汽车涂装生产线如何实现节能减排?
我国汽车行业节能减排技术应用还处于初始阶段,必须通过大力宣传和推广节能减排理念,引进、吸收、开发和应用 涂装生产线 节能减排技术,以降低涂装生产线的生产能耗和减少各种污染物排放量。
汽车工业由于其自身的特点,在整个工业生产中占有一定份额,并带动了相关产业的发展。近年来,世界各国汽车制造企业在节能减排方面投入资金很大。特别是耗能和排污大户的涂装生产线,耗能占整车生产企业总耗能50%以上,污染物排放量也占各生产线的首位,其耗能和排污处理的费用直接影响企业的生产成本。针对涂装生产线的节能减排技术,研究人员始终在潜心研究,想方设法推出新的节能减排技术并将其应用,以节省世界能源和减少对世界环境的污染。
国内外涂装生产线节能减排差距
目前国外最先进的节能型涂装线可以节省能耗25%左右。通过废气余热回收技术(喷漆系统排气热能回收、烘干系统烟气余热回收)、喷漆系统空气循环利用技术等等,可使涂装线节能10%~25%,相应减少CO2排放10%~25%。例如:
·二次回收利用喷漆室排出的废气,可以减少排放废气10%以上,节省耗能约10%。
·烘干室加热采用集中废气焚烧炉,排放温度在160℃以下,比国内采用分散焚烧换热炉节能20%以上。
·利用热轮式换热器,回收喷漆室排出废气中的热量,冬季使喷漆室节能60%以上。
·通过改进涂装工艺,使VOC排出量降低到35g/m2以下,降低CO2排出量15%~20%。
国内与国外涂装线比较存在的主要差距:
·国内自己建造的涂装生产线很少采用节能减排技术。
·采用二次回收利用喷漆室、烘干室排出废气的余热回收利用和喷漆室空气循环利用技术还没有完全掌握并推广应用。
·烘干室加热主要采用分散焚烧换热炉,排放温度在200℃以上。
·国外乘用车涂装生产线与国内同类涂装生产线比较,单车能耗相差约0.0788t标煤左右。例如:全部国产设备的涂装线单车能耗约0.3117t标煤,全部引进设备的涂装线单车能耗约0.2329t标煤,全部引进设备并且采用节能减排技术的涂装生产线单车能耗约0.1943t标煤。
国外节能减排技术的应用
涂装工艺
⑴采用中涂和面漆3C1B涂装工艺。3C1B涂装工艺与传统3C2B涂装工艺相比,减少了一台中涂烘干室、强冷室和检查修整工序等,经验证明3C1B工艺较传统的3C2B涂装工艺节能约20%左右。这种涂装工艺已在日本轿车车身涂装工艺中成熟应用,经过几年的应用表明:与3C2B工艺比较,能降低VOC排出量45%(达到35g/m2以下),减少CO2排出量15%~20%,在涂膜质量维持相同的基础上,两种工艺比较每台车身涂装成本降低约15%。
⑵免中涂的双底色涂装工艺的应用。选择满足耐候性、装饰性和耐紫外光照射要求的电泳和面漆涂料,双底色工艺比3C2B工艺减少材料消耗20%以上,节省能源达30%。德国汽车企业已经在轿车涂装生产线上应用。
⑶新的涂装规划。例如,某公司2010年以后,涂装工艺整合成外部密封移至焊接车间,进入涂装生产线的工艺施工顺序为:采用新型的防腐膜工艺和烘干、水性中涂与基色漆与粉浆罩光涂料和烘干、自干型车底涂料和自干型内部密封胶。此工艺中涂和面漆施工是3C1B涂装工艺。目标是VOC排出量削减87%,CO2排出量削减52%。废弃物减少40%。该涂装工艺一旦实施节能显著,节省能源达50%以上,其工艺已在该公司中国的合资企业新规划的未来涂装生产线采用,今后建成将投入使用。
喷漆室和烘干室
⑴喷漆室的热能回收:喷漆室排气中的热能由换热装置回收,用于加热空调机从室外吸入的冷空气,然后再经空调机过滤、调温(调湿)送入喷漆室。
⑵喷漆室的循环空气利用:回收喷漆室排出空气中的部分空气,经过滤和除漆、除溶剂处理后,送回至喷漆室循环使用。
⑶利用外置式自动喷涂设备(自动喷涂机或喷漆机器人)减少喷漆室宽度。外置式自动喷涂设备使喷漆室内部宽度减为4m以内,可以减少喷漆室的供风量及能耗约15%左右。
⑷烘干室的热能回收:国外烘干室的废气处理装置主要应用回收式热力直接燃烧系统(TAR)或集中蓄热式热力直接燃烧系统(RTO)。两者在废气处理和热能利用方面,比国内普遍采用的分散式燃烧系统要好得多。
为了更好的利用烘干室废气高温余热,国外有的企业将涂装线的烘干废气进一步集中回收,最终使烘干室的烟气排放温度达到120℃以下。
推进我国节能减排技术应用
我国汽车企业涂装生产线可在以下几方面大力推进节能减排技术的应用。
汽车企业涂装生产线工艺设计
⑴根据涂装产品结构和选择合适的密封胶材料,取消车身胶烘干及强冷设备,粗略估算可降低涂装线全部烘干能耗的15%左右。
⑵根据产品技术要求,合理采用双底色涂装工艺;或采用中涂和面漆3C1B涂装工艺。
⑶研究开发适合密封胶、PVC车底防护涂料、中涂漆、底色漆和罩光漆湿碰湿施工工艺和材料,然后采用一次烘干。此工艺可减少2台烘干室,仅烘干室节能就可以减少全部烘干能耗的40%以上。
⑷新型涂装工艺布置思路:把电泳和密封线与中涂和面漆线分别布置在两个独立的厂房中,采用两个厂房平行式或垂直式布置。根据能耗和洁净要求不同分别考虑,使其更节省能源和减少废气排放。
汽车企业涂装生产线设备开发
1.汽车企业涂装生产线前处理设备的节能减排措施
⑴采用低温前处理材料。用脱脂工序40℃和锌盐磷化工序35℃的前处理工艺替代中温的前处理工艺。
⑵采用快速磷化处理工艺。缩短磷化处理时间。
⑶采用新开发的无磷酸盐环保型转化膜(氧化锆或硅烷技术)预处理工艺。减少表调和钝化等工序,以减少废水排放。
2.汽车企业涂装生产线喷漆室的节能减排措施
⑴喷漆室采用部分排风二次循环利用。手工喷漆的排风二次循环应用到自动喷涂区、晾干区和烘干室的供风系统。减少新鲜空气量的用量,减少废气排放及能耗。
⑵利用转轮全热式换热装置回收喷漆室排风中的热量或冷量,以及含湿量,用于我国北方地区。
⑶设备设计应该考虑送排风量的控制。正常工作时,有工件连续通过送排风系统能够全量运行;间断工作或临时停车,无工件通过送排风系统能够部分运行。通过调节送排风量实现节能减排。
⑷尽量缩小喷漆室内部空间,减少供风和排风量。计算下降风速时,选用规定的经验数据范围的下限值。
⑸利用外置式自动喷涂设备或壁挂式喷涂机器人,减少喷漆室宽度和操作空间。可以减少喷漆室约15%左右的供风量及相应的能耗量。
3.汽车企业涂装生产线烘干室的节能减排措施
⑴采用具有保温节能型结构的烘干室实现节能减排。减少烘干室进出口的热损失;废气燃烧综合处理,余热回收利用;控制烘干室内的溶剂浓度,减少排风量;在保证涂层质量的前提下,合理的缩短工艺时间等。
⑵重视烘干废烟气中的热量利用达到节能。烘干室排放的烟气(>200℃)与补充烘干室的新鲜空气进行热交换,使烟气温度降至160℃或以下再排放,充分回收利用烟气中的余热。
烘干室的废气处理装置应选用集中供热的换热系统:蓄热式热力直接燃烧系统(RTO)或回收式热力直接燃烧系统(TAR)。使烟气温度达到160℃以下。国内很多烘干室排放的烟气温度大于200℃,应该充分回收利用烟气中的余热。
回收烟气中的余热可以采用下列方法:
①使补充烘干室的新鲜空气先经过RTO排放的尾气(200℃左右)热交换后,再送到烘干室出入口。实现烟气热量回收,并能节省一套燃烧装置。
②收集烘干排放的尾气(200℃左右)经热交换,使排放温度降至120℃以下,余热用于加热热水。
⑶选用双组份低温固化涂料替代高温烘烤型涂料。双组份低温固化涂料烘干温度一般在90℃左右范围内。
⑷尽量采用低温热固型涂料。如:新型烘干温度较低的阴极电泳涂料。
⑸采用新型涂料及涂膜固化方法配套使用的新技术。如:UV(紫外线)固化涂料及UV固化法的应用。新开发的UV和热双固化罩光涂料。
汽车企业涂装生产线节水措施
充分节约和利用水资源,达到减少废水排放的目的。
⑴逆工序补给供水。对于脱脂和磷化以及电泳后的各个水洗工序段,采用逆工序向前面水洗槽溢流补水,至各个工序段第一水洗排放。
⑵脱脂和磷化工序的槽液补加水采用其后各自的清洗水补加,不直接添加自来水。
⑶水洗工序清洗水的再生循环利用。前处理最终循环纯水洗工序排水,经RO装置处理再生,用于新鲜纯水洗工序。电泳超滤液采用ED-RO技术。
⑷涂装生产线的纯水制备装置排出的浓缩水,用于补充喷漆室的循环水、厕所冲洗水使用等。
⑸前处理脱脂水洗槽的排水可用于喷漆室循环水的补充水使用。
汽车企业涂装生产线 其它
在实际设计中,高水平的节能减排技术和设备固然可以节省能耗和减少排放,但是可能会带来设备投资较大,只有通过对节能减排技术和设备应用的建设投资与节省的运行费用进行经济分析和综合对比,重视科学的生产管理,例如:集中排产优化生产;控制设备的能耗启动时机、减少设备空运行;加强对高耗能设备的管理等等,实现低能耗运行,才能达到既能满足节能减排要求,降低能耗和减少排放,又能合理投资,节省运行费用的目的。
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