汽车涂装节能减排之初探.kdh

1、T ECHNOLOGY科技纵横【摘要】本文根据节能减排和清洁生产的要求,进行环境影响分析和环保技术论证,在深入分析的基础上,提出汽车涂装节约能源的改进对策和汽车涂装污染治理的改进对策,贯彻落实科学发展观,节约能源消耗,提高生产效率的目标,后者根据不同污染物分别提出污染防治对策,将对大气环境、水环境等污染控制到最低程度,实现新型工业化的发展目标。【关键词】汽车涂装节约能源污染治理1.引言汽车是现代化交通工具,其外表面的90%以上是涂装面,涂装质量好坏是人们对汽车质量的直观评价。此外,涂装可以起保护作用,汽车属户外用品,要求适应寒冷、湿热等气候性条件,具有优良的防腐蚀性、抗老化,延长使用寿命;涂装

2、可以起装饰作用,使其具有极好的光泽和鲜映性,给人以美的视觉感受;涂装还具有调节热、电等能量的传导性、产生夜光等特种功能。从汽车诞生至今己有100多年的历史,汽车涂装由当初作坊式涂装发展到适应于大量流水生产的典型的工业涂装,经历了多次质的变革。尤其在近20多年中,漆前磷化处理,阴极电泳涂底漆实现全自动化,涂装前处理、中涂、面漆实现了静电自动喷涂。但是,目前我国汽车涂装产生的高耗能、废水、废气和废渣等一系列的环境问题,不仅影响和制约着汽车工业的发展,而且对人类健康和自然环也形成严重的危害。如何科学合理地解决好汽车涂装的环境问题,是我们面临的一个现实课题。2.汽车涂装产生的环境问题汽车涂装是汽车制造

3、过程的重要环节,现代的汽车制造过程一般分为四大工艺环节,它们分别是零件冲压工艺、车身拼装工艺、车身涂装工艺和总成装配工艺。而汽车涂装则是一个化学与化工的结合过程,在这一过程中,一类化学物质经过工艺化学反应转化成另一类化学物质。因此,汽车涂装的化学化工性质,决定了它是整个汽车制造工艺过程中与环境关系最为密切的工艺环节。研究汽车制造的环境问题,首先要研究汽车涂装的环境问题,从资源利用和环境保护的角度来审视汽车涂装过程,其对整个汽车制造过程的重要性可以归纳为以下几点:(1汽车涂装过程涉及大量的原材料消耗。统计数据表明,一个轿车涂装生产线所消耗的直接原材料种类达近百种。汽车涂装是整个汽车制造过程的资源

4、消耗大户。(2汽车涂装过程的水资源消耗量巨大。据统计,一个生产能力为500台/天的轿车涂装生产线每天直接用于生产消耗的工业自来水量为1500吨,去离子水为600吨,这还不包括间接用于加热、冷却循环等用途的介质水。(3汽车涂装过程能源动力消耗量巨大。统计数据表明,单单是电力消耗,汽车涂装过程就占到整个汽车制造过程的67%。并且涂装过程涉及到的能源种类繁多,除电力外,还包括燃料(柴油、汽油、煤气、天然气、热能(蒸汽、热水、气能(压缩空气等。(4汽车涂装过程废弃物产生和排放量大,且废弃物种类多。包括有固体废弃物、液体废弃物、气体废弃物、废热能等。废弃物处理不当,就会对空气质量、地下水水质、土壤环境、

5、自然和农作物环境等产生污染。(5汽车涂装过程对人体健康影响较大。由于是化工过程,由于化学反应不完全造成的残余物和废弃物都可能对生产人员身体健康产生影响,如油漆漆雾影响、废热散发引起高温环境影响、噪声影响等等。3.汽车涂装节约能源的改进对策鉴于能源成本在汽车涂装成本中所占的高比例(33%,汽车涂装能源环境成本的有效利用和持续改进,将会对降低汽车涂装环境成本产生显著影响。汽车涂装过程能源环境成本的持续改进,可从以下几个方面进行考虑:3.1汽车涂装生产线结构和涂装产品结构的优化汽车涂装生产线结构规模和涂装产品结构规模的优化调整,是提高汽车涂装过程能源利用效率的重要途径。首先,生产线的经济规模与产品的

6、单位能耗有直接关系。一方面,规模效应导致大型企业的能源消耗要优于中小型企业,当生产量达到一定的规模时,其各种消耗,包括能源消耗都是更加经济的。因此,汽车涂装生产线的经济规模越大,其能源成本会越低;另一方面,仅仅考虑扩大生产线的规模是不够的。在设备开工利用率低的情况下,单位涂装车身所分摊的能量消耗是非常大的,能源设备投资的分摊也相应较大,从而造成能源利用的浪费。对涂装生产线进行柔性化设计是解决设备开工率不足的一个好的选择。生产线的柔性化设计保证了生产线能同时满足多种不同产品的生产要求,设备开工率不足的情况出现的概率会大大降低,这样由于开工不足造成的能源浪费就会被避免。对汽车涂装生产线来说更是如此

7、,因为汽车产品通常都是单线生产的,这在市场热销的情况下是没有问题的。但是汽车产品由于其开发周期通常较长(目前最先进的开发周期为2年,市场变数往往很大,这样带来的风险大大增加,因此对汽车涂装生产线进行柔性化设计正成为汽车企业节约成本的优先选择。其次,为了实现汽车涂装过程的低能源消耗,汽车涂装产品应努力向高附加值、低能耗的方向发展。如水性漆汽车涂装产品相比传统的溶剂型涂装产品来说,其能源消耗要显著降低。水性漆的烘烤温度只需要120,而传统溶剂型油漆的烘烤温度为160摄氏度,水性漆涂装产品的低烘烤温度将带来巨大的能源节约。又如环氧树脂中涂漆产品与聚氨酷中涂漆产品相比,在同样的烘烤温度下,烘烤的时间要

8、高出8分钟,从能源利用的角度考虑是不经济的。不同颜色的涂装产品,其能源消耗也存在差别,如反射银颜色,由于其施工难度相对其它深色系列颜色要高许多,其返工率通常达到20%左右(普通深色系的颜色平均返工率为10%以下,高的返工率带来高的能源消耗,可考虑用同样色系的,但返工率明显低的钻石银或丝缎银来替代。因此,对汽车涂装产品而言,其选择什么样的产品品种和产品结构,都直接或间接影响到涂装过程的能源消耗,那些能源节约型的涂装材料、涂装颜色应该成为产品节能的优先考虑。3.2汽车涂装生产方式的改进汽车涂装生产方式对涂装过程的能源消耗产生直接影响。应根据生产任务、能源的实际情况,对生产方式做出及时的调整,从而确

9、保合理的生产负荷。一般来讲,在设计能力内的满负荷运作方式能获得能源的最有效利用。能力放空就意味着浪费,有很大一部分没有被有效利用,变成了无用功。如生产能力为160台/8h的涂装生产线,如果计划只安排140台的产量任务,就会有1小时的能力放空,这1小时的设备运行所需的能量就被浪费掉了,因为涂装生产线的开机预热时间大于1小时,当中是不可能停机的。同时,间隙式的生产运行方式其耗能是不经济的。因为设备频繁地开启关闭会造成能量的浪费,如对汽车涂装的各种化学槽液和各级烘烤箱来说,将它们从室温加热到规定的工作温度,需要大量的能量。如果关闭后再启动,又需要重复加热的过程,能量浪费是巨大的。汽车涂装生产方式的调

10、整还涉及到各工序之间的生产能力的协调,这对供能和用能也会产生影响。如涂装生产品种的计划,就必须针对工艺的要求进行合理的安排。因为不同的品种其生产工艺是有所区别的,如对于能提供共线生产的汽车涂装生产线来说,不同车型在流水线上的交替排列将有助于生产工时的互补和平衡,不至造成流水线的停顿和下道工序的等待;而颜色品种又必须相对集中排列,这样可减少频繁更换颜色造成的时间浪费,减少能量的损失。因此,涂装品种计划的制定须同时考虑车型和颜色两方面的因素,做到合理科学的安排。3.3建立健全汽车涂装能源管理机构和管理制度首先,为了落实节能工作,必须有相对稳定的节能管理班子,管理和监督汽车涂装过程能源的合理使用,同

11、时要制定节能计划,实施节能措施,并对相关人员进行节能培训。其次,要建立汽车涂装过程的能源管理制度,包括:制定燃料进厂、分区存放、技术档案、定量供应、定额管理:对各种设备和工艺流程,要制定操作规程;对各类产品,建立厂-车间-工段-班组的节能管理网,制定能源消耗的文/贺泉汽车涂装节能减排之初探2302009.6CHINA EQUIPMENTT ECHNOLOGY科技纵横定额及奖罚制度,等等。第三,要加强能源的计量管理。没有健全的能量计量,就难以对能源的消费进行准确的统计和核算,更难以推动能量平衡、定额管理、经济核算和计划预测等系列科学管理工作的深入开展。因此,必须完善汽车涂装过程的能源计量手段,建

12、立健全仪表维护检修制度,强化节能监测。第四,要消除明显的不合理浪费,如“跑、冒、滴、漏”,管道与设备保温不良,可燃气体的放空、照明设备的常开等。3.4进行汽车涂装设备、技术和工艺的节能规划和改造生产工艺和设备技术的落后,将严重影响到汽车涂装的能源利用效率。通过技术手段来提高能源利用的综合效率,是深入节能的根本途径。对于新建的汽车涂装生产线而言,要充分考虑采用能源利用效率高的设备、技术和工艺,从设计规划的源头来保证涂装生产的高能效。如涂装输送马达和大型进排风风机马达的选择,带变频功能的马达在运行时明显节约能耗。采用新的PVC湿喷涂工艺,由于节约了烘烤烘箱,带来的能源节约是巨大的:涂装生产线照明系

13、统的多模式设计,将车间照明分为开机照明模式、待机照明模式和停机照明模式及在此三种模式下的白天照明模式和夜晚照明模式等子模式,这种照明系统的节能设计带来能源节约也非常可观,等等。4.汽车涂装污染治理的改进对策4.1汽车涂装制造过程污染物类型汽车涂装制造过程涉及大量的化工原材料和化学反应,其所产生的污染物种类繁多,既有不可降解污染物(Pb,Cr等、可降解污染物(PQ,SQ等,又有地区性和区域性污染物(SO,NO等,还包括表面污染物(含苯、醛的废水、全球污染物(二氧化碳、氟化物等。从污染治理技术的角度出发,可以将这些废弃污染物按照其物理化学状态划分为三种类型,即液态污染物、气态污染物和固态污染物。(

14、1液态污染物,汽车涂装制造过程的液态污染物,包括工业废水和其他液体废弃物。汽车涂装过程的工业废水包括各类工艺性废水和涂装生产、辅助设备的运行、维护、保养、清洁等所产生的废水;汽车涂装的其它液体废弃物是指报废、弃用的各类液体涂装生产性材料及辅助清洗用材料,如废油漆、废稀料等。液态污染物是汽车涂装制造过程三类污染物中,数量和种类最多的一种废弃污染物,它量多面广,几乎覆盖涂装工艺的各个环节。(2气态污染物,汽车涂装制造过程的气态污染物,包括燃料燃烧挥发的气体污染物、涂装工艺化学反应过程产生的气体污染物和化学材料物理挥发产生的各类气体污染物。如柴油、煤气燃烧产生各类污染气体如二氧化碳、二氧化硫等;涂层

15、高温烘烤过程产生的各类化学气体,如二甲苯、醋酸丁酯等;油漆材料挥发产生的化学气体,如乙二醇乙醚、乙二醇丁醚等。(3固态污染物,汽车涂装制造过程产生的固态污染物包括工艺反应产生的各种固体废渣、废涂料处理产生的固体废渣及涂装设备、工夹具清洁产生的固体废渣和各种废弃包装材料四种类型,如车身磷化反应产生的磷化渣,喷漆室漆雾凝聚产生的废漆渣,车身零件、雪橇、撑钩撑杆清洁时产生的固体漆渣,各种化学品的废弃包装材料等等。选择全面讨论如何对汽车涂装制造过程废弃污染物进行恰当处理需要大量篇幅,本文只是从一般性的角度来考察污染物的处理,以使对问题的复杂性以及可能的解决方法有所了解。总之,尽可能严格地控制废弃污染物

16、的排放,减少需要处理的残留废物量才是最根本的方法。汽车涂装制造过程排放的工业废水在成分、浓度、体积等方面差别很大,有些废水呈酸性,有些废水则显碱性;有些废水含有耗氧有机物、营养物质(如氮、磷等,可以引起富营养化;有些废水中的悬浮固体会在受纳水体中沉淀,产生耗氧的污泥;有些废水由于其颜色、气味等影响景观;还有的废水含有有毒有害物质。因此,对汽车涂装制造过程工业废水的处理,需要根据具体情况进行具体分析。一般来讲,汽车涂装工业废水的处理有三种基本形式:废水先经过工业废水处理站处理。然后排放到受纳水体中;废水直接排到城市下水道中,然后经过城市废水处理厂处理;废水先在工厂中进行预处理,减少废水中污染物质

17、的含量,然后排放到城市下水道中,在城市废水处理厂中进行最后的处理。许多工业生产中都会产生大气污染,这些大气污染物不能简单地直接排放到大气中。工厂在处理大气污染物时,不能像处理液体和固体废物那样送到公共处理厂,这些大气污染必须得到场内控制。对汽车涂装气态污染物的治理,大致可以采用两类技术:颗粒污染控制和气态污染物控制。(1颗粒污染物控制。颗粒污染物控制主要是针对排放的气态污染物中的颗粒进行控制和处理。汽车涂装过程的气态污染物很多是含有颗粒的,如烘房燃烧器排放的废气中含有碳粒子,喷漆室排放的废气中含有金属漆粒子和固化的油漆粒子等。对这类含有颗粒的气态污染物的处理可以采用如下一些方法:重力沉降、旋风

18、除尘、袋式除尘、湿式除尘和肺电除尘。对汽车涂装而言,袋式除尘和湿式除尘应用最为普遍,其中袋式除尘由于其效率高,特别是对细微粉粒也有很高捕集效率,被广泛应用于汽车涂装过程废气处理。而湿式除尘则适应于处理高温、高湿、有腐蚀性的含尘气体,可用于喷漆室废气的净化处理。(2气态污染物控制。汽车涂装过程产生的污染气体中常见的污染物有SO,NO,CO,C02,碳氢化合物和其它一些有机和无机气体。气态污染物控制的主要方法有湿吸收、吸附和燃烧。湿吸收能通过水滴的吸收作用来去除气体污染物,它将污染物从气相转化成液相,再做进一步处理;吸附系统通常由吸附剂组成.例如活性炭,污染气体通过吸附剂时,污染物从气相中转移到吸附剂上:焚烧或燃烧可以将一氧化碳、有机气态污染物(碳氢化合物、有机酸、醛以及含氯、硫、氮的有机物转化成水和二氧化碳。如果涂装烘烤过程产生的污染物气体,含有二甲苯、醋酸丁酷及其烃类污染物,可以通过高温燃烧进行处理。工业生产会产生固体废物,汽车涂装也不例外,必须对汽车涂装过程中产生的废物进行安全而且卫生的处理。对于固体废物的处理通常都采用填埋和焚烧处理两种方式。工厂在处理这些废物时,要消除或降低废物的毒性.并尽可能减少废物的体积,对于残留物的最终处理通常要由专业的有害废物处置公司来完成。如汽车涂装过程产生的磷化渣,先是