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关于汽车行业VOC产生量及排放量的计算分析

点击次数:1262 发布时间:2017-08-15

  0 引言

  我国是世界*大汽车消费国,汽车生产中带来的污染也越来越严重。汽车表面涂装过程使用大量涂料、有机溶剂,是重要的VOC排放源,这些有机溶剂主要含甲苯、二甲苯、丙酮等。根据我国《关于推进大气污染物联防联控工作改善区域空气质量的指导意见》,VOC已纳入大气联防联控重点污染物。然而我国目前对汽车行业VOC排放标准的制定与实施相对滞后,缺乏专门针对汽车表面涂装作业VOC排放的相关国家标准。对汽车行业VOC产生量及排放量的计算工作,必将成为企业污染物达标管理的一项重要工作。

  1 传统汽车行业涂装工艺流程及产污环节

  汽车行业涂装车间生产工艺及VOC产污环节:白车身→脱脂→表调→磷化→阴极电泳(无组织排放)→电泳烘干(排气筒排放)→强冷→粗密封(无组织排放)→底板防护→细密封(无组织排放)→PVC烘干(排气筒排放)→强冷→电泳打磨→中涂人工擦净→鸵鸟毛自动擦净机擦净→人工喷中涂(内腔)→自动涂装机喷中涂(部分排气筒排放,部分无组织排放)→晾干→中涂烘干(焚烧排放)→中涂强冷→中涂打磨→面漆擦净→鸵鸟毛自动擦净机擦净→人工喷色漆(内腔)(排气筒排放)→晾干→自动涂装机喷色涂(部分排气筒排放,部分无组织排放)→空气站自动喷金属漆(部分排气筒排放,部分无组织排放)→晾干→自动涂装机喷罩光漆(部分排气筒排放,部分无组织排放)→检查补漆→面漆烘干(焚烧排放)→面漆强冷→修饰→检查→装饰→总装。

  2 计算汽车行业涂装VOC产生及排放量所需资料

  企业经营者应每月记录用于汽车制造涂装生产线单位涂装面积的VOC排放量和产生量核算中的数据资料。具体数据包括:1)含挥发性有机物的原料名称;2)每月原料的使用量;3)原料中挥发性有机物的含量;4)每月含挥发性有机物原料的回收量;5)污染控制设备去除的挥发性有机物量;6)每月汽车涂覆总面积;7)企业年度或定期环保监测数据。

  3 总物料平衡法计算VOC产生量和排放量

  根据收集各涂装车间提供原材料用量、有机溶剂含量以及车型涂覆面积、产量、工况等数据,对VOC的产生量进行核实。按照国家清洁生产涂装行业的标准,计算公式:有机溶剂产生量=有机溶剂挥发量(g/a)/涂覆总生产面积(m2/a)。

  其中有机溶剂挥发量可以通过涂装车间的漆料中固体含量和有机溶剂的含量计算出实际的挥发量,包含电泳漆、胶、蜡溶剂、油漆溶剂、稀释剂等;涂覆面积=各车型涂覆面积×车型产量。各车型的涂覆面积可根据车型研发相关参数给出,或近似用车型的底涂面积=2×钢板净质量(kg)/(钢板原始厚度(m)×钢板密度(kg/m3))。此计算出的挥发性有机物产生量会含甲苯、二甲苯。

  在工艺及VOC产生环节流程中,中涂烘干产生的VOC,30%(估算量)采用焚烧处理,处理效率为99%,而其余70%有机废气直接通过烟囱排放到大气中。面漆烘干产生的VOC 30%(估算量)采用焚烧处理,处理效率为99%,其余70%有机废气直接通过烟囱排放到大气中。无组织排放中,主要为蒸发和废水及漆渣中挥发少量的VOC,而无组织排放的这部分VOC计算难度过大,且量少,同时在涂装室内无组织排放的VOC终通过车间内通排风设备排放至大气。所以在计算VOC实际排放量时,不区分有组织和无组织,计算排放量可用如下公式:

  VOC排放量=产生量-中涂和面漆的处理量-废溶剂回收量。

  实际计算中,可将废溶剂回收中的VOC量直接在VOC总产生量中减去,得出去除溶剂回收的VOC产生量。

  其中中涂、面漆处理量=焚烧处理效率(99%)×进入焚烧处理设备的VOC量(30%)×(中涂漆料中有机溶剂含量+面漆漆料中有机溶剂含量)/涂覆总面积。

  4 物料衡算法及类比法相结合计算VOC的产生量和排放量

  在用有毒有害元素物料衡算法计算VOC的产生量和排放量过程中,同样需要收集涂装车间漆料及溶剂的使用量,及其成分和含量。按照国内同工艺类比及无组织挥发特性,计算各环节VOC的产生及排放量。此计算可简化成中涂、面漆工段和前处理、电泳、PVC工段两块分别进行分析计算。

  图1 ~ 2为笔者模拟采用此方法实际计算的情况。中涂、面漆烘干工段VOC产生及排放物料平衡图见图1。前处理、电泳、PVC工段VOC产生及排放平衡图见图2。

  中涂、面涂的漆料分成固体分和有机溶剂2部分,其中固体分主要随车身附着和漆雾(净化措施),有机溶剂主要含非甲烷总烃和二甲苯。VOC主要产生于喷漆室、晾干室和烘干室。在喷漆室内会有约50%的VOC产生,后存在于漆渣、烟囱排放,会有约9%的挥发性有机物入水相。烘干室也会产生30% ~ 40%的VOC,并且烘干室的VOC会进行焚烧处理,处理效率一般在98%以上,焚烧后产生二氧化碳和水。在烘干室和喷漆室会产生约此处总量2%的无组织逸散排放。

  前处理、电泳、PVC工段的VOC产生与中涂、面漆工段基本一致,但一般在PVC烘干工段无尾气焚烧处理设施,如果有尾气焚烧处理设施,应进行计算去除效率。

  计算出的排放量除以总涂覆面积后,即可得出单位涂覆面积的VOC实际排放量。

  5 实测及反推法计算排放量及产生量

  上述2种方法,由于资料或类比假设与实际生产中的不一致,可能产生较大误差,为了验证上述方法计算出的VOC产生量及排放量的准确性,可对各工序的VOC有组织和无组织排放进行实际监测,在校核实际工况及实际状况的情况下,比较多种数据的一致性,分析差异,找出原因,进一步提高计算精度。例如:某公司2014年年度委托环保部门监测数据,非甲烷总烃在PVC、电泳、中涂、面漆各排气筒中排放总和为26.082 kg/h。按照250 d,三班24 h生产,计算出VOC=156 492 000 g/a,取涂装车间2014年全年平均涂覆面积为14 386 497 m2,计算出VOC=11 g/m2。对计算出的总挥发性有机物以及过程中各工段的挥发性有机物,与上述2种方法计算出的量进行对比分析,根据实际情况进行局部调整,验证3种方法计算出的数值的符合性。由于涂覆面积、工时、工况、监测数据都存在不准确因素,且VOC挥发性高,在生产过程中无组织的蒸发、废水废渣中均会弥散VOC,而这部分的VOC在本次监测中未做监测,故按照实测数据计算出的VOC排放量会小于实际量。

  6 结语

  通过几种方法的相互验证,相互比较,分析差异及其原因,反复论证,应能得出较准确的VOC产生和排放数据。

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