汽车涂装工艺用电管理

发布时间:2010-07-13
分享到


图1  桥式烘干炉的热量收支

在汽车涂装工艺中,通过优化涂装的设备、工艺技术、材料以及管理等手段,可以有效提高能源的利用率,降低生产成本。

涂装车间在汽车制造的整车四大工艺中属耗能大户,单车能耗占整车生产能源综合单耗的60%以上,尤其是采用电加热烘干的生产线,电能的消耗占到涂装综合能耗的50%以上。所以根据涂装车间的生产工艺情况,对重点能耗设备(如电加热烘干炉、喷漆室供排风)、生产线合理组织生产等方面进行控制来降低电能的消耗将是涂装用电节能的关键。下面以奇瑞公司轿车一厂涂装一车间为例阐述用电节能途径。

烘干炉

目前,国外一般使用天然气和燃油作为烘干炉的加热源。在国内油气资源丰富的地区采用天然气作为热源,而在电力供应发达的地区则是采用电加热的方式。以上方式产生的热源通过辐射和对流的方式加热被涂物,使其表面涂覆的涂料达到工艺烘干温度而固化干燥。加热的主要目的是将车身表面涂覆几十微米厚度的涂料湿膜干燥,达到其应有的性能。其车身表面湿膜干燥所需要的热量不是很高,但在实际生产中烘干炉为达到工艺要求的温度产生的热量很大,以年产12万辆油漆车身面漆线电加热桥式烘干炉为例,其每小时为使20辆油漆车身烘干所投入的热量约为516 000kcal(1kcal=4.19kj),其涂料湿膜干燥需要的热量约为150 000kcal,热能的利用率不到30%,大部分热量被排放的废气带走以及被设备本身吸收,具体热量分布如图1所示。

减少热量损失,提高热能效率可以通过以下几个方面来实现:

1. 减少废气排放量

烘干炉废气排放的主要作用是将含溶剂的涂料湿膜烘烤固化过程中溶剂挥发、低分子树脂裂变分解产生的烟雾及VOC气体及时排放,以保持炉内的清洁度及将可燃气体浓度控制在安全范围内,避免起火爆炸等安全事故的发生。这一个过程带走了30%以上的烘干炉热量,这些热量没有得到很好的利用而白白浪费掉。对此可通过选择使用高固体、高粘度的新型涂料代替传统的溶剂型涂料,因新型高固体分涂料的施工粘度下的油漆固体分含量达到60%以上,比传统的溶剂型涂料固体分含量高出15%~30%,因此减少了湿膜中溶剂的带入量,降低了炉内溶剂的浓度。这样可以大大减少烘干炉的换气量,减少热量损失。另外,可以在非正常生产时或生产不同涂料油漆车身时,根据炉内可燃气体的浓度不同来调节废气排放量。在炉内安装可燃气体浓度检测仪器,在线检测浓度的变化,并与废气排放阀门进行联动,根据设定值的变化量来控制阀门的开启程度,使炉内的浓度维持在气体爆炸极限的25% 以内。相比目前的烘干炉在启动时就一直开启,可大大减少废气排放所带走的热量,节省了开线升温及生产中间停线期间的热量损失,同时可缩短升温时间,提高热能的利用率及烘干炉的生产响应速度,减少停线的损失。按照目前的烘干炉开线前升温时间90min计算,其升温过程中的烘干炉废气产生量很低,却要通过排放管道连续地排放VOC浓度低的高温废气,升温阶段的热量排放大约为430 000kcal。通过实时自动控制系统可以将排放量降到最低,升温同时废气排放量也大大下降,减少了废气处理带来的一笔不菲的环保费用,很大程度上实现了节能减排。


图2  烘干炉出口快开门

2. 烘干炉风压平衡

(1)烘干炉内的风压平衡对烘干炉的烘烤效果至关重要。烘干炉的升温区和保温区的温度及热风循环量均不同,各区有各自的特征,一般升温区采用辐射加对流方式,保温区采用热对流方式,以提高升温速度缩短烘烤时间。升温区的循环风量一般比保温区低,以增强热辐射快速升温,加快车身湿膜的表干,减少粘尘(对不宜快速升温的油漆需要注意)。

其次,必须注意外界对炉内风压的影响,特别是与喷漆室相连接的中涂、面漆烘干炉的风压平衡。一般情况下烘干炉相对于喷漆室处于微负压,应减少烘干炉的进出口冒烟和滴油。当喷漆室的风压出现较大波动时,将导致烘干炉内风压的极度不平衡。当喷漆室的风压增加(减小)时,冷空气从烘干炉的进(出)口大量涌进,同时热风及废气从烘干炉的出(进)口排出,炉内各区的温度急速下降,轻则高温热风夹带废气污染喷漆室及车间的环境,重则导致涂膜无法获得正常的烘烤温度,发生烘烤不良的质量事故而返工或报废。为了减少喷漆室风压不稳时对烘干炉的影响,可在烘干炉的进出口设置调节板(如图2所示)。一般烘干炉口为适应各种车型的柔性化生产,开口都比较大,从炉口散失的热量无形中增加了烘干炉电能的投入,同时也会出现烘干炉口冒烟、滴油以及难闻的气味等。为了取得良好的保温效果,在采用安装调节板后,可根据生产车型的大小来调节调整板的开口,尽量减小炉口的截面积,减少热量的损失。在风压出现波动后无法短时间内稳定的情况下,可以及时关闭调节板封闭炉门,待风压调整稳定后,再重新开线生产,可很大程度上保持住炉温,减少炉温的下降。另外,设置调节板对停产后烘干炉的洁净度维持也起到很大的作用,能有效减少灰尘等异物的入侵。

(2)每次生产线停产后的第一个班次生产前都需要在烘干炉升温前对炉内使用空调供风进行吹扫,以消除炉内的灰尘,这时调节板可以减少生产前喷漆室供排风的开启时间。在没用使用调节板之前,每次生产都必须开启空调对烘干炉送风吹扫停产期间混入的灰尘,吹扫后必须保持供排风系统的正常运行状态到正式生产,中间升温期间不能关闭,以免启停供排风时的风压波动导致炉温的异常,影响正常的开线生产进程而导致动能浪费。但这一过程却导致从烘干炉升温到正常生产时,喷漆室供排风所提供的风量无法被利用而白白浪费。例如:涂装一车间12线面漆烘干炉的升温时间约为90min,喷漆室供排风系统的总运行功率为735kW,除去每次开线前检查调整所使用的30min外,其余时间投入的620kWh电能都被浪费。在使用调节板后开车升温期间、烘干炉和喷漆室各自独立,避免了喷漆室的风压调整变化对烘干炉的影响,降低了喷漆室的开车用电量。


2006年5~10月涂装一车间生产耗电费用统计    (单位:元)

涂料固化低温化

目前国内普遍采用的高装饰性涂料的烘烤温度在140~180℃左右,这就要求烘干炉的加热温度至少要比其高出约10℃。烘烤温度的居高不下,不仅带来了烘干用电量的增加,同时带来了一系列的不良后果:后冷却系统的负担增加,甚至满足不了冷却车身的要求,大量的热量由车身带出炉后释放到车间导致环境温度上升。特别是夏季高温期间,在150℃烘烤后经 250s的冷却后,车身外表温度约在60~70℃,车体内部及厚板部位的温度甚至达到100℃,这给后续工序的操作带来了不便,恶化了操作环境,甚至引起人员中暑现象。因此不得不另外增加大量的风扇及过早的开启车间大功率的制冷机组来进行强制冷却降温,投入了大量的设备和电能。对此,不仅各涂料供应及热工设备厂家在降低涂料烘干温度改良烘干炉设备方面进行了大量研究,随着低温涂料的开发使各类涂料的烘烤窗口降低,各汽车制造厂家也在积极进行节能技术改进,研究低温涂料的替代工艺。奇瑞公司涂装一车间在2006年与湖南关西公司紧密合作对12线电泳进行了新产品的替换工作,对电泳槽液进行了连续性的置换取得了成功,解决了阴极电泳漆换代难的问题,使新老两代产品的更换平稳过渡,各项指标均达到要求。新型的电泳涂料在质量上提高了一个层次,便于生产管理,减少了油漆缺陷的产生,降低了后续人力物力的投入。另外,由于新产品的烘烤窗口比老产品宽,在产品更新后,组织相关工艺人员对烘干炉保温区的温度下调了5℃,经检测各项数据均达到标准。这一举措使烘干炉节能约5%左右。借助此次槽液置换取得的成功经验,于2007年上半年协同杜邦公司对11线的电泳进行置换及降低烘烤温度也取得了成功,并实现了烘干炉温度下降10℃的目标。

喷漆室供排风系统同步控制

在采用电加热烘干的涂装生产线,喷漆室供排风系统的用电量仅次于烘干炉。在使用非电加热方式烘干的情况下,喷漆室供排风系统的用电量位居涂装工艺用电量的首位,其对电的利用率的高低,决定着涂装单车用电量的水平。正常生产过程中的使用较平稳,但在出现生产异常及停产期间的工艺维护使用时,利用率将会降低,主要表现为:在生产出现异常停线时间无法确定,烘干炉需要保温处理时,供排风系统不能关闭以确保及时开线,从而导致供排风系统仍处于正常运行状态,电能的利用率为零,此种现象在广大汽车涂装生产过程中因设备问题、工艺问题及生产计划问题出现的频率较高。一般涂装车间生产中的停线时间占总生产时间的5%~8%,停线期间各大型耗能设备的节能空间很大,可以进行研究挖掘。采用变频器技术对供排风系统进行同步控制,可以确保在换风次数变化时,喷漆室的风压处于稳定状态。在出现异常停线、工艺保洁、设备调试对换风次数要求较低的情况下,通过降低风机运行的频率来调低换风次数,以节约电能。风机的运行频率每下降20%,其运行功率下降20%~30%。使喷漆室供排风系统无论在什么条件下使用,都能以最经济的状态运行。

合理安排班次

涂装工艺的用电量占整车四大工艺的比例最大,达到60%。同时,涂装生产受工艺设备的影响,各重大耗能设备(如烘干炉升降温、喷漆室供排风调风压等)的启停需要较长时间,具有提前性和延时性。四大工艺的生产准备电能消耗中,涂装占80%~90%,这就要求对生产的合理安排,特别是异常停线、短时间计划停线及频繁安排计划停产等生产停线严格控制,若控制不好,涂装车间的电量利用率将大大降低,影响到整车生产时的单车电耗量。涂装车间生产越连续集中,电能的利用率就越高。这就要求整车生产时必须重点考虑涂装的生产特点,生产时以涂装车间的排产特点来安排上下工序的生产供求关系,总体降低用电量。

此外,国家实行分时优惠电价政策,鼓励各企业、工厂能自主调节用电平衡。在实行单班制生产的涂装车间应充分利用谷段电价低的特点来组织避峰生产,在相同用电量的情况下降低用电成本。其中,电价差的利用空间巨大,特别是目前一半的汽车涂装车间的生产采用单班或两班制生产,生产时间在8~16h之间,每天都有8h以上的停产时间。在这种非24h连续生产的情况下,可根据谷段电价低的优势,采取避峰生产,在用电量不变的情况下,节约用电费用。根据芜湖地区的分时电价分布情况,涂装的生产计划安排重点考虑在夜班及白班生产,避开17∶00~22∶00连续5h的用电峰段,将大大降低用电费用。如进行单班生产时,可优先考虑夜班生产,完全利用谷段电价,用电费用将降低43%~47%。奇瑞公司涂装一车间在2006年5~10月计划生产产量低时,通过合理安排生产计划,采取避峰生产,期间共节约了46万余元(如表所示)。

结语

能源是中国崛起的动力,我国正处在工业化进程中,节能减排是我国今后建设发展中的重点工作,国家已通过各种政策、经济手段来加强能源的使用管理,投入大量的资金和技术来进行节能技术的改造。对于汽车涂装业这样一个高耗能的行业,对节能减排的工作投入目前还不是很多,这需要各方的力量共同努力,从涂装的设备、工艺技术、材料及管理方面进行深入研究来提高能源的利用率,降低成本,从而提高企业的综合竞争力。

收藏
赞一下
0
/
正在提交,请稍候…