王品懿　楊新院

摘? 要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，節(jié)能環(huán)保問題得到越來越多國家的關(guān)注和重視。在汽車涂裝行業(yè)中，噴漆室能耗占很大比重，所以噴漆室的節(jié)能減排一直是涂裝節(jié)能環(huán)節(jié)的重中之重?；诖?，本文重點(diǎn)探討了汽車涂裝噴漆室循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能減排問題。

關(guān)鍵詞：汽車涂裝;噴漆室循環(huán)風(fēng);節(jié)能減排

涂裝行業(yè)是汽車制造領(lǐng)域的主要能耗戶及排廢戶，噴漆室是汽車涂裝車間能耗最大的設(shè)備，約占涂裝車間總能耗的50%，其中空調(diào)能耗占40%。在滿足漆膜質(zhì)量、安全生產(chǎn)、衛(wèi)生條件前提下，在噴漆室中采用循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)，能有效降低噴漆室能耗。

一、噴漆室概述

噴漆室是涂裝室之一，涂裝室是指裝備有涂裝機(jī)具且進(jìn)行涂裝作業(yè)的房間。它是提供涂裝作業(yè)專用環(huán)境的設(shè)備，在噴漆室中制造的人工環(huán)境，能滿足涂裝作業(yè)對環(huán)境的溫度、濕度、照度、潔凈度等需求;為操作人員創(chuàng)造相對舒適、安全的工作環(huán)境;能處理涂裝作業(yè)產(chǎn)生的漆霧，保護(hù)噴涂物免遭二次污染，從而保證噴涂質(zhì)量。

二、噴漆室循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)

1、構(gòu)成。噴漆室循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)由送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、排風(fēng)系統(tǒng)、噴漆室文丘里構(gòu)成。送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)由進(jìn)風(fēng)段、初效過濾段、中效過濾段、表冷段、加熱段和風(fēng)機(jī)段構(gòu)成。排風(fēng)系統(tǒng)由混風(fēng)箱、回風(fēng)管、排風(fēng)管、地下風(fēng)道、排風(fēng)機(jī)構(gòu)成。噴漆室文丘里按設(shè)備布置，從上至下大致分為三部分：上部為均壓室，包括動壓室、靜壓室等送風(fēng)裝置;中部噴漆室作業(yè)區(qū)，包括作業(yè)室體、照明、格柵操作平臺等;下部為漆霧處理設(shè)施，包括漆霧捕捉裝置、漆渣處理裝置、通風(fēng)裝置、供水裝置等。

2、原理。來自新風(fēng)噴涂段的排風(fēng)通過循環(huán)風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備過濾、表冷、加熱，達(dá)到噴漆工藝要求后由風(fēng)管送入噴漆室上方動壓室，經(jīng)動壓室按風(fēng)量要求送入下方的靜壓室，由靜壓室向下均勻地送到噴漆室自動噴涂段，通過作業(yè)區(qū)后由排風(fēng)機(jī)抽出，攜帶漆霧的空氣被送入漆霧捕捉裝置，經(jīng)漆霧分離后，經(jīng)風(fēng)道排向環(huán)保設(shè)備。

三、工程案例

1、工程概況。本案例以我國某整車廠實(shí)際應(yīng)用為例，其基礎(chǔ)工藝設(shè)計參數(shù)為：生產(chǎn)綱領(lǐng)：20萬臺/a;年時基數(shù)：200d/a;生產(chǎn)有效時間：3200h/a（雙班16h制）;涂裝工藝：3C2B溶劑型漆;定義循環(huán)率：=噴漆室排風(fēng)循環(huán)風(fēng)量/噴漆室總風(fēng)量。

2、循環(huán)風(fēng)方案設(shè)計。若不采用循環(huán)風(fēng)工藝，噴漆室采用全新風(fēng)上送風(fēng)下排風(fēng)的方式，則排風(fēng)風(fēng)量等于送風(fēng)風(fēng)量141.4m³/h。若采用循環(huán)風(fēng)，理論上來講噴漆室排風(fēng)的循環(huán)利用率越高，則節(jié)能效果越顯著，但循環(huán)比的選取還受如下因素制約。

1）必須確保噴漆作業(yè)的人身、消防安全，必須嚴(yán)控噴漆作業(yè)工位空氣中的VOC含量，可理解為：有人操作的作業(yè)區(qū)VOC含量應(yīng)維持在衛(wèi)生許可濃度內(nèi)，自動作業(yè)區(qū)（無人區(qū)）VOC含量應(yīng)維持在消防濃度以下（即可燃?xì)怏w爆炸下限濃度的25%以下）。結(jié)合本案例涂料及溶劑實(shí)際情況，無人區(qū)VOC含量應(yīng)小于20g/m³，人工操作區(qū)衛(wèi)生許可濃度小于200mg/m³。

2）在不改變生產(chǎn)綱領(lǐng)（車身噴涂總量）前提下提高循環(huán)比，相當(dāng)于濃縮揮發(fā)性氣體，會增大噴漆室排風(fēng)VOC濃度，且濃縮比r與循環(huán)比關(guān)系如下式所示。

根據(jù)DB 50/577《汽車整車制造表面涂裝大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定Ⅱ時段的排放標(biāo)準(zhǔn)。循環(huán)風(fēng)改造前煙氣VOC排放濃度實(shí)測為200mg/m³，若轉(zhuǎn)輪的吸附效率按95%計算（一般低于95%），可計算出噴漆室VOC排放濃度最大值為：20/（1-95%）=400mg/m³。因而濃縮比最大為：400/200=2，則根據(jù)上式計算可得最大循環(huán)比為50%。

為保證人工操作區(qū)空氣滿足衛(wèi)生許可要求，本方案循環(huán)原理基本原則為將手工噴漆室的排風(fēng)作為自動噴漆室供風(fēng)使用，以色漆1線送排風(fēng)原理為例，如圖1所示。按此原理分別設(shè)計中涂線、色漆1、2線及清漆1、2線循環(huán)風(fēng)方案。其中中涂及面漆人工擦凈室循環(huán)風(fēng)不作為噴漆線循環(huán)風(fēng)循環(huán)比計算范圍（擦凈段不產(chǎn)生VOC）。經(jīng)計算，本案例“PC（中涂）+BC（色漆）+CC（清漆）”總供風(fēng)量為125.73m³/h，其中循環(huán)風(fēng)供風(fēng)量為49.47m³/h，根據(jù)公式可得本項目循環(huán)比為39.3%。

四、循環(huán)風(fēng)節(jié)能效果

1、循環(huán)風(fēng)能耗。本案例采用溶劑型漆噴涂，全年溫濕度控制為：溫度（25±1）℃，相對濕度（65±15）%。根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀蟛块T公布的近十年氣象統(tǒng)計平均數(shù)據(jù)顯示，平均環(huán)境溫濕度為：冬季環(huán)境溫度為8.9℃，濕度為80%;夏季環(huán)境溫度為29.1℃，濕度為70%;春秋季環(huán)境溫度為18.4℃，濕度為75%。

由全年恒定溫濕度控制、環(huán)境狀態(tài)，計算出空調(diào)制冷、加熱、加濕量需求，其中濕空氣焓（kJ/kg（干空氣））值可由下式計算得出。

I=Cgt+（ro+Cvt）H=roH+（Cg+CvH）t

式中：ro為0℃時水蒸氣汽化潛熱，其值為2492 kJ/kg;Cg為干空氣平均定壓比熱容，kJ/（kg·K）;Cv為水蒸氣平均定壓比熱容，kJ/（kg·K）;H為空氣的含濕量，kg/k（干空氣）。

本文主要對比分析噴漆線全新風(fēng)模式與循環(huán)風(fēng)模式各類能源耗量的差異，并通過對全年不同外界環(huán)境空調(diào)溫濕度控制的能耗計算，分析全年循環(huán)風(fēng)節(jié)能效果差異。其中新風(fēng)空調(diào)功能段分布為：進(jìn)風(fēng)段-初效段-表冷段-加熱段-加濕段（噴淋）-風(fēng)機(jī)段-消聲段-中效段-送風(fēng)段;循環(huán)風(fēng)空調(diào)功能段分布為：進(jìn)風(fēng)段-初效段-中效段-表冷段-加熱段（熱水）-亞高效段-送風(fēng)段。工廠實(shí)際生產(chǎn)過程中，空調(diào)冷熱能源耗量通常以一次能源天然氣作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，由此可見空調(diào)主要能耗種類為天然氣、電、水。由于本案例春秋季及夏季基本無需加濕，且冬季平均氣溫較高，氣候較為濕潤，加濕量不大，與寒冷干燥地區(qū)相比，循環(huán)風(fēng)節(jié)水效果較顯著。

由公式計算可得空調(diào)加熱制冷量，并可進(jìn)一步換算為天然氣耗量，如表1所列，其中工業(yè)用天然氣熱值取8500 kcal/m³。由于循環(huán)風(fēng)減少噴漆室排風(fēng)量49.47萬m³/h，因而噴漆室排風(fēng)機(jī)可減少或降頻使用，從而能節(jié)約電能約324kW·h。

由表1分析數(shù)據(jù)可得：

1）春秋季節(jié)能比最低，這是由于外界環(huán)境溫濕度與空調(diào)控制目標(biāo)點(diǎn)溫濕度差距較小。

2）加熱制冷能耗越大，則循環(huán)風(fēng)節(jié)能效果越顯著。

3）冬季新風(fēng)空調(diào)無需制冷，循環(huán)風(fēng)空調(diào)需制冷，導(dǎo)致制冷節(jié)能量為負(fù)值。這是由于噴漆室排風(fēng)進(jìn)入循環(huán)風(fēng)空調(diào)循環(huán)再用前，需經(jīng)文丘里（濕式）漆霧捕集裝置，循環(huán)風(fēng)經(jīng)近似等焓加濕過程導(dǎo)致絕對含濕量增大，進(jìn)而必須經(jīng)循環(huán)風(fēng)空調(diào)表冷除濕段及加熱段處理才能滿足噴漆室送風(fēng)溫濕度需求。

為了便于對各種類型能源的計算、對比和分析，先要選定某種統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的燃料作為計算依據(jù);然后用能源折算系數(shù)（即各種能源實(shí)際熱值與標(biāo)準(zhǔn)燃料熱值的比值），計算出各種能源折算成標(biāo)準(zhǔn)燃料的數(shù)量。由于我國能源結(jié)構(gòu)以煤為主，煤炭在全國的使用較普遍和廣泛，標(biāo)準(zhǔn)燃料通常取標(biāo)準(zhǔn)煤，常用單位有噸標(biāo)煤（tce）和千克標(biāo)煤（kgce）。

因此，在計算能源消耗總量時，應(yīng)取實(shí)際消耗的各種能源實(shí)物量按規(guī)定的計算方法和單位分別折算為標(biāo)準(zhǔn)煤后的總和。按綜合能耗計算通則進(jìn)行折標(biāo)計算，其中電力的等價折標(biāo)煤系數(shù)為3.34 tec/（10⁴·kW·h），天然氣折標(biāo)系數(shù)為1.214 tec/（10³·m³）。根據(jù)生產(chǎn)年時基數(shù)200d/a及雙班生產(chǎn)16h/d可計算出全年折標(biāo)節(jié)約能源總量。標(biāo)煤的CO₂排放因子為2.8t/tce。計算可得循環(huán)風(fēng)年節(jié)能折標(biāo)量及降低碳排放量，一次能源（天然氣）全年節(jié)約實(shí)物量為7.348*10⁵m³，折合標(biāo)煤892.1t·a^-1，降低碳排放2497.9t;二次能源（電）全年節(jié)約實(shí)物量為1.037*10⁶kW·h，折合標(biāo)煤346.3t·a^-1，降低碳排放969.6t。由此可見，綜合節(jié)能量折合標(biāo)煤為1238.4t·a^-1，降低碳排放3467.5t。

工業(yè)用電及用氣的全年拉通平均價格為電力0.62元/kW·h，天然氣1.90元/m³，計算可得每年減少生產(chǎn)成本203.90萬元/a，經(jīng)濟(jì)效益較可觀。

2、循環(huán)風(fēng)對廢氣處理的影響。隨著排放法規(guī)越來越嚴(yán)格，噴漆室排風(fēng)VOC濃度已無法達(dá)到DB 50/577《汽車整車制造表面涂裝大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定要求，越來越多的企業(yè)開始增加各種類型的廢氣后處理裝置。以本案例為例，廢氣處理采用“轉(zhuǎn)輪濃縮+TNV廢氣焚燒”方式進(jìn)行，降低噴漆室排風(fēng)量可降低轉(zhuǎn)輪及轉(zhuǎn)輪風(fēng)機(jī)數(shù)量，減小TNV尺寸，減少風(fēng)管及各種管道材料投入、減小過濾器尺寸及耗材安裝數(shù)量等，保守估計節(jié)約600萬元設(shè)備建設(shè)成本。由于處理廢氣風(fēng)量的減少，風(fēng)機(jī)運(yùn)行能耗降低500kW，全年運(yùn)行節(jié)約電力約160萬kW·h/a，降低運(yùn)行成本99.2萬元/a。同時，由于濾材數(shù)量的減少，濾材更換的人工成本及材料成本都會降低。

五、推廣應(yīng)用循環(huán)風(fēng)噴漆室的現(xiàn)實(shí)價值

汽車涂裝噴漆廢氣的特征是流量大、濃度低，按《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》，涂裝噴涂廢氣經(jīng)漆霧分離處理后可高空排放。以往由于此類大流量、低濃度廢氣的處理技術(shù)不成熟、處理成本高，汽車企業(yè)涂裝噴涂廢氣多數(shù)采用高空排放處理。汽車涂裝噴漆廢氣高空排放，只是應(yīng)對法規(guī)做合規(guī)處理，雖然濃度低，但絕對排放總量巨大，對大氣環(huán)境造成的影響不容忽視。隨著大氣環(huán)境壓力日益嚴(yán)峻，同時涂裝噴漆廢氣處理技術(shù)不斷進(jìn)步，趨于成熟，2016年國家工信部、財政部聯(lián)合發(fā)布《重點(diǎn)行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物削減行動計劃》，京、津、翼等重點(diǎn)省市紛紛出臺相應(yīng)的“擁抱藍(lán)天行動計劃”，其中明確要求汽車涂裝中溶劑型涂料的噴涂廢氣需采用深度處理措施。根據(jù)各省市地方法規(guī)要求，汽車涂裝企業(yè)若簡單應(yīng)對法規(guī)，對溶劑型涂料的噴涂廢氣采用深度處理措施，由于目前多數(shù)汽車涂裝企業(yè)仍采用全新風(fēng)噴漆室，噴涂廢氣風(fēng)量巨大，處理設(shè)備的投資高，高昂的能耗等運(yùn)行成本亦難以接受。因此，當(dāng)前汽車企業(yè)應(yīng)對法規(guī)做涂裝廢氣深度處理改造，一定要結(jié)合循環(huán)風(fēng)噴漆室改造，最大限度降低廢氣處理風(fēng)量，在節(jié)省噴漆室空調(diào)能耗的同時，節(jié)省廢氣處理設(shè)備投資與廢氣處理運(yùn)行成本。

六、結(jié)語

為建設(shè)“環(huán)境友好型、資源節(jié)約型”工廠，噴漆室排風(fēng)循環(huán)利用是節(jié)能減排重要措施，并且隨著水性漆噴涂的普及，相同噴涂量的水性漆比溶劑型漆VOC揮發(fā)量大幅降低，循環(huán)比得以大幅提高，具有更好的節(jié)能減排效果。

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，環(huán)境溫濕度工況點(diǎn)與空調(diào)控制點(diǎn)工況差異越大，循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能效果越顯著。循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會效益。對年產(chǎn)20萬輛的企業(yè)而言，保守估計年節(jié)約運(yùn)行成本200萬～300萬元以上，減少碳排放3500t。

因此，新建汽車涂裝生產(chǎn)線應(yīng)根據(jù)各自實(shí)際情況選擇盡可能大的循環(huán)比，一方面可降低噴漆室送排風(fēng)設(shè)備運(yùn)行能耗，另一方面可為后期廢氣處理設(shè)備的建設(shè)降低成本。對于老廠溶劑型漆節(jié)能減排改造，可采取“水性漆+廢氣處理”或“循環(huán)風(fēng)+廢氣處理”2種方案，二者均可達(dá)到目前排放法規(guī)要求，但“水性漆+廢氣處理”改造投入成本大、運(yùn)行成本高且改造施工周期長，因而越來越多的企業(yè)傾向于“循環(huán)風(fēng)+廢氣處理”來滿足排放法規(guī)的要求。

參考文獻(xiàn)：

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