汽车涂装是整个汽车制造流程中耗能和污染的主要工艺，喷涂工艺是其中的重中之重。这些年，随着溶剂型涂料改水性涂料、喷涂室循环风等技术的应用和涂料产品的优化，能耗和污染已经有所减少，喷涂废气中的苯、苯系物等已大量降低，VOC成为废气中污染物的主要成分，国家和各地相关排放指标亦在逐渐收紧。各地VOC排放限值见表1所列。

喷涂室从结构上分为湿式喷房和干式喷房，湿式喷房考虑到除湿能耗等因素，多采用全新风或低比例循环风，VOC浓度为60~200mg/m3。干式喷房可采用高比例循环风，但限于可燃气体爆炸浓度的限制，循环比一般取90%以下，VOC浓度约为600mg/m3。目前汽车涂装工艺普遍采用高温焚烧方式处理VOC废气，从节能的角度考虑，废气浓度在一定范围内越高越节能，而VOC维持自燃所需的浓度为2~3g/m3，无论采用湿式还是干式均无法达到。在高温焚烧设备前增加沸石浓缩转轮，成为废气浓缩的首选方案。

分子筛浓缩转轮分为吸附区、脱附区、冷却再生区，转轮在各个区域连续运转。

含有低浓度VOCs废气经过滤装置等预处理之后，进入吸附区，VOCs成分被吸附在分子筛中，已吸附VOCs的分子筛连续旋转进入脱附区，经高温热风进行脱附浓缩，高温脱附后进入冷却再生区域，由冷空气进行冷却再生，用于冷却的空气经加热后可以作为再生气体使用。

浓缩倍数[n=(S1×V1)/(S2×V2)=5~30]根据组分及浓度确定，最大程度降低运行能耗。

在转轮实际使用过程中，由于设备、涂料、滤材和运维方式等问题，转轮极易发生堵塞、压差增大等问题，转轮效率下降，排放浓度升高，严重时引起转轮焖燃。目前对于堵塞成因和滤袋选择缺乏分析，在堵塞初期未能采取有效措施，导致问题严重，更换转轮。本文通过对转轮表面堵塞物和转轮后风机残留物的取样和显微分析，初判堵塞物来源。利用显微镜、热重、PyGCMS分析，确定堵塞物质的主要成分。通过滤袋的实验室和现场验证，确定并更换适合转轮工况的过滤器。通过毛刷、热风枪、反吹等多种方式对转轮进行清理，采取合适的过滤器和运维方式，使转轮恢复正常压差并长期保持高效率运行。

一、案例介绍

A公司60JPH涂装生产线喷漆室为湿式文丘里喷房，循环风比例为30%，采用3台沸石转轮+1台RTO废气焚烧方式处理喷漆室色漆、清漆和闪干废气，废气总量为41万m3/h，废气浓度约为190mg/m3，浓缩比18∶1。在吸附风机的作用下，废气进入转轮，转轮吸附、解附、冷却区域的面积比例为10∶1∶1。解附风采用新风，经RTO废气间接预热后再用热风炉加热至200~220℃，经过解附的浓缩废气在脱附风机的作用下进入RTO进行高温焚烧处理，RTO温度设置为760~780℃。经过冷却区的废气经冷却风机抽至混风室，和废气混合后重新通过转轮。转轮吸附后的废气和RTO排出的废气混合后排放至烟囱。

在每个转轮前端均设有过滤箱，来自色漆、清漆、闪干的废气在混风室混合后进入过滤箱，过滤箱分为5级过滤，其中G3、G4、F5、F7、F9、G3为漆雾毡，G4、F5为聚乙烯（PE）材质袋滤，F7、F9为聚丙烯（PP）材质袋滤。

设备投入使用后14个月开始发生可见堵塞，运行39个月后转轮压差超过2000Pa，转轮效率低至80%。转轮堵塞发展见图1所示。

转轮堵塞带来如下问题：

1）影响通风，转轮吸附效率从99.4%降至80.2%，排放浓度升高；

2）转轮堵塞导致风机频率、负载增大，能耗增加；

3）喷漆室排废气压力增大，排气不畅，风平衡受影响；

4）转轮寿命缩短；

5）严重堵塞可能导致转轮焖燃。

转轮压差和效率见图2所示

二、喷漆室废气分析

涂料的种类和分类方式繁多，通常把涂料按照溶剂类型分为溶剂型和水性涂料，按照组分类型分为单组分和双组分，不同的涂料喷涂过程中产生的漆雾和完成固化的时间不同，漆雾颗粒的大小又和采用的喷涂设备紧密相关。一般来说，涂料分为挥发性成分和非挥发性成分，挥发性成分主要为溶剂（水、烃类、醇类、酯类等）、分解产物（在黏合剂成分缩聚及热干燥过程中产生的水、低醇、甲醛等），非挥发性成分主要为颜料、黏合剂（树脂、软化剂等）、添加剂等。大部分的漆雾颗粒介于10~100μm之间，也有相当比例的粒径处于3~10μm之间。颗粒微小、黏度大，且易黏附物质表面。

三、堵塞物分析

3.1堵塞位置和形态分析

现场主要在转轮孔隙和转轮后风机口发现堵塞物或残留物，形态上转轮堵塞物为颗粒状，质硬，风机口残留物为絮状，质软。但在100倍显微镜下，两者形态基本一致，可见明显长条状物和类似树脂的晶状物。转轮堵塞物和风机口残留物形态和100倍显微镜下形态见图3所示。

3.2转轮切片分析

现场将转轮钻孔取样，并将转轮取样切开，查看堵塞程度及堵塞物。堵塞物为絮状颗粒物，微小、质硬，不均匀地堵塞于转轮入口前3cm内的孔道内，不易疏通，后部基本无堵塞物，孔道贯通。

3.3热重分析利用

TG-DSC同步热分析仪对转化堵塞物进行热重分析，升温程序设置为3个阶段：1）一阶段50~180℃，5℃/min，停留10min；2）二阶段180~280℃，5℃/min，停留10min；3）三阶段280~700℃，10℃/min。转轮堵塞物热重分析结果见图4所示。由图4可知，堵塞物在180~700℃间的失重约为干重的14.5%，其中280~700℃间的失重占比约79%，有机物存留量高；堵塞物中高沸点物质含量较高，约为42%。温度在300℃时可去除约20%的有机物，高温再生有一定的作用。

3.4Py-GCMS分析

分别采用热裂解仪和气相色谱质谱联用仪对堵塞物取样分析化学成分。转轮堵塞物和风机口残留物中含量最多的均为1，3，7-辛三烯-5-炔，由此说明两者主要成分一致。经分析工厂所有油漆的材料成分表，均不含此物质或其裂解母体。由此分析1，3，7-辛三烯5-炔为滤袋纤维的裂解产物。

四、过滤器分析

4.1现场袋滤分析

滤袋一般从内到外分为预过滤层、精过滤层和保护层，其中精过滤层过滤袋的过滤精度起到决定作用。滤袋结构见图5所示。

利用100倍显微镜对滤袋表面进行观察，可见与堵塞物在显微镜下形态相似的纤维状结构。100倍显微镜下转轮堵塞物和滤袋形态见图6所示

根据EN779标准，滤袋的过滤效率见表2所列。

现场G4和F5滤袋采用聚乙烯材质，F7和F9滤袋采用聚丙烯材料，为了达到过滤精度，F7和F9精过滤材料均采用熔喷工艺，材料带静电。在使用过程中，随着时间的延长和水气的作用，电荷会逐渐减弱，F7和F9的过滤精度将逐渐减弱而无法达到原有精度，导致滤袋失效。

以现场使用的F9聚丙烯熔喷滤袋为例，根据EN779标准，其对0.4μm粒子的去除效率应≥95%，现场用颗粒计数器对F9袋式过滤器前后微粒计数分析，分别计算新滤袋和使用2个月的过滤精度，见表3所列。数据说明袋式过滤器在现场工况下过滤效率下降明显。

无论是聚乙烯还是聚丙烯材料，均为化工纤维，在实际使用过程中不可避免会产生纤维脱离。同时，由于喷漆废气中含有树脂等，使涂料微粒具有黏性，在气流中因气流、压力等会发生变形，极易堵塞滤袋，影响过滤精度。

4.2盒式过滤器分析

盒式过滤器采用超细玻璃纤维材料制成，无纤维无静电，过滤效率稳定。由于其采用盒式结构，有效避免了滤袋口黏连造成的过早失效，使用周期长，过滤面积大，抗紊流能力强，且初始阻力低，压差上升平缓。

现场同样用颗粒计数器对F9盒式过滤器前后废气进行计数分析，分别计算新过滤器和使用2个月后的过滤精度，见表4所列。数据说明盒式过滤器能长期保持过滤精度，过滤效果良好，更适合现场工况。

五、堵塞成因问题解决

5.1堵塞成因

根据对转轮堵塞物和滤袋的分析，判定堵塞成因为油漆微粒和滤袋纤维抱团形成絮状物，在转轮脱附的综合作用下变性硬化。

5.2转轮清理

5.2.1毛刷

经现场观察，转轮筛孔近似于边长3mm，壁厚0.5mm的三角形阵列，堵塞物与转轮的附着力相对小于转轮网孔状结构本身的结构强度，可使用直径在0.3~0.5mm的尼龙丝束垂直刺入转轮表面，破坏堵塞物与转轮孔壁的黏结，使堵塞物脱离转轮且不伤害转轮结构。为提高效率，现场将平面毛刷改造为滚筒型，配备手柄，现场操作人员可将平面捶打动作改为转轮表面滚动动作，提高效率的同时减少对转轮的损坏。

5.2.2压缩空气吹扫

现场设备日常使用的压缩空气压力最高为0.8MPa，由于堵塞物和转轮附着较为紧密，直接使用压缩空气进行吹扫仅能吹出少量堵塞物，效果不佳。

5.2.3毛刷和压缩空气结合

现场采用毛刷和压缩空气相结合的方式对转轮进行清理，分为三步：

1）用毛刷对转轮表面进行滚刷，直到将堵塞物与转轮的黏连状态打破。切忌使用毛刷在转轮横向摩擦，以免损坏转轮。

2）用压缩空气从反方向对转轮进行吹扫，压缩空气压力根据转轮实际耐受力设定，原则上在不损坏转轮的前提下越大越好。

3）对过滤箱和转轮前后进行深度清洁，避免清理出的堵塞物再次进入转轮。经此方式清理转轮，取得了良好的效果，转轮压差从2000Pa降为800Pa左右，转轮效率提升至98%。

5.3设备改造和过滤器更换

设备增加高温解附功能，利用停产期定期对转轮高温解附，采用280~300℃的高温解附风对转轮进行解附清理，同时采用新风对转轮进行降温。F9过滤器更换为玻璃纤维盒式过滤器，安装时注意边框压紧，必要时采用纸胶带对边框缝隙进行密封。

六、总结

经过转轮堵塞物现场观察、显微镜分析、热重分析、Py-GCMS分析等确定了堵塞的主要原因，并制定了毛刷和压缩空气吹扫的措施，有效清理了转轮，提高了其处理效率。同时，对过滤器分析并更换F9过滤器，进行设备改造，有效保障转轮长时间高效运行。

来源：李隆昌 相章分享VOCs治理技术