酯。按照噴漆過程中有機溶劑的揮發量占總量的75%，噴房的廢氣收集效率為90%，單個噴房瞬時2 臺機器人和1 個人工工位同時作業的情況進行核算，瞬時VOCs*高產生量大約為200 mg/m3。
處理方案需按照風量為144000m3/h，VOCs小于200 mg/m3，廢氣的成分為二甲苯、正丁醇、醋酸丁酯等進行設計。
1.2.3 執行標準
按照《上海市汽車制造業(涂裝)大氣污染物排放標準》(DB 31/933–2015)及相關排氣筒設計要求，非甲烷總烴低于30mg/m3，排氣筒設計高度20m，相關要求見表1。
1.2.4 初步設計方案
發動機涂裝線末端廢氣處理項目具有風量大、濃度低的特點，同時含有較多的油漆顆粒物，而各種廢氣處理工藝各有利弊。根據現場實際工況及設備廠家的實際工程項目經驗，綜合考慮處理效果、占地面積、投資額、運行費用、操作維護等各方面因素，選用如下整體方案：水洗塔 + 三級干式過濾 + 沸石轉輪 + 旋轉RTO+風機。方案中，設備廠家設計將2個噴漆房的廢氣收集到一起進行處理，整套系統使用1 個轉輪系統進行濃縮，同時在各個噴漆房的排風口處設置風量調節閥，便于平衡各個噴房的風量，而末端主風機采用變頻控制，可根據各個噴漆房的運行情況進行調整。沸石轉輪設計濃縮倍數為15~20倍，設計處理效率大于92%。旋轉RTO的設計處理風量為7500Nm3/h。
1.2.5 預估成本及年維護費用
預計設備成本大于400萬元，年維護成本約100萬元。
2 溶劑型涂料向水性涂料升級
在溶劑型涂料噴涂過程中，過噴漆霧落入水池中會導致用于吸收過噴漆霧的循環水渾濁，水質發臭，漆渣沉淀多，常有堵塞設備的問題，影響生產的正常進行，需耗費大量人力物力來進行處理，增加了廢水處理成本，而且水池的清理清潔比較困難。隨著環保法規的日益嚴格，噴漆廢水由于污染值高，有毒，且難以降解，不能直接排放。隨著噴涂技術的迅速發展，以及人們對健康環保的更高要求，近年來興起了水性涂料代替溶劑型涂料的潮流。水性涂料以其幾乎不含有機溶劑的特性，在幾個重要指標方面相對于溶劑型涂料具有壓倒性的優勢。
(1) 不含有機溶劑，以水為溶劑，因而不易燃易爆，大大減少了涂裝車間的火災隱患。
(2) 大幅度減少了車間內的有害氣體，不再危害工人健康。
(3) 幾乎不對外排放有毒的VOCs，大幅度減輕了空氣污染，并減少(或直接免除)了工廠的廢氣處理投資。
(4) 漆渣無毒害，減輕對土壤的污染，并降低企業的固廢處理成本。
2.1 生產線工藝的可行性分析
目前涂裝生產線的工藝流程如圖2所示。
2.1.1 前處理
切換水性涂料后需注意工件表面油脂的清洗，目前生產現場基本能滿足要求，但需注意局部污染。
2.1.2 干燥過程
水性涂料烘烤前，需預留表干時間。以目前預留段鏈速及距離計算，表干時間足夠。
2.1.3 輸調漆系統
輸調漆系統分為底漆和面漆循環線，項目設計之時預留了水性涂料輸調漆功能，參數需摸索。
2.1.4 涂裝線配套設施
在半開放式發動機涂裝線中，水性涂料對鍍鋅板等材質的腐蝕影響較小。
2.1.5 其他
水性涂料與溶劑型涂料的特性有一定區別，涂裝工人的噴涂技巧及機器人的噴涂參數都需摸索。
2.2 產品的主要技術指標
采用雙組分水性環氧底漆 +“濕碰濕”+ 水性聚氨酯面漆，按照表2所述性能及相關標準進行檢測。
2.3 施工要求
與溶劑型涂料相比，水性涂料的施工窗口窄，對施工應用環境的溫度、濕度控制要求較高。涂裝環境溫度(23±2) °C，相對濕度(55±10)%的標準施工條件對獲得高品質的漆膜外觀，控制流掛等漆膜弊病而言至關重要。濕膜閃干、預烘烤及烘烤條件對漆膜外觀的影響也較大。
2.4 設備要求
2.4.1 噴漆房
水性涂料的漆霧中含有大量的純水和少量助劑，會直接腐蝕噴漆室內的結構件，因此要求這些結構件為不銹鋼材質。
2.4.2 空調系統
空調系統需具備制冷和除濕功能。
2.4.3 水性涂料的特殊閃干
油漆噴涂完成后需有10~15min的閃干時間，之后再進入烘干室。
2.4.4 噴涂機器人
靜電噴涂對機器人要求較高，但本線采用空氣噴槍，對機器人無特殊要求。
2.4.5 輸調漆系統
水性涂料需在5~30°C下儲存，調漆間需要具備恒溫恒濕的條件，以防止涂料結冰或過熱，保證涂料的穩定性，調漆罐、管道等應使用不銹鋼材質。
2.5 小結
發動機涂裝線除機器人、輸調漆系統需現場摸索施工參數外，前處理、噴涂、干燥等工藝均適合切換為水性涂料。若人工噴涂，直接采用現有的經典配套切換至水性涂料(水性底漆 + 水性面漆)，基本無客觀風險。
3 兩種改造方案的對比分析
現有生產線溶劑型涂料與水性涂料耗量及綜合成本對比分析見表3。
總結：環保高壓政策之下，生產企業采用環保水性涂料進行涂裝的話，綜合成本更低，安全管理、生產管理等更省心省力。
隨著環保管控的持續收緊，以及企業對成本降低的持續追求，綜合發動機涂裝車間現有工藝、設備等情況，VOCs廢氣治理方向可傾向于由溶劑型涂料向水性涂料的升級方案。該方案可以帶來不少益處。
(1) 社會效益：采用低VOCs的水性涂料順應了及地方政府對大氣污染進行管控的環保法規，符合國家和地方環保政策，為地方VOCs治理起到*帶頭作用，可向市、區財政及申請改造補貼及減稅(如環保稅)、免稅等政策。
(2) 經濟效益：根據國家環保法規及工廠所在地馬鞍山市地方政府的環保政策，要達到VOCs排放的嚴苛標準必須使用水性涂料涂裝，其綜合成本低于溶劑型涂料，企業經濟效益突出。
(3) 品牌效益：“綠色、環保、安全”貫徹于企業及產品的所有環節，既體現企業的社會責任，又為廣大客戶提供有環保附加值的產品和服務，品牌形象進一步提升。
在實施時僅需重點考慮以下問題：
(1) 現場設備需符合水性涂料噴涂要求，否則要進行改造，且要綜合考慮改造成本。
(2) 水性涂料開發選型需滿足漆膜的技術指標要求。
(3) 設備升級改造的周期及對生產的影響。（來源:《電鍍與涂飾》 作者:萬陽 于建新等）
