間節(jié)能技術(shù)進(jìn)展與推廣九院馬汝成

1、涂裝車間節(jié)能技術(shù)的進(jìn)展與推廣馬汝成 （機(jī)械工業(yè)第九設(shè)計研究院 130011）摘要本文通過討論國內(nèi)外涂裝車間的節(jié)能技術(shù)實際應(yīng)用的進(jìn)展，對國內(nèi)涂裝車間的工藝設(shè)計、涂裝設(shè)備及土建公用設(shè)施等方面的節(jié)能應(yīng)用及其推廣發(fā)展進(jìn)行了論述和探討。關(guān)鍵詞 節(jié)能技術(shù)應(yīng)用汽車主要生產(chǎn)車間之一涂裝車間是耗能大戶，涂裝車間節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，可以為汽車制造企業(yè)提供非?？捎^的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。因此，全面推進(jìn)汽車企業(yè)節(jié)能降耗，推廣應(yīng)用涂裝節(jié)能技術(shù)完全符合國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的整體要求。1 涂裝車間節(jié)能的重要性近十年來，節(jié)能是世界發(fā)展的主題，世界各國汽車制造企業(yè)在節(jié)能方面投入了大量資金。特別是涂裝生產(chǎn)耗能占整車生產(chǎn)企業(yè)總耗能50以上，

2、其能耗大小直接影響整個企業(yè)的能耗量及生產(chǎn)成本。針對涂裝車間的節(jié)能技術(shù)，研究人員始終在潛心研究，設(shè)法將研究成果投入應(yīng)用，以達(dá)到節(jié)省世界能源的目的。國內(nèi)在涂裝節(jié)能方面投資力度明顯薄弱。目前，僅有某些合資企業(yè)在涂裝車間的節(jié)能方面投入較大，從而造成我國目前生產(chǎn)汽車的涂裝車間能耗居高不下。因此，針對我國汽車行業(yè)在節(jié)能技術(shù)應(yīng)用方面還處于初始階段，必須通過大力宣傳和推廣節(jié)能理念，引進(jìn)、吸收、開發(fā)和應(yīng)用涂裝節(jié)能技術(shù)，降低涂裝車間的生產(chǎn)能耗，達(dá)到節(jié)能和為國家節(jié)省能源儲備量。2 國內(nèi)外涂裝車間節(jié)能差距2.1、國外狀況涂裝裝備制造技術(shù)歐美日處于領(lǐng)先水平，國際上生產(chǎn)成套汽車涂裝裝備，主要由德國杜爾和埃斯曼、日本大氣社

3、和帕卡以及美國海登和ABB等國際涂裝公司承擔(dān)，其中德國制造技術(shù)水平最高。節(jié)能技術(shù)已逐漸用于歐美日汽車企業(yè)的涂裝生產(chǎn)線。目前國外最先進(jìn)的節(jié)能型涂裝線，可以節(jié)省能耗25%左右。通過廢氣余熱回收技術(shù)（噴漆系統(tǒng)排氣熱能回收、烘干系統(tǒng)煙氣余熱回收），噴漆系統(tǒng)空氣循環(huán)利用技術(shù)等等，可使涂裝車間節(jié)能10%25。例如：· 二次回收利用噴漆室排出的廢氣，可以減少送入的新鮮空氣10%以上，節(jié)省耗能約10%；· 烘干室加熱采用集中廢氣焚燒爐，排放溫度在160以下，比國內(nèi)采用分散焚燒換熱爐節(jié)能20%以上。據(jù)介紹節(jié)能型烘干室煙氣排放溫度最低可達(dá)120；· 利用熱輪式換熱器，回收噴漆室排出廢

4、氣中的熱量，冬季使噴漆室節(jié)能60以上。2.2、國內(nèi)狀況及與國外比較存在的差距國內(nèi)涂裝裝備制造技術(shù)始終是照搬和模仿國外。目前國內(nèi)涂裝裝備制造的主要技術(shù)相當(dāng)于上世紀(jì)90年代末或本世紀(jì)初的德國和日本涂裝公司的水平，國內(nèi)企業(yè)建設(shè)涂裝線，采用國產(chǎn)化裝備的水平基本上都在這一檔次。究其原因，一方面國內(nèi)技術(shù)創(chuàng)新能力不如國外，另一方面國外很多新技術(shù)具有專利，國內(nèi)無法仿造。與國外比較存在的主要差距：· 國內(nèi)自己建造的涂裝線沒有采用節(jié)能技術(shù)；· 沒有采用二次回收利用噴漆室、烘干室排出廢氣的余熱和噴漆室空氣循環(huán)利用技術(shù)；· 烘干室加熱主要采用分散焚燒換熱爐，排放溫度在200以上，最高可達(dá)

5、230以上。· 國外乘用車涂裝生產(chǎn)線與國內(nèi)同類涂裝生產(chǎn)線比較，單車能耗相差約0.0788t標(biāo)煤左右。例如：全部國產(chǎn)設(shè)備的涂裝生產(chǎn)線單車能耗約0.3117t標(biāo)煤，全部引進(jìn)設(shè)備的涂裝生產(chǎn)線單車能耗約0.2329t標(biāo)煤，全部引進(jìn)設(shè)備并且采用節(jié)能技術(shù)的涂裝生產(chǎn)線單車能耗約0.1943t標(biāo)煤。數(shù)據(jù)比較見圖1。 圖1 涂裝線單車能耗比較圖3 節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的進(jìn)展為了節(jié)省能源，國外汽車生產(chǎn)企業(yè)以及國內(nèi)某些合資企業(yè)的涂裝車間正在逐漸應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，其中：涂裝工藝設(shè)計正在逐漸朝著改進(jìn)工藝或合并工序和選擇節(jié)能設(shè)備的趨勢發(fā)展。3.1涂裝工藝的改進(jìn)采用中涂和面漆“濕碰濕”涂裝工藝（3C1B）。 3C1B涂裝工藝

6、與傳統(tǒng)工藝相比，減少了一臺中涂烘干室和強冷室等，經(jīng)驗證明3C1B工藝較傳統(tǒng)的“三涂層（3C2B）”涂裝工藝節(jié)能約20%左右。這種涂裝工藝已在轎車車身涂裝工藝中成熟應(yīng)用。國外汽車公司的涂裝規(guī)劃。某公司2010年以后，涂裝工藝整合成外部密封移至焊接車間，進(jìn)入涂裝車間的工藝施工順序為：采用新型的防腐膜工藝和烘干、水性中涂與基色漆與粉漿罩光涂料和烘干、自干型車底涂料和自干型內(nèi)部密封膠。此工藝屬于中涂和面漆“濕碰濕”涂裝工藝（3C1B）。目標(biāo)是VOC排出量削減87%，CO2排出量削減52%。廢棄物減少40%。此涂裝工藝一旦實施節(jié)能顯著，節(jié)省能源達(dá)50%以上，其工藝布置見圖2。 圖2 涂裝規(guī)劃示意圖免中涂

7、的新型“二涂層（2C1B）”涂裝工藝的應(yīng)用。選擇滿足耐候性、裝飾性和耐紫外光照射要求的電泳和面漆涂料，“2C1B工藝”比“3C2B工藝”減少材料消耗20%以上，節(jié)省能源達(dá)30%。國外已經(jīng)在轎車涂裝線上采用。國外某公司針對 “2C1B”與“3C2B”涂裝工藝能耗的比較見表1。表1 2C1B和3C2B不同工藝能耗比較表項目電泳漆中涂底色漆罩光清漆涂料消耗量（kg）生產(chǎn)能源消耗（%）工藝1（2C1B）CED水性溶劑7.070工藝2（3C2B）CED水性水性雙組份9.0100工藝3（3C2B）CED溶劑水性雙組份9.5100工藝4（3C2B）CED水性水性單組份9.51023.2噴漆室和烘干室節(jié)能技術(shù)

8、應(yīng)用噴漆室的熱能回收將噴漆室的排氣引入換熱裝置，由換熱裝置回收排氣中的熱能后再排放，回收的熱能用于加熱空調(diào)機(jī)從室外吸入的冷空氣，然后再經(jīng)空調(diào)機(jī)過濾、調(diào)溫（調(diào)濕）送入噴漆室。圖3 噴漆室的熱能回收示意圖圖4 轉(zhuǎn)輪式熱回收裝置示意圖噴漆室的循環(huán)空氣利用由噴漆室排出的空氣中回收部分空氣，經(jīng)過濾和除漆、除溶劑處理后，送回至噴漆室循環(huán)使用。利用外置式自動噴涂設(shè)備（自動噴涂機(jī)或噴漆機(jī)器人）減少噴漆室寬度。外置式自動噴涂設(shè)備使噴漆室內(nèi)部寬度減為3.8m以內(nèi)，可以減少噴漆室的供風(fēng)量及能耗約15左右。烘干室的熱能回收國外烘干室的廢氣處理裝置主要應(yīng)用回收式熱力直接燃燒系統(tǒng)（TAR）或集中蓄熱式熱力直接燃燒系統(tǒng)（R

9、TO）。兩者在廢氣處理和熱能利用方面，比國內(nèi)普遍采用的分散式燃燒系統(tǒng)要好得多。為了更好的利用烘干室廢氣高溫余熱，國外有的企業(yè)將涂裝車間的烘干廢氣進(jìn)一步集中回收，最終使烘干室的煙氣排放溫度達(dá)到120以下。4 節(jié)能技術(shù)的推廣與規(guī)劃我國汽車企業(yè)涂裝車間可在以下幾方面推進(jìn)節(jié)能措施的應(yīng)用。4.1 優(yōu)化工藝布置可以采用分線布置工藝段的方法，降低運行成本。根據(jù)產(chǎn)量匹配，把面漆涂裝線分成兩條線設(shè)置，產(chǎn)量高時，同時開動；產(chǎn)量低時，僅開動一條涂裝線。對于中涂和面漆噴漆線，在產(chǎn)量允許的情況下，可以采用中涂線和面漆線合并涂裝的辦法布置設(shè)備。只建一條面漆線，完成中涂和面漆涂裝。根據(jù)涂裝產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和選擇合適的密封膠材料，取

10、消車身膠烘干及強冷設(shè)備，粗略估算可降低涂裝線全部烘干能耗的15%左右。根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求，合理采用新型的“2C1B”涂裝工藝；或采用中涂和面漆“濕碰濕”噴涂的“3C1B”涂裝工藝。研究開發(fā)適合密封膠、PVC車底防護(hù)涂料、中涂漆、底色漆和罩光漆濕碰濕施工工藝和材料，然后采用一次烘干。此工藝可減少2臺烘干室，僅烘干室節(jié)能就可以減少全部烘干能耗的40%以上。通過工藝分區(qū)布置，在滿足各區(qū)域不同的潔凈度和溫度要求下，調(diào)整廠房的送風(fēng)量和冬季不同區(qū)域的溫度，在保證通風(fēng)要求的前提下，盡量減少廠房的通風(fēng)換氣量，節(jié)省廠房能耗。新型涂裝工藝布置思路：把電泳和密封線與中涂和面漆線分別布置在兩個獨立的廠房中，采用兩個廠房

11、平行式或垂直式布置。根據(jù)能耗和潔凈不同要求分別考慮，更節(jié)省能源。4.2 開發(fā)節(jié)能設(shè)備4.2.1前處理設(shè)備的節(jié)能措施采用低溫前處理材料。用脫脂工序40和鋅鹽磷化工序35的前處理工藝替代中溫的前處理工藝。采用短時間磷化處理工藝。縮短磷化處理時間。采用新開發(fā)的無磷酸鹽環(huán)保型轉(zhuǎn)化膜(氧化鋯或硅烷技術(shù))預(yù)處理工藝。減少表調(diào)和鈍化等工序。4.2.2噴漆室的節(jié)能措施噴漆室采用部分排風(fēng)二次循環(huán)利用。手工噴漆的排風(fēng)二次循環(huán)應(yīng)用到自動噴涂區(qū)、晾干區(qū)和烘干室的供風(fēng)系統(tǒng)。減少新鮮空氣量的用量及能耗。利用轉(zhuǎn)輪全熱式換熱裝置回收噴漆室排風(fēng)中的熱量或冷量以及含濕量，用于我國北方地區(qū)。設(shè)備設(shè)計應(yīng)該考慮送排風(fēng)量的控制。正常工作

12、時，有工件連續(xù)通過送排風(fēng)系統(tǒng)能夠全量運行；間斷工作或臨時停車，無工件通過送排風(fēng)系統(tǒng)能夠部分運行。盡量縮小噴漆室內(nèi)部空間，減少供風(fēng)和排風(fēng)量。計算下降風(fēng)速時，選用規(guī)定的經(jīng)驗數(shù)據(jù)范圍的下限值。利用外置式自動噴涂設(shè)備或壁掛式噴涂機(jī)器人，減少噴漆室寬度和操作空間?？梢詼p少噴漆室約15左右的供風(fēng)量及相應(yīng)的能耗量。4.2.3烘干室的節(jié)能措施采用具有保溫節(jié)能型結(jié)構(gòu)的烘干室。減少烘干室進(jìn)出口的熱損失；廢氣燃燒綜合處理，余熱回收利用；控制烘干室內(nèi)的溶劑濃度，減少排風(fēng)量；在保證涂層質(zhì)量的前提下，合理的縮短工藝時間等。重視烘干廢煙氣中的熱量利用。烘干室排放的煙氣（200）與補充烘干室的新鮮空氣進(jìn)行熱交換，使煙氣溫度降

13、至160或以下再排放，充分回收利用煙氣中的余熱。烘干室的廢氣處理裝置應(yīng)選用集中供熱的換熱系統(tǒng)：蓄熱式熱力直接燃燒系統(tǒng)（RTO）或回收式熱力直接燃燒系統(tǒng)（TAR）。使煙氣溫度達(dá)到160以下。國內(nèi)很多烘干室排放的煙氣溫度大于200，應(yīng)該充分回收利用煙氣中的余熱?；厥諢煔庵械挠酂峥梢圆捎孟铝蟹椒ǎ豪眉行顭崾綗崃χ苯尤紵到y(tǒng)（RTO），使補充烘干室的新鮮空氣先經(jīng)過RTO排放的尾氣（200左右）熱交換后，再送到烘干室出入口。實現(xiàn)煙氣熱量回收，并能節(jié)省一套燃燒裝置。收集烘干排放的尾氣（200左右）經(jīng)熱交換，使排放溫度降至120以下，余熱用于加熱熱水。在烘干室的分散供熱的換熱系統(tǒng)中，將燃燒換熱裝置和廢氣

14、焚燒換熱裝置排放的煙氣收集通過新風(fēng)換熱裝置對新鮮空氣加熱后排放。排放的煙氣溫度由原來的200以上降至160以下。烘干室煙氣余熱回收利用舉例如下圖。圖5 烘干室煙氣余熱回收利用示意圖選用雙組份低溫固化涂料替代高溫烘烤型涂料。雙組份低溫固化涂料烘干溫度一般在90左右范圍內(nèi)。盡量采用低溫?zé)峁绦屯苛稀Ｈ纾盒滦秃娓蓽囟容^低的陰極電泳涂料。采用新型涂料及涂膜固化方法配套使用的新技術(shù)。如：UV（紫外線）固化涂料及UV固化法的應(yīng)用。新開發(fā)的UV和熱雙固化罩光涂料。4.3 節(jié)水措施充分節(jié)約和利用水資源。逆工序補給供水。對于脫脂和磷化以及電泳后的各個水洗工序段，采用逆工序向前面水洗槽溢流補水，至各個工序段第一水洗

15、排放。脫脂和磷化工序的槽液補加水采用其后各自的清洗水補加，不直接添加自來水。水洗工序清洗水的再生循環(huán)利用。前處理最終循環(huán)純水洗工序排水，經(jīng)RO裝置處理再生，用于新鮮純水洗工序。電泳超濾液采用ED-RO技術(shù)。涂裝線的純水制備裝置排出的濃縮水，用于補充噴漆室的循環(huán)水、廁所沖洗水使用等。前處理脫脂水洗槽的排水可用于噴漆室循環(huán)水的補充水使用。4.4 重視土建與公用設(shè)施重視涂裝車間建設(shè)時土建和公用采用的節(jié)能設(shè)施非常必要，以此可以節(jié)省較大的公用設(shè)備的運行能耗。4.4.1建筑節(jié)能應(yīng)用廠房依據(jù)工藝設(shè)備布置需求，確定不同跨度、高度和結(jié)構(gòu)形式，在滿足工藝使用空間盡量減少各層樓板的支撐梁截面高度，力求簡捷適用，合理

16、使用土地，減少廠房總高度，注意節(jié)能效果。采用節(jié)能型建筑，在重視廠房潔凈設(shè)施的同時，注意使用建筑節(jié)能材料，重視廠房四周墻壁和屋面的保溫。例如：外墻采用磚墻外掛單層壓型鋼板中間夾超細(xì)玻璃棉氈，屋面采用輕型鋼梁，輕質(zhì)保溫屋面板，提高廠房密封性和保溫性。合理布置空調(diào)機(jī)房，有效的利用空間，減少廠房機(jī)械通風(fēng)空間。4.4.2公用節(jié)能應(yīng)用暖通設(shè)施· 制冷機(jī)組設(shè)計時按照制冷機(jī)冬季不啟動考慮，冬季直接使用冷卻循環(huán)水為耗冷設(shè)備提供冷源，節(jié)省制冷機(jī)組運行能耗。· 車間采暖使用直接燃燒加熱裝置，燃燒器的控制系統(tǒng)可以根據(jù)車間的溫度要求和室外的氣溫變化自動調(diào)節(jié)送風(fēng)的空氣溫度，節(jié)省廠房采暖能耗。·

17、; 涂裝車間全封閉廠房為全空調(diào)供風(fēng)方式，采用回風(fēng)裝置，節(jié)約能源。一、二班生產(chǎn)時，空調(diào)供風(fēng)采用部分室外新風(fēng)或部分廠房回風(fēng)；停工或三班停產(chǎn)時，空調(diào)供風(fēng)全部采用廠房回風(fēng)。電氣設(shè)施· 將變壓器盡可能靠近負(fù)荷中心設(shè)置，降低運行中的低壓損耗，節(jié)約電能。· 細(xì)分照明回路的控制范圍，按照區(qū)域布控，可根據(jù)使用需要開啟或關(guān)閉照明燈，節(jié)約照明電能。動力設(shè)施· 采用動能（天然氣、蒸汽等）上班預(yù)熱帶熱交換的涂裝設(shè)備時，盡量延長預(yù)熱時間，減少動能供應(yīng)的最大負(fù)荷。· 使用蒸汽熱交換站提供熱水供能時，設(shè)置凝結(jié)水回收系統(tǒng)。實踐證明常規(guī)的汽車工廠同類系統(tǒng)可節(jié)約20左右的熱量。水道設(shè)施·涂裝車間排放的污水，經(jīng)過污水處理設(shè)置的中水回用系統(tǒng)，處理后達(dá)到中水用于廠區(qū)綠化、洗車、澆灑路面等用途。4.5 加強生產(chǎn)管理重視科學(xué)的生產(chǎn)管理，實現(xiàn)低能耗運行。建立科學(xué)的生產(chǎn)管理流程，理順管理過程的每一個環(huán)節(jié)。通過對人員節(jié)能管理培訓(xùn)、控制設(shè)備的能耗啟動時機(jī)、減少設(shè)備空運行、集中排產(chǎn)優(yōu)化生產(chǎn)等達(dá)到降低能耗的目的。例如：集中排產(chǎn)優(yōu)化生產(chǎn)：國內(nèi)工廠根據(jù)市場情況，在低產(chǎn)量生產(chǎn)時段，采用集中排產(chǎn)方式組織生產(chǎn)，實行停三開四或停四開三生產(chǎn)班制，全年實現(xiàn)節(jié)能10%以上。控制設(shè)備的能耗啟動時機(jī)、減少設(shè)備空運行：對