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工程机械涂装中挥发性有机化合物的治理形势与对策

北极星VOCs在线  来源:电镀与涂饰  作者:张瑞 陈吉祥等  2019/4/17 9:37:58  我要投稿  
所属频道: VOCs治理  关键词:VOCs治理 挥发性有机物 VOCs减排 

3.1 源头控制

采用不含VOCs或低VOCs涂料,就不产生或少产生VOCs,从而实现零排放或少排放。具体而言,粉末涂料和电泳涂料是目前涂料利用率最高、VOCs排放最低的两种涂料,因此是VOCs减排最好的选择。但是,电泳涂层和粉末涂层的烘干温度较高,仅适用于板材比较薄的工件,否则能耗过大。工程机械产品零部件只有少量的薄板件,大多数是中厚板件。对于驾驶室、发动机罩等薄板件,若采用电泳底漆+粉末面漆,可基本实现VOCs 的零排放。对于机架、工作装置等厚板件,采用水性底漆+水性面漆,也可实现VOCs 的源头减排。

需要指出的是,水性涂料虽然已经在汽车行业应用近10年,涂层性能指标也已不亚于溶剂型涂料涂层,但是其施工条件要求比较苛刻。汽车涂装生产线建设等级高,对温度、湿度等工艺条件控制严格,因此涂装质量稳定。而工程机械涂装线相对简单,对温度、湿度等工艺条件控制不十分严格,因此无法套用汽车水性涂料工艺。不过近年来轨道交通、集装箱、农机等行业也大范围采用水性涂料,这为工程机械中推广水性涂料提供了较好的借鉴。特别是自2013 年大气环境污染治理政策趋严以来,许多涂料厂家也开始加大水性涂料的研发,推出了面向工程机械的水性涂料产品,工艺窗口宽,推动了工程机械水性涂料的应用]。目前,国内部分知名工程机械企业已经大范围使用水性涂料或开展水性涂料应用研究[。

但是,水性涂料目前在工艺性上与溶剂型涂料相比还有很多差距。首先,水性涂料对被涂工件表面温度有要求,一般需要在15°C 以上,一些涂料厂家提供的涂料已经能在10°C 条件下施工。因此,采用水性涂料需要对已有涂装生产线进行改造,增设工件预热室,在冬季低温时对工件进行预热后才能进行喷涂。其次是水性涂料的漆膜干燥较慢。在同样的烘烤条件下,油漆漆膜已达到半硬干,而水性漆漆膜只能是指触表干。因此,将油漆切换为水性漆需进行设备改造及大量的工艺试验。

另外,水性漆仍然含有少量溶剂,根据各省市的排放标准,有的可能达标直接排放,有的有可能在排放速率上超标,还需要对废气进行收集处理。按照每小时使用30kg 调配好的溶剂型涂料和水性涂料,以某品牌水性漆对VOCs排放速率及达标情况进行测算,结果见表3。如果排放速率要求在3.0kg/h 及以上,每小时使用30kg调配好的水性涂料的话,VOCs排放速率不会超标,但如果排放速率的限值是2.4kg/h 及以下,就会超标。

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从政策来看,水性涂料将是未来VOCs 减排的主要方向。很多政策文件中都明确提出推广使用水性涂料。2015年1月26日,财政部与税务总局联合发布《关于对电池、涂料征收消费税的通知》(财税[2015]16号),对施工状态下挥发性有机物含量高于420 g/L 的涂料征收消费税。2015年6月1日起,3项水性工业涂料产品行业标准──《水性聚氨酯涂料》(HG/T 4761–2014)、《水性环氧树脂防腐涂料》(HG/T4759–2014)和《水性丙烯酸树脂涂料》(HG/T 4758–2014)正式实施,这是我国水性工业涂料发展过程中又一个重要的里程碑。2016 年6 月21 日,新的《国家危险废物目录》(原环境保护部令第39 号)由原环境保护部联合国家发展改革委员会、公安部发布,自2016年8月1日起执行,水性漆不再列入其中。另外,水性漆由于以水作为溶剂,对职业健康和安全生产而言都是最好的选择。而且,水性涂料的VOCs减排效果明显。据报道,12m的普通公交车更换为水性涂料后,每台车涂装产生的VOCs从4.10kg 降至0.51kg,降幅达87.56%。2018年11月6日,福建省人民政府印发《福建省打赢蓝天保卫战三年行动计划实施方案》(闽政[2018]25号),鼓励重点行业企业开展生产工艺和设备水性化改造,加大水性涂料、粉末涂料等绿色、低挥发性涂料产品的使用,加快涂料水性化进程,从生产源头减少挥发性有机物排放。在《长三角地区2018−2019年秋冬季大气污染综合治理攻坚行动方案》中,上海将整车制造行业、汽车零部件以及涂料和油墨生产行业的低VOCs 含量产品源头替代列为VOCs专项整治的主要任务,并在措施中明确禁止生产高VOCs含量有机溶剂型涂料、油墨和胶黏剂的新、改、扩建项目。

因此,对工程机械而言,采用水性漆虽然目前仍然存在工艺难点和能耗增加问题,但是其适应性比电泳涂装、粉末涂装要强,VOCs含量比高固体分涂料低得多,而且国家及各地政府也在倡导,因此是一种主流趋势。此外,天冬聚脲涂料作为一种新型涂料,在VOCs含量、涂层质量、综合成本、能量消耗、投资费用等综合评价方面优势明显,开始受到关注,但是在工程机械行业应用仍处于试验阶段。

3.2 工艺控制

工艺上控制主要是减少涂料浪费,提高利用率。普通空气喷涂的涂料利用率只有25% ~ 40%,大量涂料被浪费,同时消耗大量的溶剂,产生大量的VOCs。如果采用高效的喷涂工具,将涂料利用率提高,涂料消耗及VOCs排放也会减少。如图4所示,理论上(即利用率100%的情况下)需要使用1kg涂料的工件,如果利用率只有20%,那么实际需要5 kg 涂料;如果利用率为30%,那么需要3.33kg 涂料;如果利用率提高至40%,那么需要2.5 kg 涂料;如果利用率达到50%,那么2 kg 涂料即可。将涂料利用率从30%提高到40%,涂料消耗量减少0.83kg,相对减少25%;如果涂料利用率能从30%提高到70%,那么涂料消耗量将从3.33kg 减少到1.43kg,相对减少57%。因此从理论上来看,通过提高涂料利用率来实现减排的空间很大。

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不同涂装方式的涂料利用率见表4。虽然不同喷涂方式的涂料利用率差别很大,但受工件结构、外形喷涂尺寸等影响,想将空气喷涂都更换成无气喷涂或混气静电喷涂也不现实。比如,对于外形尺寸较小的零件,更换成无气喷涂后利用率不一定能提高,反而可能会更低。一般而言,喷涂尺寸较小的零件时,涂料利用率肯定会比喷涂大平面尺寸工件时低。对于小工件,除了可以通过吊具的设计优化,增加悬挂数量来提高涂料利用率,还可以采用浸涂方式,避免喷涂造成的浪费。通过喷涂顺序的优化也可以提高涂料利用率。另外,在涂料使用的过程中,应保持涂料及稀释剂容器的密闭,以减少溶剂的挥发。

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3.3 末端治理

在溶剂型涂料仍然广泛应用的情况下,末端治理依然是一种有效的减排途径。末端治理的工艺方法很多,它们的处理效率差距大,适用的废气不同,处理成本也存在较大差异。因此在选择废气处理方法和装备时要充分调研,根据喷漆线排风量、用漆量、当地排放标准等来选择,并且应考虑处理成本高低、是否存在危废、运行是否安全等因素。一般来说,单一的废气处理工艺难以达到要求,因此需要采用组合处理工艺。表5 是部分有机废气处理工艺的比较,可供参考。

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过去为了大气治理,许多地方采取了一刀切的方式。近年来,一些地方的环保部门开始区别对待,给予一些环保设施齐全、运行良好的企业一定的豁免政策,比如黄色预警时可以不停产而限产,但是对环保设施有特别要求,如要求涂装废气处理采用复合工艺才能获得豁免权。

对于VOCs减排计算,一些地方出台了具体的计算方法或标准。《浙江省工业涂装工序挥发性有机物排放量计算暂行方法》(浙环发[2017]30号)对不同涂装废气处理技术规定了不同的调整系数(见表6)。如果最终排放量与税费挂钩,那么企业应结合当地计算标准或方法,既要确保达标排放,又要考虑降低税费。

各地除了对涂装行业VOCs治理有总体要求之外,还对工程机械行业提出了专门的要求。比如《浙江省挥发性有机物深化治理与减排工作方案(2017−2020年)》、《山东省“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》和《广东省挥发性有机物(VOCs)整治与减排工作方案(2018−2020 年)》都要求工程机械推广使用高固体分和粉末涂料,到2020 年年底前使用比例达到30%以上,试点推行水性涂料,积极采用自动喷涂、静电喷涂等先进涂装技术,加强有机废气收集与治理,有机废气收集率不低于80%,对采用溶剂型涂料的有机废气建设吸附燃烧等高效治理设施。

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末端治理只能说是现阶段的一种补救措施,从长远来看,还得从源头控制着手。福建省人民政府印发的《福建省打赢蓝天保卫战三年行动计划实施方案》、生态环境部印发的《长三角地区2018−2019年秋冬季大气污染综合治理攻坚行动方案》、山西省人民政府办公厅印发的《关于开展2018−2019 年秋冬季大气污染综合治理攻坚行动促进空气质量进一步改善的通知》(晋政办发电[2018]67号)、天津印发的《天津市2018−2019年秋冬季大气污染综合治理攻坚行动方案》(津政办发[2018]44 号)、浙江省发布的《浙江省打赢蓝天保卫战三年行动计划》(浙政发[2018]35 号)和江苏省印发的《江苏省打赢蓝天保卫战三年行动计划实施方案》(苏政发[2018]122号)都明确禁止建设生产和使用高VOCs含量的溶剂型涂料的项目。因此,不仅溶剂型涂料VOCs处理需要成本,而且溶剂型涂料的来源也会变窄。随着水性涂料的应用范围扩大,产能扩充,技术进步,以及工艺性能改善,其优势会不断加大。

4 结语

大气污染治理是一个长期的过程,短期内各项政策、标准不会放松。涂装工序VOCs作为大气处理的一个专项,标准、措施不断细化。打好蓝天保卫战,工程机械涂装责无旁贷,否则不仅仅是大气环境污染问题,还是企业正常生产经营问题。因此,工程机械涂装应积极主动地采取VOCs减排措施,将VOCs排放降低到符合国家、地方的标准要求,为打赢蓝天保卫战做出应有贡献。

源头控制是VOCs减排的最佳选择途径。但是,工件外形尺寸、质量、板材厚度等因素限制了电泳涂装、粉末涂装的应用,局限在驾驶室、油箱、机罩等薄板件上。因此,水性喷涂必然是工程机械涂装源头减排的发展方向,而且推广应用速度在加快。虽然目前水性涂料的成本与溶剂型涂料相比还较高,但许多地方已经在打赢蓝天保卫战三年行动计划或相关文件中明确禁止建设生产和使用高VOCs含量的溶剂型涂料的项目。因此,今后溶剂型涂料的成本优势会减弱,甚至消失。由此看来,即使采用了末端治理的企业,也需要将“油改水”纳入规划。

对于目前仍采用溶剂型涂料的企业,一定要参照地方相关标准,做好溶剂型涂料的使用记录和废气设备的运行记录并存档。

原标题:工程机械涂装中挥发性有机化合物的治理形势与对策简

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