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轨道车辆涂装VOCs废气治理与在线监测技术的叙述
责任编辑:西安绿槐科技  发布时间:2021-04-16 15:04
近年来,轨道交通由于其快速、方便,并有效缓解城市交通压力的特点,得到了快速发展。但目前我国轨道交通车辆涂装还是以溶剂型涂料为主,随着需求量的不断增加,相应生产涂装过程带来的环境问题也引起了越来越多的关注,随着国家对大气污染防治的要求越来越严格,对轨道车辆涂装喷漆室、烘干室污染废气排放治理迫在眉睫。
 
 
  1 轨道交通车辆制造中产生的涂装废气特征
 
  轨道交通车辆涂装涂层包括防锈底漆、腻子、中涂漆和面漆,车辆内表面和底架下表面喷涂阻尼降噪涂料,部分列车底部喷涂防火涂料,目前涂装主要采用的仍是溶剂型涂料。其中,涂料中的溶剂组分又以苯系物( 甲苯、二甲苯较多) 、酯、醇、醚、酮为主,一般的涂料中有机溶剂占比为40%~ 60%。在喷涂工序,车辆车体每次完成一个涂层的喷涂后,都将进入喷漆室和烘干室,喷漆室和烘干室的VOCs产生量比例大约为5∶1~6∶1。
 
  喷漆室废气主要污染物为未附着至工件表面的漆雾和工件表面涂料挥发出来的VOCs。为保证喷涂后工件的表面质量,喷漆室的气流要参考我国相关设计标准,喷漆室通常采用上进下排的气流组织方式,喷涂作业区空载风速不小于0.35m/s,有载时风速不低于0.5m/s。温度条件为18~28 ℃。因此,喷漆室废气的特点是风量大、VOCs浓度低( 大约为100~500mg/m3 ) ,且含一定的雾滴( 其中漆雾不超过1mg /m3 ) 。
 
  烘干室由于要保持一定的温度,所以废气的风量不大,其组分与涂料中溶剂的组分基本一致( 醇类、酯类、醚类、酮类、苯系物等) ,由于烘干室温度相对较高,所以溶剂会在此工序中大量挥发出来,VOCs浓度一般在2500mg /m3 左右,产生的废气为VOCs中等浓度、高温型废气。
 
  2 轨道交通车辆喷涂VOCs废气在线监测设备系统

       系统介绍

      污染源挥发性有机物在线监测系统用于实时在线连续监测污染源非甲烷总烃、烟气温度、压力、流速、湿度、含氧量等相关烟气排放参数,并统计排放浓度、排放率等信息,从而对测量的数据进行有效管理。
系统的现场应用场景图如下,系统具有现场数据实时传送、远程故障诊断、报表统计和图形数据分析等功能,组网灵活,运行成本低。同时,系统采用模块化结构,组合方便,并且能够完全满足与企业内部的DCS系统和环保部门数据系统通讯的要求。

测量项目

污染物浓度、温度、压力、流速、湿度、含氧量。

测量方法

烟气采样方法:完全抽取+高温法
有机物测量方法:气相色谱法
温度测量方法:温度传感器
压力测量方法:压力传感器
流速测量方法:差压法(皮托管)或者热式流量计
湿度&含氧量测量方法:干湿氧法

执行标准

本系统的设计、制造、验收规范主要按下列标准和技术规范进行:
HJ 38-2017固定污染源废气 总烃、甲烷和非甲烷总烃的测定 气相色谱法
HJ 75-2017固定污染源烟气(SO2、NOx、颗粒物)排放连续监测技术规范
HJ 76-2017固定污染源废气非甲烷总烃连续监测系统技术要求及检测方法
HJ 1013-2018固定污染源废气非甲烷总烃连续监测系统技术要求及检测方法
HJ 212-2017污染源在线监控(监测)系统数据传输标准
国家环保总局令2号污染源自动监控管理办法
GB/T16157-1996固体污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法

系统组成

  污染源挥发性有机物在线监测系统由采样系统、预处理系统、监测系统、辅助监测系统组成。
采样系统包括采样探头和伴热管线。测量时烟气由机柜内的高温采样泵抽取,样气全程高温在120℃以上,经由采样探头、高温伴热管线、除尘过滤器后通入监测设备进行测量。
  预处理系统,由机柜、工控机、采样泵、加热盒、高温滤芯、电磁阀等构成。实现抽取、过滤、数据采集和处理等功能。烟气温度、压力、流速、湿度、浓度等数据均采集到预处理系统的工控机中进行汇总和计算,并通过预处理系统的工控机实现将数据上传,可上传至平台或者数采、企业DCS系统等。
监测系统包括在线气相色谱仪、温压流监测仪、湿度变送器、湿度&氧变送器。实现非甲烷总烃、苯系物等定制的挥发性有机物的浓度的监测,以及烟气的温度、压力、流速和湿度的监测。在线气相色谱仪,还需配备相应的标气及减压阀,用于在线气相色谱仪和全系统的量程标定。烟气温度采用铂电阻温度传感器测量;烟气的压力采用采用高精度隔离膜压力传感器测量;烟气流速采用差压变送器测量,通过测量烟气流动中的全压和静压,得到烟气的流速。湿度采用电容式测量体积绝对湿度。
  辅助系统包括氢气发生器、零气发生器、无油空气压缩机、载气,依次为气相色谱仪提供氢气、零气、载气,保证色谱仪的正常运行。



       3轨道交通车辆喷涂VOCs废气治理方案的选择
 
  车辆喷涂车间生产一般都是喷漆室和烘干室同时工作,虽然烘干室废气的浓度和温度都较高,但是由于烘干室的风量较小( 约为喷漆室的1 /8~ 1 /12) ,因此车辆喷涂车间产生的VOCs废气一般采用2个工段的废气经混合后集中处理,且废气特性基本属于低温、低浓度、大气量、易吸附的VOCs废气。基于车辆涂装生产产生的VOCs废气特征和目前我国较高的排放标准要求,如北京地区工业涂装废气排放标准要求非甲烷总烃≤50mg /m3,总VOCs处理效率≥90%。综合该治理系统的一次性投资、长期运行费用、环保达标排放等性能,车辆涂装废气治理较为合理的处理技术为“废气的吸附浓缩净化+脱附废气的高温热氧化”组合治理方案。
 
  吸附浓缩使用的吸附剂一般有分子筛和活性炭2 种,即将大风量低浓度的废气,吸附后实现达标排放,动态吸附饱和的区域,经再生气再生,气量降低若干倍,但再生气中污染物浓度则增加若干倍,从而实现系统处理能耗合理的目标。
 
  表1 为分子筛和活性炭的性能对比。
 
 
  活性炭的吸附能力较分子筛强,但随着使用时间和再生次数的增加,活性炭设备的吸附能力会明显下降。活性炭虽然在脱附再生后处理效率可以有效提高,但是在7 d 的运行周期内下降较快,很可能在最后几天出现不达标的情况,并且即使进行再生脱附,吸附效率也明显下降,一般在300d左右就必须更换。因此,为保证稳定的吸附处理效率,喷涂行业VOCs废气治理常用的吸附剂以沸石分子筛为主,同时疏水性改性沸石分子筛的应用进一步增加了其使用价值,浓缩工艺则以转轮吸附浓缩工艺为主。
 
  高浓度VOCs废气的治理方案通常为燃烧法或热氧化法。目前主流燃烧方案有催化氧化( CO) 、蓄热热氧化( RTO) 和蓄热催化氧化( RCO)。
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