涂装车间系统化节能减排的探索与实践.pdf

392023年第04期涂装的节能减排，是整车企业四大工艺的重中之重。从智能制造到绿色生产，节能、环保的理念已经深入到了整个汽车制造业。龚淑娟 刘凯冬涂装车间系统化节能减排的探索与实践汽车工业对环境的影响越来越大，因此，在继续引领全球新能源汽车发展的同时，在生产制造的过程中努力实现节能减排、低碳环保，是汽车产业可持续发展的重要保障。汽车工厂四大工艺当中，最大的能耗和环保压力都来自于涂装。涂装车间是汽车企业最主要的用能单位，需要消耗大量的水、电、气等，涂装工艺的能耗基本占到了整车生产能耗的 70%。涂装的环保压力也是四大工艺中最大的，特别是涂装原材料的环保材料迭代难度非常大，为了减少对环境影响，更多采用的是末端治理。那么，以涂装工艺的能耗和环保痛点为例，各家企业是如何实现节能减排的呢？节水减排涂装车间是车厂的第一用水大户，目前业内单车用水量大约在 0.8 1.1 吨区间（乘用车），那么一座年产能几十万辆的工厂的用水量和污水排放量可想而知。业界通常从改良工艺、完善设备功能、采用新技术和新材料等方面来考虑节水，如：逆工序补水、降低槽液更新周期、减少工序间带液量、回用反渗透装置浓水、采用膜分离技术处理废水并实现循环再利用、采用粉末涂料和干式喷涂设备直接取消循环水系统等。事实上，与水相关每一个环节都有节水潜力。作为水系统解决方案的专家，格兰富水泵（上海）有限公司工业中国总经理黄崇洁认为：“我们相信每一滴水都能改变世界，我们就是要释放这种潜能。格兰富致力于以更高效的方式获取水、输送水、处理水，通过高能效与智慧型的水系统解决方案（图 1），PAINTING涂装图 1 格兰富水系统解决方案39-47 涂装.indd 392023/6/26 18:15:5940 2023年第04期PAINTING涂装赋能客户节水节能、减污降碳，实现绿色转型。”根据该公司最近发布的2022 年可持续发展报告，格兰富提供的水系统解决方案在 2022 年帮助终端用户节水超过 18 亿立方米。作为汽车行业节水典范，广汽集团一直非常重视水资源管理，制定了专门的节水制度，全面节省不必要的水资源消耗，提升水资源使用效率，并积极推动循环再利用。广汽集团旗下的广汽乘用车公司通过涂装工艺优化、车间冷凝水回收、污水处理站回用水冲洗斜板等一系列节水改善项目，广汽乘用车公司每年节水约 1200 吨。节水的同时，减少污水排放也刻不容缓。在污水产生环节，可通过优化前处理电泳的喷淋量、导槽频次，从而直接减少废水的排放；在末端处理环节，可采用中水回用的处理方式，实现废水零排放，回用的水可用于绿化和生活以及部分生产领域（图 2）。对于污水减排，广汽集团旗下各企业采取了不同的措施。广汽埃安制定了水污染控制程序，控制和减少水污染物的产生与排放，满足法规和企业内部要求，避免水污染发生，设定严格内控目标(法规标准的 80%)，确保 100%合规排放。广汽本田在增城工厂涂装车间导入了先进的“膜处理技术”，全厂通过预处理、物化处理、生化处理、过滤和深度处理五个阶段，工厂生产、生活用水达到 100%回收利用，工厂不设对外排污口，实现了“废水零排放”。上汽乘用车制造部的技术工程师李先生则介绍说，他们的涂装车间通过优化新鲜水补水溢流量、前处理纯水浸洗槽槽液回收利用、优化前处理电泳倒排槽排放周期等举措，在原废水排放量的基础上可减少10%的排放。节电降耗涂装工艺高能耗的最大痛点主要在于车身烘干环节，为达到符合要求的涂料固化，整个烘干过程中，所有涂层必须达到烘烤窗口内的温度和时间。在这个过程中，采用更低固化窗口的材料，如低温电泳漆、低温胶等，将有助于烘烤温度和时间的优化，实现能源节约。此外，近几年业界也在积极探索使用绿色电力等可再生能源替代天然气的电热车身烘房。杜尔公司开发的电热车身烘房，相较于传统涂装车间可减少约40%的二氧化碳排放量。杜尔公司还开发了一个包含多个能效模块的完整方案，包括：先进的隔热概念，无撬输送技术，以及 EcoSmart VEC 烘房控制系统等，以期实现整个系统的节能降耗。喷房是涂装车间的核心工艺，上汽乘用车宁德基地采用先进的干式喷房技术实现节能降耗。在喷漆室的漆雾分离系统规划中，上汽乘用车采用干式纸盒式漆雾分离系统，解决了传统的湿式文丘里系统循环风需要除湿耗能的痛点，同时节省了水循环系统、废渣干燥等冗余的非工艺设备，并且能够大幅度地提高漆雾分离效率，相较于湿式文丘里系统，能够实现综合节能 67%左右。相比于对工厂运行、工艺流程和主要高能耗点的关注度，记者注意到，很多工厂对系统和设备是否在高效区间运行的关注度不够，还有很大节能空间。对此，格兰富水泵（上海）有限公司工业中国总经理黄崇洁举例说：“以占工业总能图 2 采用中水回用的处理方式，实现废水零排放39-47 涂装.indd 402023/6/26 18:15:59412023年第04期耗的近 20%的水泵为例，由于系统老旧、泵选型不合理等原因，大部分工厂的水泵并没有在最优能效区间工作，仅这一个方面，泵的节能空间就高达 20%50%。如果用户能够关注到这一点，充分挖掘泵的节能潜力，工厂整体的节能空间可达 4%10%。”这些应用不仅包括涂装车间、冷却塔、余热回收、中水回用等工艺环节，还包括工厂锅炉、供水、排水、暖通空调、消防以及办公区等公共服务。江淮汽车集团安庆分公司的二期项目就是一个很好的案例，其涂装车间前处理的八道工序和电泳的三道工序都采用了高能效的格兰富水泵，不仅可以降低电耗和成本，还能够减少碳足迹。应用在该项目中的水泵均符合国家新近升级的 IE4 能效标准，预期整体节能率可以达到 10%。据测算，在水泵的生命周期成本中，能耗开支占了全生命周期费用的 85%，剩下的 10%通常来源于服务和维护费用，而初期购买水泵的价格一般不超过其寿命周期成本的 5%。针对用户不同的工艺需求和成本控制需求，格兰富提供的价值优化服务，能够从水泵、介质、环境，以及控制和系统等各个方面，系统化地为用户量身定制全套解决方案。减少 VOC 排放涂装工艺需要将 VOC 集中处理后排放，除了苯系物以外，VOC 排放包括很多酯类、烯烃、烷烃类化合物，这些物质在常温下会蒸发到空气中，其毒性、刺激性、致癌性和特殊的气味会对人体健康造成严重损害，这些污染质在大气中还会与其他化学物质复合产生二次污染物，环保挑战巨大无比。在 控 制 VOC 污 染 排 放 方面，梅赛德斯-奔驰卡车工厂涂装重金属废水采用“混凝沉淀+离子交换树脂”工艺，厂区综合污水采用“高级氧化+厌氧+MBBR+接触氧化+MBR”工艺。各项水污染物满足水污染物综合排放标准指标前提下，比对污染物排放许可总量进行指标内控，镍、CODcr、氨氮等主要指标均远远低于标准值，如氨氮排放量比标准值的 1/10 还低。一汽红旗繁荣工厂的涂装车间运用干式漆雾过滤装置，可将空气中的杂质过滤到 0.1mg/m3以下，并送入空调系统循环利用，促使能耗降低 50%；配备沸石转轮+RTO 焚烧处理装置，使得厂内 VOC 去除率达 99%，热能回收利用率也达 95%。上汽乘用车的一项喷房空调系统的全新设计也带来了 VOC的良好减排效果。他们提高了涂装车间的喷漆系统循环比，降低了新风风量，在大幅减少空调能耗的同时，大幅缩减了后续废气治理设备的规模，同时，废气治理设备可以舍弃沸石浓缩转轮，直接采用 RTO 焚烧，使得在余热回收量增加的同时，还可以将废气治理效率提升至 98%以上，实现了 VOC 减排。这一项目综合效能显著，是整车涂装领域的重大革新，为国内首创。当然，环保的可持续性，还需要在源头的材料应用和工艺升级上寻求更多突破。目前，业内大部分车企都采用了低挥发性的有机化合物含量的水性色漆涂料，从源头减排 VOC。原来3C2B 的主流涂装工艺也逐步被3C1B、2C1B、B1B2 等更加环保的涂装工艺所替代，这些新工艺可有效降低固体废弃物和废气污染物排放，更加符合未来发展需求。结束语涂装的节能减排，是整车企业四大工艺的重中之重，窥一斑而见全豹，在四大工艺的每个环节，所有企业都在想方设法节能减排，致力于全面而系统化地实现可持续发展的工厂目标和企业战略。从智能制造到绿色生产，节能、环保的理念已经深入到了整个汽车制造业。小到每个制造环节的节能减排、每个工艺流程的绿色环保，大到整个工厂运维乃至工业园区的绿色生态建设，都将成为汽车制造业在未来发展中重点探索与发展的工作内容，并将成为决定主机厂和配套厂商资格认证和行业竞争力的核心要素之一。在可持续发展的道路上，汽车制造业作为制造业先锋，肩负重要行业责任，携手共建绿色家园、同心共创可持续的未来！39-47 涂装.indd 412023/6/26 18:16:00