汽車涂裝節能減排的新工藝技術

潘長開

摘 要：節能減排是當今社會發展的重要議題。汽車制造企業作為能源消耗大戶，也應順應時代發展，積極探索汽車涂裝節能減排新工藝、新技術，以降低運行成本，實現節能減排目標。對此，文章在分析汽車涂裝節能減排領域的各項新工藝、新技術應用現狀的基礎上，對其具體應用路徑展開全面分析。

關鍵詞：汽車涂裝 節能減排 新工藝 新技術

1 引言

進入21世紀，汽車涂裝作業應兼顧經濟性與環境友好性。首先，在經濟性方面，汽車涂裝材料與工藝的使用，應注意節約能耗、節省投資、降低成本。其次，在環境友好性方面。汽車涂裝作業應滿足低揮發性有機化合物排放、低碳無害、低污水排放等要求。這就需要汽車制造企業不斷簡化、優化涂裝工藝，積極采用各種新材料，引入各項新技術、新工藝，最大限度地降低汽車涂裝工藝生產流程中的能源消耗與環境污染，從而達到節能減排的目的。

2 汽車涂裝節能減排技術的新工藝技術應用

2.1 運用新材料

為更加有效地控制汽車制造產業對涂裝材料的應用，國際上已經制定了專門針對汽車行業揮發性有機化合物排放的標準。涂裝材料的選擇是提升汽車涂裝節能減排效果的關鍵所在。德國作為汽車產業發展的先行者，早在20事跡，就已經研制出了水性涂料技術，在控制揮發性有機化合物排放方面發揮了重要作用，后該技術也被引入我國汽車制造行業。但是由于水性涂料生產能耗大、使用成本高，逐漸已無法滿足汽車行業發展需求，因此，高固體分涂料應運而生。高固體粉分涂料主要采用高分子材料，其在汽車制造領域的應用，不僅能夠降低汽車生產能耗，且更加符合減少揮發性有機化合物排放的要求。總體而言，當前汽車生產領域雖然有很多種綠色節能的汽車涂裝材料，包括水性涂料、高固體份材料等。這些材料在汽車涂裝中的應用，雖然無法完全的杜絕環境污染，但是能夠有效降低揮發性有機化合物的排放。因此，為更好地達到節能減排效果，汽車生產企業應注重選擇環保性的涂裝材料。

2.2 應用新工藝

當前，我國汽車制造業主要采用的是3C2B涂裝工藝，即中涂—烘干—色漆—清漆—烘干。該工藝雖然為我國汽車行業的主流工藝，但是同樣存在生產過程能耗大，揮發性有機化合物排放過高等弊端。雖然3C2B涂裝工藝在其發展過程中經過了數次改良，但是改良版的3C2B涂裝工藝對于汽車生產環境，包括生產空間、潔凈度、投資成本等方面都提出了更高要求，導致汽車生產成本大幅提高，從而使得部分汽車生產廠商對該技術望而卻步。近年來，隨著汽車涂裝工藝的不斷升級，美國在3C2B涂裝工藝的基礎上不斷改良，研制出了B1B2涂裝工藝。該工藝不僅能夠大幅降低生產能耗以及汽車生產成本，在節能減排方面更是有著就明顯優勢。但是B1B2涂裝工藝在我國汽車制造業的應用與推廣，還需要結合我國汽車制造業發展的實際情況，從長計議。

2.3 采用新設備

想要更好地達到汽車涂裝節減排的效果，不僅要注重運用新材料、應用新工藝，還要注重采用新設備。目前在我國的汽車制造行業為了減少汽車生產過程中二氧化碳的排放量，大多已經用LED燈取代了傳統的日關燈。相較于日光燈，LED燈不僅能耗低、耐用性能好，其在汽車涂裝中的應用，能夠更好地達到節能減排的效果，降低生產成本。此外，將機器人引入汽車涂裝作業中，不僅能夠提高作業效率，還可獲得更好的霧化效果與涂裝效果。由于汽車涂裝作業會產生大量廢氣，利用蓄熱式熱力焚化爐（RTO）處理涂裝過程中產生的廢氣，能夠有效分解揮發性有機化合物，回收熱量，實現能源的回收再利用。另外，為達到節能減排效果，在汽車噴涂作業中，還可循環利用噴涂室的空調風，以此降低新風的使用量，降低汽車噴涂作業中的能源消耗。當前，市面上還有很多能夠起到節能減排效果的噴涂設備，如干式噴涂室。在汽車生產制造中，為有效降低能源消耗，達到節能減排的目的，我們應加強節能式噴涂設備的引入與研發，以不斷改進、優化汽車涂裝節能減排技術與工藝，真正實現綠色生產。

3 汽車涂裝節能減排技術工藝分析

在汽車涂裝作業中，涂裝車間是最主要的耗能單元體，在整個涂裝工藝生產流程中，涂裝車間所產生的能源消耗占據了較大比重。為了達到節能減排的效果，各種節能措施與設備也逐漸被引入汽車涂裝車間，如烘干設備、空調節能技術、余熱回收技術等。

3.1 烘干設備節能減排技術

在汽車涂裝生產線中，烘干爐是最重要的設備之一。烘干爐溫度是否均勻將直接關系到汽車涂層質量，而且在整個涂裝工藝生產流程中，烘干爐也是第一耗能大戶。為了降低汽車噴涂作業中的能源消耗，各汽車制造商已經陸續采用各種先進技術對烘干爐進行改造。烘干爐所排放的一些可揮發性有機物，如非甲烷總烴、二甲苯等，主要來源于其涂層固化過程中，是導致環境污染的重要因素。對于這些可揮發性有機廢氣的處理，可通過多種方式實現，如直接燃燒法、活性炭吸附法、催化燃燒法等。當前，直接燃燒法已經逐步取代其它可揮發性有機廢氣處理方法，被廣泛應用于汽車涂裝烘干工藝中。

直接燃燒法是將涂裝作業中產生的可揮發性有機廢氣通過燃燒器進行加熱，直至加熱至燃燒溫度以上，使其能夠轉化為水和二氧化碳，從而減少對環境的污染與破壞。在采用直接燃燒法進行有機廢氣處理時，為了進一步減少能源消耗，提高有機廢氣處理溫度，往往會將燃燒后與燃燒前的有機廢氣進行熱交換。現階段，在汽車涂裝作業中，主要采用的是廢氣焚燒熱力回收裝置和蓄熱式人力焚化爐裝置兩種烘干直接燃燒形式。

3.1.1 廢氣焚燒熱力回收裝置

該裝置的工作原理為，將汽車涂裝工藝生產流程中所產生的有機廢氣通過廢氣風機，送入焚化爐預熱器進行熱交換，待焚化爐預熱器溫度達到450℃以上后，將這些廢氣經過特制的混合通道，送入爐膛火焰區，使其溫度進一步升高，直至720℃，此時停留1秒鐘，使得這些有機廢氣轉化為無害的水和二氧化碳。然后利用焚燒爐在廢氣焚化過程中產生的高溫煙氣經過多級熱交換器，加熱烘干室內的新鮮空氣，通過熱交換降低系統排煙溫度，使之降至200℃以下。廢氣焚燒熱力回收裝置是一種結合了有機廢氣處理和向生產線供熱兩種功能的系統，不僅能夠有效處理汽車噴涂作業中產生的有機廢氣，還可降低噴涂作業中的能源消耗，可為一舉兩得。

3.1.2 蓄熱式熱力焚化爐裝置

該裝置的工作原理為，加熱烘干爐所產生的廢氣，使其溫度達到760℃以上，停留1秒鐘后，使得廢氣中的可揮發性有機廢氣轉化為無害的水和二氧化碳。這樣有機廢氣氧化過程中所產生的高溫氣體的熱量就被貯存于蓄熱材料中，用于對新進入的有機廢氣進行預熱，從而有效降低新進入氣體加熱所需要的能源消耗，降低有機廢氣處理成本。蓄熱式熱力焚化爐裝置在有機廢氣處理中的應用，能夠使得廢氣的燃燒熱得到充分利用，可以為預熱后進入烘干爐的廢氣進行加熱，同時還可降低燃燒后排放氣體的溫度，使其降至200℃以下。

3.1.3 廢氣焚燒熱力回收裝置與蓄熱式熱力焚化爐裝置經濟性比較

蓄熱式熱力焚化爐裝置是在四元體熱風爐單獨供熱的基礎上，集中電泳、涂膠、面漆三條烘干爐的廢氣，送入蓄熱式熱力焚化爐進行焚燒，將有機廢氣轉化為水和二氧化碳，然后直接排空。該裝置是回收廢氣燃燒所產生的熱量供自身使用。而廢氣焚燒熱力回收裝置則是將廢氣燃燒所產生的熱量供其他設備使用。廢氣焚燒熱力回收裝置實現了節能功能與環保功能的有機結合，其在汽車涂裝工藝中的應用，更有利于設備的布置與控制。從節能環保的角度來看，廢氣焚燒熱力回收裝置要比蓄熱式熱力焚化爐裝置的使用維護成本低，因此，在汽車涂裝領域的應用也更加廣泛。

3.2 空調節能技術

噴涂室是汽車涂裝車間的必備設備，在整個涂裝工藝生產流程中所占的能源消耗比例也相對較大。因此，為了達到節能減排的效果，應在盡量縮短噴涂室長度與寬度的基礎上，引入空調風循環再利用技術、空調熱泵技術等相關技術。汽車噴涂對噴涂室的空氣潔凈度、溫度、濕度都有著較高要求。只有在高潔凈度、適宜的溫濕度環境下，才能保證汽車涂裝質量。而空調裝置則是滿足上述要求的重要設備，同時也是噴涂室的重要能源消耗者。因此，為更好地達節能減排的效果，應積極探索空調節能技術，降低空調運行成本。

3.2.1 縮小噴涂室送風截面積

為了降低空調運行成本，應結合汽車噴涂作業的實際需要，盡量縮小噴涂室的送風截面積。而想要縮小噴涂室面積，在設計噴房尺寸時，應根據生產車型大小進行合理設計，并采用壁掛式噴涂機器人進行噴涂作業，以減少占地面積。與傳統噴涂機器人相比，壁掛式噴涂機器人不僅噴涂動作更加靈活，還可將其本體立柱設置于噴房以外，從而縮小噴涂室面積，減少空調送風量，降低空調能源消耗。

3.2.2 合理使用空調送風

為了實現噴涂室送風與排風的合理分配，可以將噴涂室的各個部分，如擦凈室、噴漆室、閃干室等，按照不同的工藝要求，對其風速進行合理分配。通常而言，噴涂室的排風量、送風量都相對較大，以往這些空調風都是直接排放出去。而隨著人們環保減排意識的不斷增強，越來越多的汽車生產廠家選擇對噴涂車間排出的空調風進行循環再利用，特別是水性涂料噴涂室所排放出來的空調風在經過漆霧凈化之后，可揮發性有機氣體的含量相對較低。因此，可以回收人工作業區所排出的空調風，將其循環利用于流平室或者機器人噴涂區，從而降低空調送風量，達到節能減排的目的。在以往的噴涂作業中，為了保持噴涂室內的空氣潔凈度，確保送風符合標準，送風全部采用經過空調系統調節的新鮮空氣，然后通過排風系統排除廢氣，這一過程往往會消耗大量能源。近年來，隨著新型噴涂室的廣泛應用，其內部可分為人工作業區和機器人作業區兩部分。在作業過程中，可為人工作業區送入經過空調系統調節的新鮮空氣，然后回收其所排出的空調風，送入機器人作業區，以此減少空調對新鮮空氣的吸入量，降低能源消耗。

3.3 前處理及電泳技能技術

在汽車噴涂前處理階段，汽車制造企業大多采用的是鋅鹽磷化這一傳統工藝。此工藝需要脫脂液、磷化液在溫度45℃～55℃之間的發生反應，其反應過程往往需要借助熱源、蒸汽等外部熱源，從而產生燃氣消耗。而隨著前處理技術的不斷發展，常溫脫脂液、常溫磷化液被逐漸應用于汽車涂裝領域，其在溫度20℃～25℃的常溫環境下便可發生反應，從而極大地降低了前處理環節的能源消耗。另外，汽車噴涂作業中所使用的普通電泳液需要電泳循環泵對其進行不間斷的攪拌，每次攪拌間隔時間不得超過2小時，但是這樣即便是在停止作業時間或者節假日，也需要對電泳液進行頻繁維護，從而產生不必要的能源消耗。而選擇免攪拌型電泳液則可以每10天攪拌以此，從而有效降低因普通電泳液需要頻繁攪拌而造成的能源消耗。數據表明，使用免攪拌型電泳液，實現了85%的省電效果。另外，在汽車噴涂的后水洗環節，采用逆工序補水法，能夠極大地降低噴涂生產工藝中的水資源消耗。

3.4 換熱器節能措施

熱換器同樣是汽車涂裝車間的重要配置之一。烘房中多使用循環風換熱器及新風熱換器。隨著熱換器使用時間的增加，其導熱系數便會因為水垢影響而降低。因此，應注重節能減排工藝在熱換器中的應用，從而提升能源利用率。首先，應關注熱換器水垢情況，并定期對其進行除垢處理，避免因水垢過多而降低熱換器導熱系數，增加能源消耗。此外，從降低運行成本的角度出發，熱換器除垢次數不宜過多，以免增加維護成本，但是也不能間隔時間過長，以免水垢過多而導致熱換器導熱系數降低，甚至會引導設備故障。其次，要注重對熱換器換熱溫差的合理控制，將其控制在合理范圍內，以免流體溫度過高，而增加能源消耗或成本投入。最后，還要注意對流體流速的合理控制。對此，可通過引入自動化控制設備，對熱換器流速進行合理控制，確保風機或者水泵的穩定運行，從而實現對熱換器運行狀態的能源檢測，有效降低能源消耗。

3.5 制冷機節能技術

在汽車涂裝車間的空調系統中，制冷機是當之無愧的耗電大戶，為降低涂裝作業中的能源消耗，應積極探索制冷機節能減排路徑。當前，很多汽車制造企業所采用的都是直接免費制冷模式。這種制冷模式雖然制冷效率最高、操作也最為簡單，但是制冷機在運行過程中容易出現水垢，需要對制冷機組進行頻繁清理。而如果采用間接免費制冷模式，則能夠有效避免水垢問題。間接免費制冷模式可利用冷凝器水溫與蒸發器水溫的高度差，使得冷媒流向發生改變，實現免費制冷。在我國北方地區，由于冬季室外溫度低、持續時間長，間接免費制冷模式要更具優勢。在采用該模式時，只需在制冷機組前配置循環水泵和冷卻塔，便可運行該模式。

4 結語

汽車涂裝作業能源消耗大，且容易污染環境。探索汽車涂裝作業節能減排工藝，降低能源消耗，避免環境污染，是行業發展的必然趨勢。在此背景下，汽車制造企業應轉變理念，樹立節能減排意識，積極探索汽車涂裝節能減排新材料、新工藝、新技術，引入、采用涂裝技術領域出現的低污染、低能耗、低排放的各種先進工藝與技術，以更好地達到技能減排的效果。

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