李國波*，陳星星，陽克付

（奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241009）

汽車涂裝工程建設(shè)節(jié)能減排技術(shù)

李國波*，陳星星，陽克付

（奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241009）

從涂裝工藝和設(shè)備兩方面，介紹了汽車涂裝工程建設(shè)節(jié)能減排技術(shù)。其中，涂裝工藝節(jié)能減排技術(shù)包括前處理槽液逆流補(bǔ)加工藝，前處理后沖洗水和電泳清洗水的循環(huán)再生，以及水性涂料的應(yīng)用等；涂裝設(shè)備節(jié)能減排技術(shù)包括使用UV固化技術(shù)和節(jié)能烘干爐，空調(diào)系統(tǒng)制冷水和蒸汽冷凝水的回收利用，新型干式漆霧捕集裝置和RoDip-3輸送設(shè)備的應(yīng)用等。

汽車涂裝；節(jié)能減排；循環(huán)利用；環(huán)保

1 前言

出于建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的需求和降低制造成本、適應(yīng)市場競爭的需要，各大汽車廠家都在想盡辦法引用節(jié)能技術(shù)減排降耗和加強(qiáng)對能源使用的管理。涂裝車間是汽車制造過程中的能源消耗大戶，因此，其能耗控制顯得尤為重要。本文嘗試就汽車涂裝車間節(jié)能減排工程建設(shè)作些探討，供同行參考。

2 涂裝工藝節(jié)能減排技術(shù)

2. 1 前處理槽液逆流補(bǔ)加工藝

現(xiàn)今汽車涂裝前處理工藝流程絕大多數(shù)為：預(yù)脫脂─脫脂─一次噴水洗─一次浸水洗─表調(diào)─磷化─二次噴水洗─二次浸水洗─鈍化─新鮮純水洗─瀝干。

以前處理線運(yùn)輸設(shè)備為 RoDip-3翻轉(zhuǎn)輸送系統(tǒng)為例，在前處理過程中，車身在工藝槽內(nèi)進(jìn)行360°翻轉(zhuǎn)，在車身出槽時，勢必帶出槽液，槽液隨車身一起進(jìn)入下一個工藝槽，這樣就造成了槽液的竄槽，使槽液受到污染而縮短其使用壽命，同時也加大了污水的排放量。其他不能翻轉(zhuǎn)的輸送系統(tǒng)夾帶槽液的量更多，消耗鍍液的量更大。為了解決該問題，人們設(shè)計出了槽液逆流補(bǔ)加工藝，大大減少了槽液和水的消耗。即正常情況下，后一道工序向前一道工序逆流或噴淋補(bǔ)加，當(dāng)前一道工序的液位較低、急需補(bǔ)加，而后一道工序液位滿足要求時，可通過電磁閥及相關(guān)管路自動補(bǔ)加。應(yīng)用在前處理上就是，脫脂作為預(yù)脫脂的補(bǔ)加，一次浸水洗作為一次噴水洗的補(bǔ)加，二次浸水洗作為二次噴水洗的補(bǔ)加。這樣既減少各工藝槽溶液的損耗，又保證了車身進(jìn)入下一個工藝槽的潔凈度。而且，通過噴淋水補(bǔ)加，彌補(bǔ)了各槽液的消耗(不需要的噴淋水直接從溢流口排至地坑)。這樣就形成了從后道工序向前道工序補(bǔ)加的逆流工藝。

2. 2 前處理后沖洗水的循環(huán)再生

汽車生產(chǎn)過程中，涂裝車間是耗水大戶，而在涂裝車間，前處理工序的耗水量又是首屈一指。前處理排水量占據(jù)整個車間排水量的 80%以上。為了降低前處理中純水的使用量，減少污水的排放量，將 RO(反滲透)技術(shù)應(yīng)用到前處理線，即在前處理安裝一套PT-RO系統(tǒng)，以便將前處理線最后一道新鮮純水洗槽的溢流水回收過濾，而循環(huán)用于前處理線最后一道純水噴淋工藝中。這樣，原本每個小時需要排放的6 t廢水，經(jīng)過該系統(tǒng)后，可以產(chǎn)出3 ～ 5 t的純水，即每小時可以降低3 ～ 5 t左右的污水排放量。PT-RO系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。

圖1 PT-RO系統(tǒng)工作原理示意圖Figure 1 Schematic diagram of work principle of PT-OR system

2. 3 電泳清洗水循環(huán)再生技術(shù)

2. 3. 1 超濾技術(shù)的應(yīng)用

經(jīng)過電泳涂裝后，汽車車身要用大量的去離子水(即DI水)洗，才能進(jìn)入烘房。而被水沖走的涂料則占所用涂料的 30%左右，不僅造成資源的浪費(fèi)，而且污染環(huán)境。1971年，PPG和Abcro公司聯(lián)合將超濾法用于電泳涂裝，實現(xiàn)了完備的水循環(huán)系統(tǒng)，使電泳涂裝工藝更為合理，既節(jié)省勞動力，提高涂料利用率，又減少電泳廢水的污染，還可穩(wěn)定漆槽，使工件涂層質(zhì)量更為優(yōu)良。另外，在電泳過程中，槽液的電導(dǎo)率會不斷上升，影響電泳質(zhì)量。因此，工作一段時間后，電泳槽漆需要更新。采用超濾回收裝置，可以回收排放液中的電泳漆，既可節(jié)約費(fèi)用，又可避免電泳漆排放造成的環(huán)境污染。因此，超濾回收裝置已經(jīng)成為一個完整的電泳涂裝系統(tǒng)中不可缺少的關(guān)鍵設(shè)備之一。

超濾(簡稱UF)是以壓力為推動力，利用不同孔徑超濾膜對液體進(jìn)行分離的物理篩分過程。它利用篩分原理，將能通過隔膜微孔的物質(zhì)與不能通過的物質(zhì)分開。與一般的過濾不同，超濾的孔徑比普通過濾的孔徑小1 000倍以上(實際上，隔膜的孔徑小得連有些細(xì)菌都不能通過)，可以使水、酸、某些溶劑、低分子量樹脂及雜質(zhì)離子通過。使用超慮技術(shù)的電泳涂裝工藝流程為：電泳主槽─出槽UF噴洗─UF循環(huán)噴洗─UF浸洗─新鮮UF噴洗─DI水浸洗─新鮮DI水噴洗。該工藝可用圖2表示。

2. 3. 2 RO技術(shù)應(yīng)用于電泳涂裝后沖洗系統(tǒng)

圖2 應(yīng)用超濾技術(shù)的電泳涂裝工藝Figure 2 Electrophoresis coating process with UF technology

將電泳涂裝反滲透系統(tǒng)(EDRO)加裝在電泳漆超濾(UF)裝置后，對UF裝置透過液進(jìn)行深度處理，通過對電泳后的工件進(jìn)行末級噴淋，并將噴淋水全部逆向返回到電泳槽中，從而實現(xiàn)高效的閉路清洗工序。該清洗工序基本無廢水排放，提高了電泳漆的回收率，減輕了廢水處理負(fù)荷，節(jié)約了純水的使用量，實現(xiàn)了真正意義上的閉路循環(huán)。正是由于它應(yīng)用于電泳涂裝后沖洗系統(tǒng)，使得電泳漆的利用率超過 99%以上。應(yīng)用EDRO反滲透技術(shù)的工藝如圖3所示，其流程為：電泳主槽─出槽UF噴洗─UF循環(huán)噴洗─UF浸洗I─UF浸洗II─新鮮UF噴洗─EDRO水噴洗。該工藝的優(yōu)點(diǎn)：實現(xiàn)系統(tǒng)封閉，電泳質(zhì)量較好且易于控制，無DI水消耗，電泳漆實現(xiàn)零排放。

圖3 RO技術(shù)應(yīng)用于電泳涂裝后清洗工藝Figure 3 Reverse osmosis technology used for rinse process after electrophoretic deposition

為了滿足日益苛刻的環(huán)保法規(guī)，目前，歐美國家先進(jìn)的車身電泳線后清洗工藝已經(jīng)普遍開始采用 RO反滲透技術(shù)，實現(xiàn)了電泳涂裝系統(tǒng)封閉，電泳漆的利用率達(dá)到 99%以上，車身電泳涂裝對生態(tài)環(huán)境的污染得到有效控制。

2. 4 水性漆的使用

目前，溶劑型涂料主要以芳香族化合物組成的溶劑作為載體，溶劑含量可達(dá) 60%以上。這些溶劑屬于易揮發(fā)、易燃易爆物，對環(huán)境造成污染，危害人體健康。而水溶型涂料以純水為載體，無污染、無毒害，安全健康，不易著火。此外，使用水性涂料，管道的清洗以及顏色更換清洗也將使用水溶性的清洗溶劑，故環(huán)保安全，可最大限度地減少對人體健康的損害。

由于水性涂料與傳統(tǒng)溶劑型涂料使用不同的介質(zhì)作為溶劑，因此，在施工工藝方面有著明顯的差異。這種差異主要是基于水和有機(jī)溶劑特性的不同，故相應(yīng)的噴涂設(shè)備也應(yīng)不同。如在噴涂清漆之前，應(yīng)對采用水性色漆噴涂的車身進(jìn)行預(yù)烘干，噴漆室和輸調(diào)漆系統(tǒng)應(yīng)采用不銹鋼結(jié)構(gòu)。另外，水性涂料具有導(dǎo)電性，在靜電涂裝時易產(chǎn)生漏電，故自動噴涂系統(tǒng)如機(jī)器人、自動涂裝機(jī)，應(yīng)由原來的內(nèi)部加電壓方式改成外部加電壓方式。由于水的揮發(fā)性差，涂著固體分低，故涂覆時流掛的黏度控制十分重要，需預(yù)烘干。水性涂料易受涂裝時周圍環(huán)境溫度、濕度的影響，必須控制噴漆室內(nèi)的溫度和濕度。傳統(tǒng)溶劑型涂料與水性涂料的施工性能比較見表1。

表1 水性涂料和溶劑型涂料施工性能的比較Table 1 Comparison of construction performance between water-based and solvent-based coatings

3 涂裝設(shè)備節(jié)能減排技術(shù)

汽車涂裝設(shè)備按功能分為噴漆室、烘房、運(yùn)輸設(shè)備、空調(diào)、表面處理設(shè)備、電泳設(shè)備等。涂裝工藝能耗比例見圖4。其中，烘干室、噴漆室、電泳設(shè)備和空調(diào)所消耗的電能約占涂裝車間總能耗的90%，故這4種節(jié)能設(shè)備的使用將對降低整體能耗起到關(guān)鍵作用。

圖4 涂裝工藝中各種設(shè)備能耗的比例Figure 4 Energy consumption proportion of various equipments in coating process

3. 1 UV固化技術(shù)和節(jié)能型烘干爐的應(yīng)用

3. 1. 1 UV固化技術(shù)的應(yīng)用

紫外線(UV)固化和雙固化清漆用于汽車外表面涂裝，在環(huán)保、節(jié)能、涂膜性能(外觀裝飾性、耐酸雨和抗劃傷性)和涂裝成本等方面都有較強(qiáng)的競爭力。采用高固體分(＞70%)清漆與專用的聚異氰酸酯齊聚物組合，有效組分能在噴涂過程中很好地混合。而且根據(jù)需要，既可高溫(140 °C)烘干，也可低溫(90 °C或低于90 °C)烘干，與普通清漆相比，可縮短烘干時間(10 ～ 15 min)。雙固化型清漆在工藝、涂膜性能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等方面有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)在施工工藝方面，UV固化和熱固化可同時使用，能改善內(nèi)表面/陰影區(qū)域的涂裝性能；(2)在涂膜性能方面，具有極好的外觀裝飾性和優(yōu)異的抗劃傷和耐腐蝕性；(3)在經(jīng)濟(jì)性方面，烘干室長度可縮短，設(shè)備投資費(fèi)用最低；(4)在環(huán)保方面，因具有高固含量(＞70%)，故降低了VOC的排放量。

3. 1. 2 節(jié)能烘干爐的應(yīng)用

車身涂層的烘干一般采用輻射加對流的形式或采用循環(huán)對流加熱方式。輻射對流形式即烘干爐前端為輻射加熱區(qū)(約占全長的1/3)，后端為對流加熱區(qū)，這樣就加快了工件的升溫速率，縮短工件升溫時間，不僅節(jié)能，而且涂層表面干得較快，可防止灰塵粘附在濕涂層上，有助于提高涂層外觀質(zhì)量。烘干室采用循環(huán)對流加熱方式，爐膛空氣重復(fù)循環(huán)，有機(jī)物氣體含量高時需要不斷排出，以維持其濃度不超過爆炸極限。但這些排出的氣體因溫度高并且含有可燃?xì)怏w，一般須經(jīng)過處理才能排放。因此，通常采用尾氣燃燒的能源綜合利用方式進(jìn)行節(jié)能。

德國杜爾公司設(shè)計的、以天然氣或柴油為熱源的轎車車身涂裝用“П”型烘干室比較先進(jìn)，能使可燃?xì)怏w完全燃燒，燃燒后的高溫氣體通過逐級利用后排出。這種方式的能源利用率達(dá) 70%以上，與傳統(tǒng)的對流式烘干相比，熱效率提高 l倍以上。而來自烘干室的含VOC的廢氣(約160 °C)經(jīng)焚燒爐外殼的廢氣熱交換器加熱到500 °C左右后，經(jīng)過燃燒噴嘴與天然氣一道噴燃，使燃燒室內(nèi)溫度達(dá)760 °C左右。在此條件下，廢氣中的VOC可完全去除。當(dāng)760 °C的煙道氣經(jīng)廢氣熱交換器降溫到450 °C時(溫度可通過端頭的旁通閥調(diào)整)，即可供給烘干室的多個熱交換器，以加熱烘干室的循環(huán)空氣，然后經(jīng)換熱器加熱，供給烘干室的新鮮空氣，最后排出。TAR焚燒爐和烘干室的工作原理如圖5所示。

圖5 TAR焚燒爐和烘干室的工作原理Figure 5 Work principle of TAR incinerator and drying room

3. 2 空調(diào)系統(tǒng)制冷水和蒸汽冷凝水的回收利用

目前，汽車涂裝車間的送風(fēng)系統(tǒng)大多采用能控制溫、濕度的中央空調(diào)系統(tǒng)。中央空調(diào)系統(tǒng)一般由進(jìn)風(fēng)段(含手動/自控多葉閥)、初中效過濾段、加熱段、表冷段、自控加濕段、風(fēng)機(jī)段、均流段、消聲段、終中效過濾段、出風(fēng)段(含多葉調(diào)節(jié)閥)等組成，溫、濕度自動控制。排風(fēng)系統(tǒng)一般采用大功率的防爆風(fēng)機(jī)，送風(fēng)系統(tǒng)一般采用軟啟動變頻控制。涂裝車間的中央空調(diào)系統(tǒng)除了選用高效率的電動機(jī)、風(fēng)機(jī)外，還要考慮部分制冷水(夏天)和蒸汽冷凝水(冬天)的回收利用。例如，冬季控制噴漆室溫度時，蒸汽加熱空氣產(chǎn)生大量的冷凝水，此冷凝水的溫度一般在80 °C左右，若能利用它對空氣進(jìn)行噴淋、加溫和加濕(以調(diào)節(jié)噴漆室的溫度和濕度)，則既可節(jié)約蒸汽和水的用量，又可節(jié)省以泵回收冷凝水時的電能消耗。

噴漆室在生產(chǎn)模式和清潔模式下對風(fēng)量的需求是不一樣的。清潔模式需要的風(fēng)量可以小些，所以噴漆室中央空調(diào)機(jī)組需要根據(jù)不同情況，供應(yīng)不同的風(fēng)量。故需要選好中央空調(diào)機(jī)組的控制方案。

離心式風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低后，其消耗功率會大幅下降。例如，轉(zhuǎn)速降到50%時，軸機(jī)械功率銳減至12.5%，則變頻調(diào)速效率高(為95% ～ 98%)。所以變頻調(diào)速的節(jié)能效益最佳。有雙電機(jī)的中央空調(diào)機(jī)組往往選擇軟啟動和變頻調(diào)速相結(jié)合的控制方案。

3. 3 使用新型干式漆霧捕集裝置

大型噴漆室的排風(fēng)量大，要維持噴漆室內(nèi)的氣溫處于最佳的工作范圍，空調(diào)的耗能量大，故應(yīng)考慮排風(fēng)能否循環(huán)使用。而且，使用高效的排風(fēng)洗滌裝置，可使漆霧除凈率高達(dá)99.5%，但少量的有機(jī)溶劑仍隨風(fēng)排入大氣。為適應(yīng)環(huán)保要求，還需考慮尾氣的回收利用或焚燒除凈。圖6為新型漆霧捕集裝置。

圖6 新型干式漆霧捕集裝置Figure 6 Installation of new drying-type paint mist collection

此漆霧洗滌裝置通過5個步驟實現(xiàn)漆霧收集：(1)通過高壓系統(tǒng)使漆霧帶電；(2)油漆顆粒被吸附在接地的隔離板上；(3)通過分離劑捕捉油漆顆粒；(4)取出油漆顆粒；(5)清潔的分離介質(zhì)返回，而排出的空氣經(jīng)過再次利用，作為空調(diào)和焚燒爐的空氣來源，實現(xiàn)廢氣的“零排放”。與傳統(tǒng)濕式漆霧捕集裝置相比，此種新型漆霧洗滌系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)用水量節(jié)約87%；(2)動能最多可節(jié)省78%；(3)噪音至少減少10 dB；(4)灰塵排放減少99%。

3. 4 RoDip-3輸送設(shè)備的應(yīng)用

3. 4. 1 RoDip-3的工作原理

RoDip-3可譯為“全旋反向浸漬輸送技術(shù)”。RoDip-3輸送系統(tǒng)是先將車身鎖緊在滑橇上，再將滑橇鎖緊在一根可以 360°旋轉(zhuǎn)的軸上。這根軸的一邊為一連續(xù)杠桿導(dǎo)輥系統(tǒng)，它可根據(jù)其導(dǎo)向輪在導(dǎo)向軌道上的位置決定車身翻轉(zhuǎn)的角度。當(dāng)車身輸送到浸槽入口時，導(dǎo)向軌道讓旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動90°，車身頭部向下翻轉(zhuǎn)；當(dāng)主軸繼續(xù)向前移動，車身再逐步翻轉(zhuǎn)90°，變成車底向上，而車尾則向前反向前進(jìn)；在達(dá)到工藝要求的時間后出槽，此時車身再次在杠桿導(dǎo)輥系統(tǒng)的作用下連續(xù)翻轉(zhuǎn) 180°，再按正常方向前進(jìn)。RoDip-3輸送系統(tǒng)如圖7所示。

圖7 RoDip-3輸送系統(tǒng)工作原理Figure 7 Work principle of RoDip-3 transportation system

3. 4. 2 RoDip-3的優(yōu)點(diǎn)

RoDip-3輸送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特殊，具有一系列明顯的優(yōu)點(diǎn)，主要體系在以下幾個方面：

(1) 節(jié)省投資，節(jié)能省電。由于槽體積縮小、循環(huán)泵數(shù)量減少以及生產(chǎn)線和輸送鏈縮短等原因，與采用雙擺桿鏈的電泳線相比，采用RoDip-3技術(shù)的總投資可節(jié)省大約15%。

(2) 節(jié)省化學(xué)品，節(jié)水。車身是180°旋轉(zhuǎn)出槽的，車身空腔內(nèi)的槽液可以流得比較干凈，槽液夾帶量少，沖洗水量可以減少約 15%，廢水的處理量可以減少約25%。故可節(jié)省三廢處理費(fèi)用，有利于環(huán)境保護(hù)。初次投槽時，電泳漆可以節(jié)省約 33%，槽液的更新周期可以縮短 1/3(這對槽液參數(shù)的穩(wěn)定及產(chǎn)品質(zhì)量的提高均十分有利)。由于車身槽液夾帶量非常少，因此可以減少化學(xué)品的消耗。

(3) 徹底消除車身前后蓋、車頂蓋內(nèi)的氣泡。傳統(tǒng)的擺桿鏈出入槽的角度約45°，車頂蓋內(nèi)等部位的氣泡不能徹底清除，無法泳涂上電泳膜，使此部位的防腐性能達(dá)不到要求。RoDip-3技術(shù)可以實現(xiàn)車身在槽內(nèi)360°翻轉(zhuǎn)，徹底消除上述部位的氣泡缺陷，提高整車的防腐性能。

(4) 電泳漆膜均勻，車身內(nèi)腔膜厚提高。RoDip-3系統(tǒng)涂裝后的外表面膜厚波動＜1.5 μm，而普通電泳的外表面膜厚波動在4 μm左右。測試數(shù)據(jù)顯示，平面和垂直面的膜厚差距在1 ～ 2 μm。采用RoDip-3技術(shù)可提高電泳漆的泳透率，保證車身內(nèi)腔膜厚＞12 μm，從而大大提高了車身內(nèi)表面的防腐蝕能力。

4 結(jié)語

為了適應(yīng)節(jié)能、環(huán)保的時代需求，在保證涂層質(zhì)量的基礎(chǔ)上，節(jié)能環(huán)保新工藝、新設(shè)備和新材料勢必被汽車制造業(yè)大量開發(fā)和利用。作為國內(nèi)自主品牌汽車的創(chuàng)新先行者，奇瑞汽車涂裝車間將繼續(xù)積極與國內(nèi)外設(shè)備及涂料廠家通力合作，開發(fā)和使用節(jié)能環(huán)保新技術(shù)，從工程建設(shè)源頭開始，抓節(jié)能、抓環(huán)保，在為建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會而盡自己應(yīng)盡的責(zé)任的同時，實現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

Energy saving and emission reduction technology for automobile coating engineering construction //

LIGuo-bo*, CHEN Xing-xing, YANG Ke-fu

Some energy saving and emission reduction technologies for engineering construction of automobile coating were introduced from the aspects of coating process and equipment. The energy saving and emission reduction technologies of coating process include countercurrent replenishment process of pretreatment bath, recycling regeneration of rinse water after pretreatment and electrophoresis, and application of water-based coating, etc. The energy saving and emission reduction technologies of coating equipment include the use of UV-curing process and energy-saving baking stove, recovery and utilization of refrigeration water and condensation water of air condition system, as well as application of new drying-type paint mist collection installation and RoDip-3 transportation equipment.

automobile coating; energy saving and emission reduction; recycling and utilization; environmental protection

Chery Automobile Co., Ltd., Wuhu 241009, China

TQ630.6

A

1004 – 227X (2010) 09 – 0060 – 05

2010–06–01

李國波（1981–），男，貴州人，工程師，奇瑞汽車涂裝二車間副主任兼奇瑞汽車涂裝技術(shù)學(xué)會秘書長，主要從事汽車涂裝工藝研究。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) liguobo@mychery.com。

[ 編輯：韋鳳仙 ]