喷漆房间废气处理之低温等离子燃烧技术方案

    对低温等离子体技术应用于涂装废气处理方面的研究工作做了介绍,并对验证数据进行了分析。经过低温等离子燃烧处理后排出的涂装废气无明显气味,其芳香烃类、氮化物、硫化物的含量明显低于国家GB16297―1996《大气污染物综合排放标准》中的二级排放标准,PM2.5含量6μg/m3,运用此项技术基本做到了涂装喷漆间废气的"零"排放。
    
    1引言
    
    在国家构筑低碳节能、绿色环保的新型社会环境建设情况下，汽车涂装喷漆间废气的挥发性有机物(VOCs)处理显得尤为重要。挥发性有机化合物(VOCs)是指室温下饱和蒸汽压力≥70.9Pa且沸点在260℃以下的有机化合物，按化学结构可分为8大类:烷类、芳烃类、烯类、卤烯类、酯类、酯类、醛类、酮类和其他[1]。VOCs是强挥发性、有特殊气味刺激性、有毒的有机气体，是重要的大气污染物。不仅是汽车行业排出的主要大气污染物，而且在石油、化工、制药、印刷、建材等行业内也是zui常见的大气污染物，在国家推行绿色可持续发展战略过程中，是重点治理的污染物之一。在控制大气污染物的过程中，传统的方法有高空稀释法、活性炭吸附法、蓄热式焚烧系统(RTO)高温裂解焚烧法，以及现在比较新型的吸附浓缩+热回收式焚烧系统(TNV)焚烧法等。这些方法都存在一定的缺陷，如高温裂解不仅需要消耗大量的天然气，而且在处理低浓度有机废气方面存在一定的局限性，活性炭吸附容易产生二次污染等问题。在研究和对比这些方法的优缺点后，目前提出了一种的VOCs处理技术，即低温等离子双介质阻挡放电(DBD)废气焚烧技术。运用此项技术处理废气，尤其是在处理喷漆、烘干废气方面有一定的优势，能耗低、不产生二次污染物，燃烧产物无害低毒，主要为水和二氧化碳等，排出的气体中无刺激气味气体。
    
    2涂装工艺中的VOCs
    
    
    
    涂装标准工艺流程可见图1所示。从工艺流程中可以看出，大量的VOCs产生在喷涂段和烘烤段，而电泳段仅产生少量的VOCs。调查数据显示[2]：在汽车涂装的整个工艺过程中，VOCs排放源主要集中在电泳、烘烤、喷涂工位，喷涂系统VOCs排放占总排放的85%，其中有17%~20%的VOCs排放产生在烘烤过程中。可见，VOCs处理的主要对象是针对喷涂及烘烤过程中产生的VOCs。
    
    现在对喷漆废气和烘干废气主要采用的是RTO焚烧加高空排放的处理方式，往往不能收到理想的效果。排放的废气中由于存在未*燃烧的小分子，造成排放废气有一定的气味而引起排放点周边的空气污染，所以非常需要有一种既能够处理VOCs又能够消减废气中的气味达到良好处理效果的废气处理技术。
    
    2.1喷漆间废气标准
    
    喷漆间中要求风速为0.2～0.25m/s，因此为保证通风的要求，喷漆间中的风量需求大约为(1.7～2)×106m3/h，而喷漆间排气的主要成分为在喷涂过程中挥发的有机溶剂(主要成分为芳烃、醇醚、酯类等)。由于喷漆间需求的风量大，造成排出的有机废气中VOCs的含量较低，约为(0.6～3.0)×102mg/m3，甚至在排风中会含有<3μm的细小漆雾颗粒。因此喷漆间废气中VOCs处理的难度较大。
    
    2.2烘干室废气
    
    面漆烘干废气的成分组成相对复杂，不仅包含涂料溶剂、树脂单体等挥发性成分，而且其中还含有部分热分解物和交联反应后生成的挥发成分，是整个涂装车间VOCs排放中浓度zui高，成分zui复杂的废气。按照GB16297―1996《大气污染综合排放标准》中的要求，废气浓度在排放限值以内时，为满足标准中对废气排放速率的要求，目前，涂装车间有组织排放中多采用高空排放的方法，可以粗略地认为，凡是有高高的方形烟囱的地方，基本就可以认为有涂装车间。但这种办法治标不治本，表面上满足了排放要求和标准，但实质上涂装车间排放的废气是未经任何处理的，所以，其危害可想而知。
    
    3DBD废气处理工艺
    
    当外加电压大于等于气体电离电压时，由于气体被击穿后会产生一种混合体，其中含有电子、离子、原子、自由基等，通常称这种混合体为等离子体[3]。低温等离子废气焚烧技术正是利用等离子体在瞬间产生的电场能量电离裂解VOCs气体，在极短的时间内发生分解，分子结构被破坏，达到“焚烧”有机气体的目的。
    
    外加电压使气体电离的过程中，被电离出的等离子体温度高，但整个体系呈现低温状态，所以又被称为低温等离子体。由于低温等离子体产生不需催化剂，且对有机废气的浓度要求不高，所以特别适合处理汽车行业喷漆、烘干过程中产生的有机废气。经过低温等离子焚烧后的废气转化为CO2和H2O，不产生二次污染，并且处理后的气体无异味，处理效率高[4]。
    
    
    
    图2为低温等离子废气处理工艺流程图。从图中可以看出，DBD燃烧器是整个工艺过程中的核心，废气在燃烧器中进行分解和转化为无毒无害的无机分子，达到处理废气的目的。整个工艺过程非常适合涂装废气的处理等，可根据喷漆间废气中VOCs浓度低，流速快的特点适当进行调整，以更好的适应处理要求，甚至可以直接排放。
    
    后处理器为选择使用工序，对于排出废气中含有大量粉尘或大量固体、液体小颗粒的情况，可以选择使用后处理器加以过滤去除。当对DBD燃烧器处理过的废气有循环再利用的需求时，也可以选装后处理器可以保证处理后的气体温湿度在要求范围内。

    4低温等离子DBD废气处理设备
    
    DBD废气处理设备的核心模块是等离子发生器，由于发生器中产生的等离子体能量很高，对有机废气的分子结构有破坏作用。DBD废气处理技术就是利用这种高能量的等离子体反复“燃烧”有机废气，使废气中的有机物发生氧化-还原等化学反应，zui终形成无毒无害的CO2和H2O。但是对DBD一个重要的衡量指标是燃烧的安全性，电晕放电型等
        
    6结语
    
    低温等离子DBD废气处理技术对废气的处理净化率>95%，处理后的废气满足GB16297―1996中的二级排放标准，无异味，能够直接排放大气，可在很多领域中加以应用。但是*处理好涂装车间排出的废气，单独使用一种处理技术是难以达到的，DBD低温等离子废气处理工艺也有自身的局限性，例如，含尘量过高则会引起离子发生器故障等。因此，常常需要将多种VOCs处理技术联合使用，这种处理废气的思路在实际应用中也取得了一定的成效。处理低浓度高流速含尘量高的有机废气使用DBD低温等离子处理加过滤法取得了良好的效果，废气中的PM2.5<6μg/m3。相信随着VOCs处理技术的不断优化、发展，涂装车间废气将实现真正意义上的*。