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濕式漆霧捕集裝置在噴烤漆設備中的應用
時間:2016-12-31 01:00:00  來源:  作者:

1引言 噴漆室(Spray booth)是專供噴涂液態涂料的涂裝室,它是工業涂裝車間的關鍵設備之一。當初它僅僅是有排風裝置













1引言


噴漆室(Spray booth)是專供噴涂液態涂料的涂裝室,它是工業涂裝車間的關鍵設備之一。當初它僅僅是有排風裝置(安裝在壁上的風扇),無漆霧捕集功能的簡易的涂裝室;隨著工業涂裝量的擴大,涂裝品質要求的提高,并考慮到操作人員的安全衛生及防止漆霧污染廠房內外環境,噴漆室配置了漆霧捕集裝置、供排風系統;為適應優質高裝飾性涂裝的需要,噴漆室空氣必須經空調除塵、調溫、調濕,并在噴漆室周圍設潔凈間,確保噴涂作業空間高度潔凈。


現代化的噴漆室是涂裝車間耗能最多的設備,例如在汽車廠涂裝車間是耗能大戶,占總能耗的73%(白車身制作和總裝分別占17%和10%),噴漆室又是耗能最多的,占涂裝車間總能耗的58%。噴漆室又是涂裝公害(VOC、CO2、污水、廢漆渣和工業廢棄物等)源,對環境影響大,涂裝廢棄物的處理費用高。


為適應環保清潔生產、節能減排,可持續發展的時代要求,須對噴漆室的能耗大、耗水廢棄物多、運行成本高等不足之處進行大變革,須總結經驗,吸取教訓不受原有常識的拘束,期待新穎的創新。


本文在小結噴漆室現狀的基礎上,重點介紹漆霧捕集裝置的革新思路:噴漆室排風循環再利用,達到節能減排、降低涂裝成本的舉措。


2噴漆室的種類和構造[1-2]


噴漆室屬于非標設備,它隨被涂物的大小、生產方式(批量生產還是流水作業大量生產及被涂件的輸送方式等)、所噴涂的涂料類型、涂裝品質和噴涂環境條件等的不同,而產生配置結構上的變化,因此必須正確選用和精心設計制造,才能獲得最佳的經濟技術效果為降低造價和運行成本,噴涂生產線有緊湊化、模塊化和管理智能化的傾向,捕集漆霧的方法向干式化和靜電除漆霧化的方向發展。


噴漆室應具備以下功能:


⑴排氣:換氣并及時排掉漆霧和溶劑蒸氣(VOC),防止它們污染廠房內外環境和被涂面,確保安全生產;


⑵除塵:除掉排出空氣中的漆霧(塵埃);


⑶供風:按噴涂環境條件供給空調(調濕、調溫、除塵)過的潔凈空氣,確保作業人員的安全衛生和作業環境高度潔凈;


⑷照明:照亮被涂物表面。


2.1噴漆室的分類


一般按供排風方式和捕集漆霧的方式分類。


⑴按供排風方式分類,分為敞開式和封閉式(供風型)。敞開式僅裝備有排風系統,而無獨立的供風裝置,直接從車間內抽風,適用于一般涂裝。封閉式裝備有獨立的供排風系統,從廠房外吸新鮮空氣,不干擾涂裝車間內的換氣和采暖體系,適用于裝飾性涂裝。供排風方式有垂直層流的氣流模式(即上供下抽式)和水平層流的氣流模式(即側供、側抽或側下角方向抽風)。


⑵按捕集漆霧的方式分類,分為干式噴漆室和濕式噴漆室。前者是借助擋漆板、過濾層(袋)捕集漆霧,后者借助于循環水系統清洗噴漆室的排氣,捕集漆霧,循環水中添加有涂料凝聚劑,使漆霧失去黏性,在循環水槽中漂浮或沉淀。濕式噴漆室捕集漆霧的原理是使帶漆霧的噴漆室排氣通過漩渦作用與水充分混合,利用不同風速、擋水板和風向的多次轉換,使水和漆滴與空氣分離,帶漆渣的水流回循環水槽,過濾后再循環使用,除掉漆霧的空氣通過排風機排向室外或送往除VOC的二次凈化設備處理。


濕式漆霧捕集裝置(又稱排風洗滌裝置或氣水混合分離室)有多種結構和洗滌方式。按水洗滌方式又可分為噴淋式、水幕式、漩渦式(含文丘里型、水旋動力管型和漩渦型等多種)。它是噴漆室的關鍵裝置,直接影響噴漆室的主要性能———漆霧捕集率(或稱除塵埃效率)。噴漆室的除漆霧(塵埃)效果應達到:


① 除去效率:99%以上;


②排出量:1 mg/m3(在工廠周圍環境條件嚴格的場合希望達到0.2~0.4 mg/m3);


② 目測見不到排風管的排氣色(即排風管出口風帽不被所噴涂料著色)。


③ 如果能滿足以上3點,即可認為噴漆室的除漆霧效果好。噴漆室的種類及特征列于表1。


還有其它類型的噴漆室,如油洗滌噴漆室、噴/烘兩用涂裝室。油洗滌噴漆室是采用專用油(著火點200℃以上)替代水,用離心分離油中的漆渣,僅適用于漆渣密度較大的溶劑型涂料和噴涂量較小的場合噴/烘兩用涂裝室采用干式除漆霧裝置和循環風加熱裝置(即噴漆室與烘干室一體化的涂裝室),僅供小批量大件涂裝用,如汽車修補涂裝用。噴漆室基本上不具有去除噴漆室排氣中所含的VOC的功能。噴漆室排風量大、VOC濃度低,靠吸附法來提高VOC的濃度或燃燒,二次處理設備的投資大能耗大,一般是靠高空排放來達標的。降低噴漆室排氣中的VOC含量的根治辦法還是采用環保型(低VO型)涂料和提高噴涂時的涂裝效率,減少過噴涂(OvSpray)。


2.2噴漆室的構造與工作原理


干式噴漆室、噴淋式噴漆室、無泵噴漆室、上供風下抽風噴漆室等的構造與工作原理見圖1~4。


3干式噴漆室的技術進步(創新)


在美國,已確定從水洗噴漆室排放出來的涂料渣為危險廢棄物(hazardous waste),開始向不產生涂料渣的干式噴漆室轉換。原來非危險的廢棄物(Non hazardous waste)一旦混入水中反而成了危險廢棄物,消耗多種藥劑和能源,增大環境負荷,應認識到不產生或少產生危險廢棄物對保護地球環境的重要性。


歐盟也開始限用水洗式漆霧捕集裝置。為此,德國杜爾和艾森曼涂裝公司分別開發了干式噴漆室漆霧捕集裝置和靜電除漆渣裝置。


干式噴漆室的優缺點(與濕式噴漆室對比)如下。在經濟方面:①運行成本低,不需凝聚劑和廢水處理,耗電量少;②省勞力,不需要漆渣排出作業和水質檢查;③投資低,設備造價低,且施工簡單;④作業環境較好,噪音低;⑤維護成本低,運動部分僅需更換風機在環境方面的優點:①無廢水處理的必要,不須配置廢水和漆渣處理設備;②因耗電少,不使用水,對環境影響;③使用過的過濾材料(袋)有可能作為燃料再循環利用;④制定操作規程易遵守;⑤幾乎所有的涂料都適用;⑥不產生惡臭。


原來的干式噴漆室的缺點:①過濾器更換頻繁;②作業場所污染。


3.1由板式過濾改成袋式過濾


改進的措施是將過濾器制作成壽命特別長的過濾袋(見圖5)。表面積約2倍于原有過濾器的濾材縫制成袋式過濾器,壽命延長6~10倍。使過濾器更換周期延長到1周或10 d換一次,可解決更換過濾器的麻煩。另外過濾器可一次操作,更換簡單,可使捕集的漆霧原封不動地封閉在袋中,不能再飛散,作業場所幾乎可不被污染。應用實例見圖6。根據以上介紹,干式噴漆室無論在經濟方面,還是在環保方面均有長處。


3.2干式凈化裝置(或稱干式漆霧捕集裝置)[3]


德國杜爾公司新近推出的噴漆室排氣干式凈化裝置,在除凈噴漆室排風中漆霧方面使用干式分離技術,與通常采用的濕法(水洗)分離技術相比,不再產生特殊的垃圾,可節省水和能源。它們與機器人及噴涂參數匹配,使噴漆室排風不須追加過濾,可直接再循環使


用,不須向噴漆室供給全部新鮮空氣。


分離過程完全自動化,分離不用水和化學藥品,過濾介質(元件)完全可再生利用?晒澕s能源30%,通過排風再生循環利用,供新鮮空氣量的減少,有降低廠房和相關設備的投資35%的潛力,另外材料及維護費用也可降低;采用這種新的漆霧捕集方法后涂裝過程的單車成本(CPU)可降低10%,且是環保性最好的捕集漆霧的工藝方法。干式凈化裝置(Eco Dry Scrubber)五大關鍵要素:


⑴分離工藝與噴漆室完全統合,完全自動化;


⑵干式過噴漆霧的分離工藝:干的黏漆霧濾料采用石灰石(Limestone),過濾元件表面完全被黏漆霧材料層覆蓋;


⑶分離過程完全自動化:過濾層的壓損自動測量,飽和的黏漆霧濾料(Precoat material)移去和更換全自動化;


⑷過濾介質(元件)(Filter Elements)可再生;


⑸排風(Process Air)可直接再循環,不需另追加過濾。


干式凈化裝置與濕式漆霧分離裝置完全不同,濕式漆霧捕集裝置的水洗、水處理裝置和漆渣處理,靠化學品的絮凝過程,風管被水侵蝕和被漆霧污染,熱回收系統等都被淘汰和取消。干式漆霧捕集裝置見圖7。


干式漆霧捕集裝置的功能及構成如下:⑴排風可直接循環再利用Eco Dry Scrubber具有排風直接循環再利用功能,只需補充5%~20%的新鮮空氣,從而節省可觀的能源。隨著噴漆室內的氣流,濕的過噴涂涂料粒子積聚在模塊化的單獨的過濾模組內。分離過程在過濾膜的表面完成,排風則返還進入空氣循環系統。


⑵濕的過噴漆霧的干分離過濾循環開始將新鮮干凈的黏漆霧濾料加入料斗。在空氣噴嘴的作用下,干濾料進入噴漆室排風氣流中,通過過濾模塊進入循環風室,并黏附在過濾器表面形成致密的一層。這就防止了有黏性的濕的過噴涂涂料粒子與過濾元件直接接觸。


⑶過濾元件可再生經過工藝優化的、可再生的表面覆蓋有涂料膜層的過濾器,過濾顆粒效果可達到低于0.1 mg/m3。這種接近于100%的過濾效率可使排氣在不需要其它輔助過濾的情況下循環利用。過濾的過程發生在過濾鑄件的表面,由于濾料和涂料微粒末進入過濾組件內,允許潔凈的排氣直接再循環。


⑷全自動清潔工藝www.excce.com


在噴涂過程中,涂料微粒隨著空氣的循環在過濾器進行分離。涂料粒子被黏漆霧濾料積聚,并在過濾器表面形成渣餅。導致過濾器的風阻增加。當壓差達到最大允許值時,就會觸發自動清潔過程。潔凈壓縮空氣以0.25 s的脈沖被噴入過濾器內,使渣餅與過濾器脫離。過濾器的清潔大約每25 min進行1次。濾料和涂料微粒的混合物落入料斗底部一直達到飽和狀態。當達到飽和狀態后,使用過的濾料被新的干凈的濾料所替代。整個清潔過程不會影響噴漆室的氣氛平衡。


⑸黏漆霧濾料以天然的石灰石為原料。杜爾提供濾料的詳細技術條件以適應自動化生產,保證最佳的工藝水平和最大的節省。


⑹使用過的濾料可回收用作水泥工業的原料。標準的除漆渣過程,濕式成本是干式的4倍。干式分離系統產生的漆渣可以直接利用,如作為水泥工業或脫硫的原料而不需要進行更多的處理。這不僅省錢而且對環保有利。


干的過噴涂漆霧凝塊和黏漆霧濾料照片見圖8。傳統的濕式漆霧捕集系統和新式的干式漆霧捕集系統的對比見表3。


3.3靜電漆霧捕集(凈化)裝置


德國艾斯曼(Eisenmann)公司新近推出新的靜電漆霧捕集(凈化)裝置(ESCRUB)引起噴涂工藝的大革新。它的結構和工作原理及模塊元件見圖9~11。ESCRUB的工作原理:①排氣通過陰極電柵,使所帶漆霧(滴)帶電(獲得電荷);②帶電的漆霧(顆粒)被吸往和吸附到接地的分離板上;③借助分離劑(Sepa-ration agent)捕獲漆滴(顆粒);④抽出漆滴(顆粒);⑤澄清的分離劑返回再用等。


它由模塊元件(圖11)組成靜電分離模塊(Sepa-ration module),其技術規格為每個模塊的空氣通過量達到30 000 m3/h,耗電量約為3.5 kW,壓損為6 Pa。它所選用的分離劑是水溶液,僅用它潤濕風道壁板和接地的分離板,而不是大流量沖洗,因而耗水量大幅度減少,靜電除漆霧是其特點,按工況可認為它是半干濕漆霧捕集裝置。與現用的文丘里濕式漆霧捕集裝置相比,經ESCRUB除漆霧后的排氣大部分可循環再利用,見圖12。


經過實際應用驗證,ESCRUB具有以下優點:


① 減少污染物排放,對環保有利,噪音可降10 dB;


② 分離效率高,且壓損最;


③ 未利用過濾介質(Filter media)就可保證噴漆室的恒壓條件;


④ 可大幅度減少能耗,與現用的濕式漆霧捕集裝置比,耗水量減少87%,節能達到78%以上;


⑤ 排風再循環利用可達95%,可大幅度減少新鮮空氣補給量;


⑥ 靜電系統可按需要切換(開/關)


⑦顆粒物排放減少,比常規過濾介質減少100倍(以15萬輛車身涂裝線為例,12 000 kg顆粒物質減少到120 kg,且濃度由3 mg/m(3Ta-Luft)降到0.3 mg/m3,塵埃排放(Dust emission)減少達99%以上。德國南方某汽車廠(年涂裝15萬臺車身)的噴漆室的能源、水和化學品消耗成本降低60%。


4噴漆室排風循環利用


噴漆室排風在一般場合下不循環利用,尤其在噴涂溶劑型涂料的場合,排氣除凈漆霧后仍有一定量的VOC一次性排向室外。為創造良好的噴涂作業環境,確保作業區截面的風速,供、排風量都很大。例如汽車車身用的內寬為5.5 m的噴漆室,自動靜電噴涂作業區段(風速為0.3 m/s)和手工噴涂作業區段(風速為0.4~0.5 m/s)供、排風量分別為6 000 m3/h和8 000~10 000 m3/h。冬季北方地區氣溫在0℃以下(甚至為-20~-30℃),南方夏季氣溫常在35℃以上,要保證空調供風溫度在25℃左右,則從廠房外抽取全部新鮮空氣加溫或冷卻需消耗大量能源。


為節省能源,在北方地區,采用“熱輪”或“熱管”等熱交換裝置回收排氣的熱量;另外從廠房內吸氣,經空調除塵裝置向潔凈間和一般操作間供風,循環利用廠房內的空氣,見圖13。噴漆室排氣能直接循環利用則是最大的節能減排技術,但必須清除掉排氣中所帶的漆霧和控制排氣中所含的VOC濃度。


在噴涂水性中涂和水性底色漆的場合對作業環境的溫、濕范圍控制要求較嚴,因而能耗更大,可是排氣中的VOC含量顯著減少,有利于噴漆室排氣循環再利用?刂蒲h排風中的VOC含量是為了噴涂作業區的安全和人工作業區的衛生安全。本文3.2、3.3介紹的干式漆霧捕集裝置凈化后的排風均可直接循環利用,只須補充5%~20%的新鮮空氣,見圖14。


筆者認為:在機械手自動靜電噴涂水性涂料的場合,圖14所示的噴漆室排風循環利用應該是可行的、先進的,在節能減排、降低涂裝成本等方面能獲得較大的經濟效益。在噴涂溶劑型涂料和手工噴涂的場合,還是應嚴控和檢查排氣中的VOC含量,確保衛生安全。


5結語


在大量流水線生產的工業涂裝領域現今普遍采用濕式噴漆室———水洗式漆霧捕集(凈化)裝置已有幾十年的歷史。它的優點是漆霧捕集率高(水旋式可達99%),消防較安全。但它致命的缺點是為除漆霧,耗水、耗化學藥品(凝聚劑),使廢棄物量近10倍地增加,且成為危險廢棄物后處理費用高、壓損大、運行費用高,都不符合當今的環保清潔生產、節能減排、可持續發展的低碳時代要求。


新型的干式噴漆室(干式或靜電捕集漆霧裝置)及其排風能直接循環使用技術的開發成功并投產應用,是一項重大的革新。筆者認為它可與近30年中獲得工業應用的陰極電泳涂裝、水性涂料替代溶劑型涂料、汽車車身前處理、電泳涂裝線采用旋轉式輸送機(Rodip和穿梭機)、環保型的非磷酸鹽的表面處理工藝等工藝技術一樣,是一項革命性的重大科技進步。


筆者希望中國表面工程協會涂裝分會、相關涂裝設備設計研究單位、涂裝設備制造公司和汽車廠抓住機遇,引進和開發新型的干式漆霧捕集裝置及噴漆室排風循環利用技術,來適應低碳時代的要求和促進工業涂裝技術的進步。


 

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