汽車整車制造發傳廠技改項目中除鉻環保工藝分析

高 超，謝小琛

（一汽-大眾汽車有限公司，吉林長春 130000）

近年來，汽車制造商必須采取必要措施使制造過程對環境友好，車身面板的回日收再利用可減少對原材料的需求，進而減少對自然資源的影響。

汽車制造行業雖不是高能耗行業，但由于其產業鏈長，工藝復雜，工序多，能源消耗量較大。隨著國內汽車制造行業發展規模不斷擴大，能源消耗量逐年增加，能源費用對制造成本的影響也越來越大，實施節能技術措施，提高能源利用效率是極其必要的。國內某整車制造企業，年汽車整車產能為20萬輛。2013年綜合能源消耗量（當量值）為25 649tce。其中，年耗電量9 261.3萬kW.h，折標煤（當量值）11 382.2tce；年耗天然氣105 424 242nm3，折標煤14 021.18tce；年耗汽油172.4t，折標煤253.7tce。

1 工藝流程

新增的 APS 廠房內新增 1 條缸體等離子噴涂生產線。用貼合性更好的缸體等離子噴涂技術替代原鋁制缸套貼合技術，提升缸孔的圓柱度，減少活塞運動時受到的摩擦力，從而達到提升發動機功率，減輕發動機質量，減少排量的目的。

等離子噴涂是利用電極間高頻高壓電使氣體電離形成等離子火焰（中心溫度可達 1.5 萬度以上）作為熱源，將涂層粉末瞬間融化并高速噴向缸孔表面，形成牢固的涂層。噴涂工藝在常壓下全密閉式的等離子噴涂機內進行，全部采用全自動機械噴涂工藝，噴涂粉末為鐵基粉末材料。噴槍的陽極和陰極分別接電源的正、負極，噴嘴和電極之間通入工作氣體（氬氣和氫氣），利用高頻電弧放電使氣體電離產生等離子弧，在噴槍內產生等離子流，待噴涂的合金粉末通過送粉載氣送入等離子焰流中，被加熱到熔融或半熔融狀態，并被等離子流噴射到工件表面。該噴涂過程主要為物理過程。噴射過程會因粉末堆積率的差異產生未附著的金屬粉末，本項目設計附著率為 80%。由于噴涂距離短，鐵基合金粉末離子在焰流中時間短，溫度升高至熔點左右（鐵基粉末熔點為 1 200~1 300℃）時噴射到基材表面，合金呈半融化狀態，不會達到鐵基粉末的沸點（約 3 000℃）。噴射后未附著在工件表面的粉末材料在腔體內迅速冷卻凝固，少量隨設備排氣排出，因此等離子噴涂工序產生的主要污染物為等離子噴涂煙塵。

等離子涂層生產線缸孔珩磨采用多軸珩磨機，保證節拍需求，關鍵工序的加工設備配備檢測裝置。涂層后，缸體清洗使用的清洗機采用多工位定位電加熱清洗機（45℃），清洗劑經過濾后回用，清洗劑定期排放。本項目清洗劑為堿性，主要成分為氫氧化鈉和表面活性劑，因此涂層上的金屬離子不會進入清洗水中。線上設自動測量機對缸孔進行100%的表面檢測。清洗后對缸體進行上倒角和下倒角的加工、粗珩。加工完成后，對缸體進行終清洗和缸孔及表面檢查。

由于本工藝中所用等離子涂層粉末為重點原輔材料，且含重金屬鉻，因此，本著堅持“清潔生產”“污染預防”“達標排放”和“總量控制”的原則，需要制定切實可行的污染防治措施，確保技改后的廢氣、廢水、廢渣排放能滿足國家及地方法規相關要求。

2 鉻平衡分析

缸體等離子噴涂生產線，在缸體缸孔中噴涂鐵基粉末。每個發動機有 4 個缸孔，每個缸孔的表面積為0.03m2，因此每臺發動機噴涂表面積為 0.125m2。涂層的平均厚度為 250μm，涂層密度為 3.8g/cm3，粉末涂層在缸孔上的附著率為80%，因此單臺發動機使用的粉末重量為 0.148kg。技改完成后，發動機產能為60萬臺/a，因此鐵基粉末的用量為 89t/a。根據涂層的 MSDS 報告，含鉻質量分數為0.028。

等離子噴涂煙塵主要由 APS 廠房等離子噴涂工序產生，約80%的涂層材料附著在缸體上，未附著在缸體上的涂層材料（約20%）隨等離子噴涂煙塵排出，其中的鉻主要以單質和合金顆粒態的形式存在，干式過濾裝置對工藝尾氣的處理效率不低于98%。涂層后加工倒角、粗珩和缸孔精加工均為濕式加工。在對缸孔進行倒角，并對缸孔內部進行粗珩，將涂層厚度從250μm 減到172.5μm，乳化液經 APS 廠房新建的乳化液過濾系統過濾后循環使用，定期排入污水處理站，油霧經過濾系統處理后經排氣筒排放；聯合廠房對缸孔內部進行精加工時，將缸孔涂層厚度從172.5μm 減到 125μm，乳化液經乳化液過濾系統過濾后循環使用，定期排入污水處理站，油霧經過濾系統處理后經排氣筒排放。聯合廠房內已建 5 套乳化液過濾系統，其中一套為缸孔珩磨乳化液專用過濾系統，不會與其他工序乳化液混合，如圖1。

圖1 鉻平衡圖（kg/a）

3 治理工藝

廢氣：原有粉塵處理設備作為基礎配置，繼續深化處理至廢氣中污染物（重金屬）痕量。使用含三級過濾系統（一級、二級為玻璃纖維過濾器，三級為HEPA 高效過濾器）的粉塵廢氣處理系統，預留活性炭深度處理設備，確保過濾后顆粒物中鉻、鎳等重金屬低于檢測限。三級過濾效果：顆粒物中重金屬去除率達到99.98%。如圖2。

圖2 廢氣治理設施圖

廢水：缸孔涂層車間的廢水在車間排放口前深化處理至回用，無排放；要求水回用至：例如清洗機清潔/過濾設備清潔。

廢水來源：清洗機廢液、機加工乳化液、珩磨機珩磨液、油霧分離設備回收泵站廢水等；廢水量：400t/a；處理要求：廢水零排放，出水滿足工藝回用。回用點位：乳化液配液或日常補水，設備保養清洗用水等。廢水處理占地 120m2左右(12m×10m)，一層高度 4.5m，荷載 6T；二層高度 4m，荷載 4T；污水站廢氣處理設備 16m2，室外放置。如圖3。

圖3 廢水治理工藝圖

擬用處理工藝：GEM 預處理+MVR 蒸發+UF+RO+殺菌。

工藝簡介，MVR 是機械式蒸汽再壓縮技術（mechanical vapor recompression）的簡稱，是利用蒸發系統自身產生的二次蒸汽及其能量，將低品位的蒸汽經壓縮機的機械做功提升為高品位的蒸汽熱源。如此循環向蒸發系統提供熱能，從而減少對外界能源的需求的一項節能技術。由于二次蒸汽不斷被壓縮循環作為加熱熱源，使單位噸耗降低，節能效果明顯，由于蒸發溫度低，產品停留時間短，常被用于熱敏物料的蒸發濃縮。超濾原理也是一種膜分離過程原理，超濾利用一種壓力活性膜，在外界推動力(壓力)作用下截留水中膠體、顆粒和分子量相對較高的物質，而水和小的溶質顆粒透過膜的分離過程。反滲透又稱逆滲透，一種以壓力差為推動力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作。對膜一側的料液施加壓力，當壓力超過它的滲透壓時，溶劑會逆著自然滲透的方向做反向滲透。從而在膜的低壓側得到透過的溶劑，即滲透液；高壓側得到濃縮的溶液，即濃縮液（濃水）。

處理工藝優點：藥劑用量少，產泥量少；無須復雜的預處理系統；設備簡單，操作容易；處理水質穩定，滿足工藝回用要求；濃縮倍數高，廢水量小，蒸發耗能低；設備占地小，節約投資。

廢渣：使用后涂層粉等合法處置；廢水和廢氣處理產生的危廢由有資質的廠家處置。

APS 生產過程產生的固廢，需要進行危廢判定，依判定結果進行處置；APS 配套環保工程：產生的固廢按照 2020 版《國家危險廢物名錄》進行合規處置。

4 結論

本技改工藝設備全部采用全防護設計，產生的油霧、粉塵、等離子噴涂煙塵的設備配備通風除塵裝置，設備通風采用分區集中方式。其中等離子噴涂煙塵分別經干式過濾裝置過濾后經排氣筒從廠房頂部排放。乳化液采用 APS 廠房單獨建設的乳化液過濾系統集中過濾，本項目使用的乳化液呈堿性，進入乳化液的金屬碎屑和粉末涂層均呈顆粒態，因此在乳化液過濾過程中被有效去除，去除效率不低于98%，乳化液循環使用后定期排放進入污水處理站。廢清洗液經 APS廠房清洗劑過濾機處理后循環使用，定期排放進入污水處理站。因此，本工藝產生的廢氣、廢水、廢渣全經由上述處理工藝進行處置，能夠得到徹底的治理，可實現達標排放，符合國家環保標準。