启飞汽车

摘要

    汽车涂装生产占总生产能耗的73%及大部分排放, 节能减排工作非常急迫且效果重大。需要从生产线规划初期, 即从工艺设备及管理方面进行节能减排设计优化。本文分析了汽车涂装节能减排的新方向。

一、前言

    涂装车间在汽车传统四大工艺的能耗占比在73%, 又占据了大部分生产过程中的三废排放, 因此涂装车间的工艺设计往往决定了整个汽车基地的节能减排水平, 也对于整个周边环境以及汽车厂本身的效益有着巨大影响。
    中国汽车市场年产销量在3000万台左右, 现已成为世界第一大汽车生产国及第一大消费市场, 即全世界汽车行业最大的能耗和排放就在中国。常规的涂装车间能耗每降低10%, 可给数万家庭提供能源。节能减排所能带来的成果和意义非常巨大。

二、涂装车间能耗与排放研究

1.能耗概述

    目前我国新建涂装生产线工艺水平和涂装质量已与国际接轨, 装备水平也是一流。但是既有生产线参差不齐, 工艺设备差异性非常大, 且在技术升级改造上缺乏动力, 同时导致节能环保方面较为落后, 随着市场竞争的加剧, 面临淘汰压力。
    依照HJ/T 293—2006《汽车制造业涂装清洁生产标准》一级 (最高级) :3C3B耗电量≤20 k W·h/m, 按车身面积100 m2/台计, 则单车能耗在2000KWh。而美国的节能明星要求是1000KWh。应该说, 标准的落后也让我国涂装行业相对落后。
    目前除了环境评估, 能耗评估也开始列入了新建涂装车间投产的关键环节, 这将带来新建涂装车间能耗方面的进步。

2.排放分析

    CO2排放量可与上节中提到的综合能耗可以相互转换。
    整体而言, 前处理及电泳产生工业废水。
    烘干室主要是涂层固化过程中散发的VOC。
    喷漆室则产生含过喷油漆漆雾的废气, 以及处理过喷漆雾产生的废水废渣或其他固废 (取决于废漆处理工艺) 。
    世界各国在环境保护, 大气净化方面相继制定限制VOC的排放量的法规, 总的趋势是相互促进, VOC排放量限值越来越小, 对涂装工艺及处理效果的要求越来越严, 并已成为全球涂装及涂料界关注的焦点之一。我国尚无统一的限值规定, 但是各地方政府或各企业有各自的标准, 东部沿海各地区在2015和2016年更是相继出台更为严格的标准。对于废水排放, 近年来我国东部沿海重点区域, 如太湖流域出台地方法规, 要求氮磷等零排放。

3.节能减排方法

    汽车涂装节能减排一直是各大汽车生产企业, 涂料供应商以及设备供应商共同努力的方向, 也因此, 新的节能减排方法也源自新工艺, 新设备及汽车企业的能源管理。

4.新工艺

    新工艺往往源自车企和涂料供应商的共同努力。涂装的目的在于美观及防腐。在满足该需求的条件下, 或减少不必要的工序, 或开发更加环保的涂料。
    减少工艺如减少涂层数量, 烘干次数或工位。如免中涂或紧凑型面漆工艺, 直接减少了中涂喷漆室, 烘干室, 打磨室及相应的机器人, 空调, 废水处理, VOC排放等等, 在各方面全面的节约了建设成本及运行能耗。还提升了一次合格率等。
    减低生产工艺需求:发展喷涂窗口更大的油漆;如用薄膜技术代替需要加热及大量过滤的磷化。以薄膜前处理为例, 最大程度减少了重金属, 废弃物及废水的排放, 少渣或无渣, 并可用袋式过滤器替代传统压滤机;降低废水处理难度, 无磷工艺, 且无需处理BOD和COD;工艺过程化学品消耗量降低;可在室温下处理, 无需加热, 也减少了对换热设备的酸洗;工艺有所简化, 可减少表调工位, 前处理整体可减少两到三工位。不管是经济效益还是管理都带来更大的方便性, 年运行费用可减少一百到三百万元。

5.新设备

    对于设备企业来说, 首要不断开发新设备来满足新工艺。如配合薄膜前处理的设备系统。或者针对苛刻油漆窗口的节能空调技术。
    其次, 在满足绝对工艺需求基础上, 对设备进行系统上不断精益优化设计, 如喷漆室的循环风技术, 烘干室的系统化设计, 各工位的余热回收等。比如喷漆室循环风技术, 传统喷漆室通常使用水来处理漆雾并因此配备全新风, 该经过处理的空气结合漆雾后不循环再利用或非常少量循环利用, 能耗巨大。伴随机器人的大量使用及干式喷漆捕集技术的成熟, 循环风技术可进行应用, 再结合水性涂料及免中涂工艺等, 节能降本非常显著, 免去了废水处理, 同时产生的固废可进行再次利用。
    还有就是设备控制技术的进步, 使得设备更加智能化, 主动减少浪费。如烘干室的智能控制, 可根据烘烤车身的数量, 来调节新风的比例, 这样既减少了废气排放, 也节约了能源。
    此外, 对车身所处环境的空间进行减少, 也可显著减低能耗。如前处理电泳伴随先进输送设备可减小槽体体积, 机器人占地减少可减小喷漆室面积。
    还有就是各设备自身的不断进步, 如喷漆效率提升的机器人等等。

6.能源计量及管理

    在涂装车间的运行上, 也要不断的进行精益管理, 并以能源计量系统为基础做出高效而有针对性的持续改进。能源计量管理系统将记录生产过程的各种能源消耗, 并通过与评估的能源消耗进行对比分析, 自动识别及警告能耗过高的区域和停工区域, 对于车间的能耗管理, 也提供了横向及纵向的依据。否则的话, 涂装车间只能依据来自公用动力部门的月报, 无从知晓各区域各时段的具体能耗, 对于一些能耗浪费也无从得知无处下手。
    在汽车行业中, 产能过剩的现象也日趋严重。而且对涂装车间这种热非标设备为主的工厂来说, 当产量明显下降时, 单车能耗成本会大幅增加。而各企业往往也无力无心进行大规模的改造, 只能放任能源浪费, 并且造成恶性循环, 或者直接关停工厂。非满产的现象同样存在于调试投产阶段或者新车型导入阶段。在这些情况下, 需要及时依据生产方式的转变做出相对应的管理措施, 减少不必要的浪费。比如优化生产组织, 调节设备待产状态, 减少设备空转时间等等。
    以上三个方向在实际应用中也需要在实际应用中共同推进, 并注意匹配性。

三、结语

    目前我国仍面临巨大的环保及减排压力, 科学有效的管理能源浪费及减少排放是当务之急。汽车涂装节能减排的潜力巨大, 需要精益求精, 实现经济效益, 社会效益和环境效益的统一。


作者：刘昊天  来源：科技展望
 

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