汽车4S店VOC废气治理方案

佛山市穗奥汽车销售服务有限公司废气治理升级工程

设
计
说
明





设计单位：佛山市缔朗环保设备有限公司
设计日期：2023年12月

目                录
1        建设项目概况        1
2        设计依据        1
3        设计排放标准        2
4        废气治理工程设计        2
4.1工程范围        2
4.2处理风量        2
4.3工艺比选        3
4.4工艺设计        5
4.5工艺说明        6
4.6主要设备参数        7
5        电气及自控系统设计        7
5.1设计范围        7
5.2电源及用电负荷        7
5.3电缆及敷设        7
5.4防雷接地        7
5.5控制设计        8
6        工程运行成本        8
7        技术服务承诺        9


1        建设项目概况
佛山市穗奥汽车销售服务有限公司位于佛山市禅城区南庄镇樵乐路田边村北 4 号吉利建材城内综合 1 号楼一层、二层。主要从事汽车销售与维修服务。
根据建设单位提供的相关资料及现场踏勘情况，该项目在生产过程中喷漆工序会产生一定量的VOCs。
为了保护环境，我司受佛山市穗奥汽车销售服务有限公司，特对生产车间的漆雾及VOCs进行治理方案设计。

2        设计依据
1、建设单位提供的相关资料；
2、《废气处理工程技术手册》王纯、张殿印主编；
3、《合成树脂工业污染物排放标准值》（GB1572-2015）；
4、《大气污染物综合排放标准》（GB16297-96）；
5、广东省地方标准《大气污染物排放限值》（DB44/27－2001）；
6、《通用用电设备配电规范》（GB50055-2011）；
7、《低压配电设计规范》（GB50054-2011）。
8、《通风与空调工程施工质量验收规范》（GB50243-2016）
9、《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2015）
10、《表面涂装（汽车制造业）挥发性有机化合物排放标准》（DB44/816-2010）
3        设计排放标准
废气经收集处理后，VOCs排放限值达到《表面涂装（汽车制造业）挥发性有机化合物排放标准》（DB44/816-2010）表2最高允许排放浓度限值（4.6mg/m3）。
根据业主提供的资料，本项目产生的废气污染物处理前后浓度对比如下表所示：
表3-1废气处理前后污染物浓度对比一览表
项目        漆雾        总VOCs
处理前mg/m3        2.84        26.95
处理后mg/m3        0.28        0.3
排气筒高度        15m

4        废气治理工程升级设计
4.1工程范围
本项目工程范围包括废气净化设备的制作及安装，电气系统设计及安装，系统单机、联动调试及试运行，岗位操作人员培训。
4.2处理风量
根据建设单位提供的相关资料及现场踏勘情况，本项目车间废气风量设计如下：
1、本项目喷漆房2间，且喷漆房在运行时，除正压送风口和出风口外均密闭。中涂房2间，除正压送风口和出风口外均密闭。调漆房1间。根据业主提供的资料，喷漆房运行期间整体换气次数为150次/h，房体内径尺寸为7.0×4.0×3.0m，因此每间喷漆房设计风量为12600 m3/h，设计取值为13000 m3/h。中涂房设计3000m3/h，调漆房使用集气罩收集，设计1000m3/h。总项目设计30000m3/h。
4.3工艺比选
一、有机废气
1、水洗（水喷淋）法
水清洗是利用有机废气中的某些物质能溶于水的特性，使废气中有机物质和水接触、溶解，达到去除有机物质的目的。操作简单，运行成本也较低，但除臭效果一般，常作为预处理方法。
2、臭氧氧化法
臭氧氧化法是利用臭氧强氧化剂，使废气中的化学成份氧化，达到去除有机物质的目的。臭氧氧化法有气相和液相之分，由于臭氧发生的化学反应较慢，一般先通过药液清洗法，去除大部分有机物质，然后再进行臭氧氧化。
臭氧对有机物质氧化分解反应式如下：
R3N+O3→R3N-O＋O2
H2S＋O3→S＋H2O＋O2(主反应)→SO2＋H2O(副反应)
CH3SH＋O3→[CH3-S-S-CH3]→CH3-SO3H＋O2
3、燃烧法
燃烧法有直接燃烧法和触煤燃烧法。根据有机废气的特点，当温度达到648℃，接触时间0.3s以上时，有机废气会直接燃烧，达到净化有机废气的目的。
4、活性炭吸附法
活性炭吸附法是利用活性炭能吸附有机废气中的污染物质，通常利用各种不同性质的活性炭，在吸附塔内设置吸附酸性物质的活性炭，吸附碱性物质的活性炭和吸附中性物质的活性炭，有机废气和各种活性炭接触后，排出吸附塔。该法与水清洗和药液清洗法相比较，具有较高的效率，但活性炭吸附到一定量时会达到饱和，就必须再生或更换活性炭，因此运行成本较高。
5、UV光解法
UV光解法是由高压开关电源驱动微波发生器，通过微博激发特定波长185nm无极紫外灯管管内的惰性气体使之放电，分解氧分子产生臭氧；同时紫外线照射到光触媒蜂窝网，产生的氢氧自由基破坏废气分子的能量键，将氨、三甲胺、硫化氢、甲硫氢、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、苯乙烯、硫化物、VOC类、苯、甲苯、二甲苯等有机废气的分子链结构进行裂解，降解转变为低分子化合物。
6、低温等离子
等离子体是含有大量 电子 、离子、分子、中性原子、激发态原子、光子和自由基等组成的物质的第四种形态，其总正负电荷数相等宏观上呈电中性，但具有导电和受电磁影响的性质，表现出很高的化学活性。等离子体中可源源不断地产生大量极活泼的高活性物种，这在普通的热化学反应中不易得到，这些活性物种(特别是高能电子)含有巨大的能量，使进入等离子场的有害气体分子发生电离，使其基本化学结构发生置换或断裂，使该气体转为无害物。
基本原理是在电场的加速作用下，产生高能电子，当电子平均能量超过目标治理物分子化学键能时，分子键断裂，达到消除气态污染物的目的。
等离子体化学反应过程中，低温等离子设备等离子体传递的化学能量在反应过程中能量的传递大致如下：
①电场＋电子→高能电子
②高能电子＋分子(或原子)→(受激原子、受激基团、游离基团) 活性基团
③活性基团＋分子(原子)→生成物+热
④活性基团＋活性基团→生成物+热

表4-1常用有机废气处理方法对比
工艺名称        处理效果        设备投资        运营成本        处理风量        处理浓度        备注
活性炭吸附法        好        低        高        大        低        活性炭需要经常更换
微生物分解        中        中        低        大中小        中低        
UV光解        高        中        中        大        中低        
低温等离子法        好        中        高        小        中低        
直接燃烧        好        低        非常高        大        高        
水喷淋        中        低        低        中        中低        常作为预处理
4.4工艺升级设计
1、喷漆废气
结合项目有机废气的产生及废气治理情况，通过综合分析并从投资成本考虑，企业有计划分步实施如下措施：（1）在每个喷漆房采取密闭收集措施，有机废气的治理设施升级改造为“干式过滤器+二级活性炭”装置，后期运行并加强设备维护和管理水平。（2）在每个中涂房采取密闭收集措施。（3）在调漆工序采取集气罩密闭收集措施。（4）考虑现场位置的不足，无法摆放多台活性炭箱，现设计2间喷漆房、2间中涂房与调漆房共同使用一套二级活性炭装置，总设计风量为30000m3/h。
2、活性炭箱设计
结合项目的生产场地及投资成本考虑，现设计一套30000m3/h的二级活性炭吸附箱，尺寸为：2800*2135*2150，单层抽屉尺寸为760*760*210，共36个抽屉。可容纳3.6方蜂窝活性炭（约重1.5t）。炭箱体积为12.85立方米，本项目采用100*100*100的650碘值大孔蜂窝活性炭。
由于现场位置不够，无法提供活性炭吸附箱的摆放位置，根据企业需求，现决定在2号喷漆房顶端搭建7200*4200*2700的平台用于摆放离心风机、活性炭设备和检测平台。考虑到喷漆房工作人员的安全问题与平台长度受限问题，活性炭箱的装载数量无法达到每1万风量配备1 吨活性炭吸附配备的要求。企业决定增加更换活性炭频率和过滤棉频率，生产过程使用低挥发性水性涂料，尽量减少有机废气的排放。
图4-1活性炭箱废气流向图


图4-2本项目喷漆有机废气处理工艺流程图
4.5工艺说明
1、漆雾在风机的吸力下进入干式漆雾过滤器，气体经有机废气处理设备内的气体分布器分布后向设备内上方行走，在行走的过程中，遇到漆雾净化液，漆雾与液体进行完全饱和接触，颗粒状尘雾被净化液进行吸附带走进入储液槽，余下的洁净气体通过网状过滤器过滤后再进入活性炭吸附塔，净化后的达标气体在风机吸力下排向大气。
2、活性炭吸附装置处理有机废气的原理是在一定的温度和压力下，当活性炭与有机废气接触时，将有机废气吸附于活性炭的细孔中。气、固相开始接触时，对有机废气中的甲醇、苯系物等物质的吸附是主要过程，在活性炭的众多微孔结构中分为大中小三种微孔结构，其中微小孔起主要吸附作用。活性炭具有微晶结构，微晶排列完全不规则，晶体中有微孔（半径小于20〔埃〕＝10-10米）、过渡孔（半径20～1000〔埃〕）、大孔（半径1000～100000〔埃〕），使它具有很大的内表面，比表面积为500～1700m2/g。这决定了活性炭具有良好的吸附性，可以吸附废水和废气中的金属离子、有害气体、有机污染物、色素等。工业上应用活性炭还要求机械强度大、耐磨性能好，它的结构力求稳定，吸附所需能量小，以有利于再生。活性炭用于油脂、饮料、食品、饮用水的脱色、脱味，气体分离、溶剂回收和空气调节，用作催化剂载体和防毒面具的吸附剂。随着时间的延长，活性炭细孔中吸附质浓度的不断增大，吸附速度会不断减慢，直到活性炭达到饱和状态。此时，吸附速度和解吸速度达到动态平衡，气、固相之间的传递相等。活性炭吸附系统净化效率与活性炭的吸附量有关，当活性炭吸附装置运行一段时间后，其净化效率会下降到某一限值，此时废气排放不达标，须更换吸附箱里的活性炭，更换的活性炭需交由有资质的公司进行处理。
4.6末端治理技术总体要求
对于各种治理技术的应用要求企业在选择综合可行的设计方案、落实运行维护记录、考量是否产生二次污染、二次污染处理处置等方面提出具体明确的规范，以保证企业VOCs的持续稳定的达标排放。综合可行的设计方案可聘请行业专家给技术把关，避免选择的设计方案与企业实际不尽相符；治理设施安装、调试完成，在运行管理过程中须建立企业VOCs管理台账、建立相关的各项规章制度以及运行、维护和操作规程，明确耗材的更换周期和设施的检查周期，建立主要设备运行状况的台账制度，保证设施正常运行。
4.7预期治理效果分析
参考《广东省汽车制造业挥发性有机废气治理技术指南》，活性炭吸附对有机废气的治理效率可达50%~80%，项目单级活性炭对有机废气的处理效率取65%，则二级活性炭有机废气的治理效率为87.75%。考虑到项目设备在实际运行过程中去除效率可能因为产污设备、废气污染物浓度及性质、温度等的差异有所浮动，为保守起见，本项目废气“干式过滤器+二级活性炭”处理效率按保守85%计算。
4.8主要设备参数
各设备参数见下表4-2。
表4-2主要设备参数一览表
序号        名称        规格        材质        数量        备注
1        二级活性炭吸附箱        处理风量：30000m3/h        -        1套        
3        排风离心风机        Q>30000m3/h        Q235        1台        
4        送风离心风机        Q>7000m3/h        Q235        4台        

5        电气及自控系统设计
5.1设计范围
包括废气处理站界区内的低压配电、自动控制系统。
5.2电源及用电负荷
废气处理站设一路供电电源，由甲方提供：380/220V，50Hz，配电系统采用三相五线制、单相三线制，接地保护系统为TN-S系统。
5.3电缆及敷设
电力电缆选用VV型及VV22型，控制电缆选用KVV型及KVVP型，敷设方式采用室外电线槽。外部进线电缆接至我司的电柜中。
5.4防雷接地
采用避雷带、避雷短针对建筑物作防雷保护。利用天然接地体加上人工接地极作为接地极，工作接地及保护接地共用一套接地极。
5.5控制设计
均为手动控制。

6        工程运行成本
项目每天的运行成本主要为电费、活性炭原料更换及过滤棉费用。
1、电费
系统平均每天运行时间约为4小时，电费按1元/度计，功率按75%计算。
风机电耗为：30kw+11kw*4=74kw
则每天的电费为
74×4×75%×1=222元
3、活性炭更换费用
根据客户提供的水性漆成分报告和检测报告，水性漆年用量为4吨，换算出总VOCs为1.078t/a，工艺中是选用全封闭设备空间，收集效率可达到85%。一年工作300天，一天工作时间为4h，计算出总收集VOCs量为26.95mg/m3。本项目活性炭吸附设备填充量为3600个650碘值活性炭。
计算方法一：
蜂窝活性炭比重：0.43g / cm3?，（430Kg / m3）。
所采用蜂窝活性炭吸附的平衡保持量取75%计，S = 0.75。
一块蜂窝活性炭质量：0.1×0.1×0.1×430kg / m3?= 0.43kg。
单套设备需要蜂窝活性炭量为：0.43Kg × 3600（块）= 1548kg ，m=1548Kg。
根据活性炭更换周期计算公式：
T=?m?×?S?÷?C?÷?10-6÷?Q?÷?t
式中：
T—周期，单位天
M—活性炭的质量，单位kg
S—平衡保持量，%
10-6—单位转换系数
Q—风量，单位m3/h
t—每天运行时间，单位h/d
T1=1548 × 0.75 ÷ 26.95 ÷ 10^6 ÷ 30000 ÷ 4 = 359天
计算方法二：
根据单位活性炭能，吸附有机废气量计算活性炭使用时间。蜂窝炭1g能吸附600mg的有机废气。
一块蜂窝活性炭质量：0.1×0.1×0.1×430kg?/?m3?=?0.43kg
单套设备蜂窝炭重量
0.7×0.7×0.2×36÷0.001=3600块×0.43kg=1548kg
设备蜂窝炭的吸附能力为：1548kg=1548000g
600mg ×?1548000（g）=?928800000mg
总过滤量为：26.95mg/m3?×30000m3?/?h=?808500mg/h
吸附满周期T2
928800000mg?÷?808500mg/h?=?1148.8h
每天工作4小时算
T2=1148.8÷4=287天
因为T1 >T2所以本项目活性炭更换周期为287—359天，由于这是理论计算，需结合企业的生产情况、现场环境所影响、广东天气温度与湿度，在综合考虑下建议企业活性炭更换周期为4个月更换一次，一年更换3次。
设计蜂窝活性炭更换周期为120天，每次更换量约为3.6方，单价为3500元/方，即每更换一次需要12600元，故平均每天活性炭更换费用为12600÷120=105元。
4、干式过滤器更换费用
根据系统平均每天运行时间约为4小时，设计过滤棉更换周期为7天，每次更换两层，单价为150元，即每更换一次需要150元，故平均每天过滤棉更换费用为150÷7=21.4元。
7        技术服务承诺
为确保设施的运行稳定，我们将以完善的设计、精良的设备、全面的质量和进度管理、专业化的系统调试及人员培训和优良的跟踪服务体系，充分体现高起点、操作方便化、运行低成本、处理达标的效果。我公司对本工程技术服务承诺如下：
1、据建设方要求及实际情况对本方案进行必要的修改和补充，确保废气达标排放。
2、免费为厂方培训上岗人员，保证培训后能独立上岗操作和进行简单的维修；帮助厂方制定合理规范的操作规程。
3、对本工程进行终生技术支持，并免费提供有关最新技术咨询指导。
4、工程设备保修壹年，此后以成本价向厂方提供备品更换件。

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