汽车涂装喷漆室循环风技术分析

作者:东风汽车公司 胡新意 文章来源:AI《汽车制造业》 点击数:966 发布时间:2019-07-16
东风汽车公司 胡新意
汽车涂装喷漆室循环风技术分析

涂装是汽车制造业的能耗大户,也是产生三废排放最多的环节,在整车汽车制造工厂中,传统涂装车间的能耗占60%,CO2排放占60%,VOC排放占95%,可见涂装是汽车制造中绿色制造技术发展的重点。整车涂装能耗大,很多人误以为主要是因为烘干工艺,但统计分析表明,传统整车涂装车间喷涂工艺才是耗能第一大户,原因是喷漆室采用全新风空调,风量大,调温、调湿耗费大量能源。为了在喷涂工艺中节能降耗,发展应用喷漆室循环风技术逐步成为重要的技术途径。在此背景下,本文分析了汽车涂装喷漆室循环风技术的应用条件、技术效果、应用场景和推广价值,旨在促进喷漆室循环风技术在行业的推广应用,为汽车涂装行业发展绿色制造提供借鉴。

湿式与干式循环风喷漆室技术效果比较分析

为保证汽车涂装喷涂作业的工艺条件与作业环境,喷漆室采用上送洁净空调风,下设漆雾捕集与排风装置的方式进行通风净化。喷漆室排风虽经漆雾捕集处理,但污染仍较严重,排风中仍存在一定量的漆雾与有机溶剂,因此传统的喷涂空调多数采用全新风的方式供风。喷漆室空调新风风量大,能耗特别高,发展循环风技术一直是涂装节能的迫切需要。随着喷漆室漆雾捕集机构的改进,漆雾捕集效率提高,为循环风空调的应用创造了条件。应用喷漆室循环风空调,必要的基础条件是漆雾捕集器的捕集效率达到99%以上,否则容易造成循环风空调过滤堵塞。高效的漆雾捕集目前有湿式与干式两大类型,湿式漆雾捕集采用改进的文丘里洗涤器,干式漆雾捕集采用雾化的干石灰粉包裹漆雾后过滤的方式或静电漆雾分离方式捕集漆雾,一种“迷宫”纸盒粘附分离系统处于研发试用阶段。根据漆雾捕集的类型,循环风喷漆室分为干式循环风喷漆室与湿式循环风喷漆室。全新风喷漆室、湿式循环风喷漆室和干式循环风喷漆室的原理比较如图1所示。

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喷漆室应用循环风空调的主要目的是节省喷漆室空调的能耗,为分析比较不同类型喷漆室的空调能耗差别,应用焓湿图工具,分析不同类型喷漆室流动湿空气的状态变化及焓变,如图2所示。湿空气状态变化的焓变即是空调的冷量或热量消耗,采用图2所示的焓湿图,可以很直观地反应不同的状态变化,对应不同的焓变,不同的能耗。

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图2中,假定喷漆室送风的温度要求范围为23±2 ℃,湿度要求范围为RH 60±5%,冬天的平均外气条件为6 ℃、RH 40%,夏天的平均外气条件为35 ℃、RH 50%。新风空调、湿式循环风空调以及干式循环风空调加热、冷却的能耗计算比较如表1所示。

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对于湿式循环风空调,首先分析喷漆室排风洗涤过程,理论分析与实践证明该过程可以近似看作等焓加湿过程,湿度增加,温度降低,焓值基本不变,按假定的喷漆室送风条件,排风经洗涤后的状态经验值近似为19 ℃、RH 95%。
根据表1的能耗对比可以看出,循环风空调较新风空调有显著的节能效果,其中干式循环风的节能效果最优。

 

循环风喷漆室循环方式与案例分析

喷漆室应用循环风空调的条件主要有两方面:前面分析到的基础条件是漆雾捕集器的捕集效率要达到99%以上,但即使是漆雾捕集器的捕集效率达到了很高的要求,循环风中的有机溶剂仍不能完全去除,循环风中较高浓度的有机溶剂不能满足人工作业环境条件,所以应用循环风空调的另一条件是只能应用在机器喷涂段。现在应用的车身喷涂线的喷涂方式多数是人工喷涂与机器人喷涂相结合的方式,由人工喷涂车身内板、机器人喷涂车身外板,采用的涂料中中涂、色漆多为水性涂料,清漆仍为溶剂型涂料,基于这些现状条件,循环风喷漆室的空气循环方式有级联式循环与自循环两种,其原理示意图如图3、图4所示。
如图3所示,色漆喷涂喷漆室采用级联式循环风,新风空调送喷漆前擦净段、人工喷涂段和补漆段,擦净段的排风经过滤后直接循环到人工喷涂段的动压室,人工喷涂段、补漆段的排风经循环风空调循环到机器喷涂段,机器喷涂段的排风及人工喷涂段部分未循环的排风送烟囱高空排放或送VOC废气处理设备处理。某工程案例的设计条件如表2所示。

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按表2条件测算,采用全新风空调的新风量为5508 m3/min,若采用上述级联式循环风,新风量为3780 m3/min,新风量降低31%。

如图4所示,清漆自动喷涂段喷漆室采用自循环式循环风。新风空调送清漆喷漆室的自动喷涂段与补漆段,自动喷涂段的排风经循环风空调大部分循环到自动喷涂段,为保证循环风VOC浓度低于其爆炸极限下限浓度的25%,部分高浓度废气送废气处理设备处理,并由新风空调补充新风,保持喷漆室送排风平衡。某工程案例的设计条件如表3所示。

按表3条件测算,采用全新风空调的新风量为3 780 m3/min,若采用上述自循环式循环风,新风量为1 512 m3/min,新风量降低60%。

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推广应用循环风喷漆室的现实价值

汽车涂装喷漆废气的特征是流量大、浓度低,按照《大气污染物综合排放标准》,涂装喷涂废气经漆雾分离处理后可以高空排放。之前由于此类大流量、低浓度废气的处理技术不成熟、处理成本高,汽车企业涂装喷涂废气多数采用高空排放处理。汽车涂装喷漆废气高空排放,只是应对法规做合规处理,虽然浓度低,但绝对排放总量巨大,对大气环境造成的影响不容忽视。随着大气环境压力日益严峻,同时涂装喷漆废气处理技术不断进步,趋于成熟,2016年国家工信部、财政部联合发布《重点行业挥发性有机物削减行动计划》〔2016〕217号,京、津、翼等重点省市纷纷出台相应的“拥抱蓝天行动计划”,其中明确要求汽车涂装中溶剂型涂料的喷涂废气需要采用深度处理措施。根据各省市地方法规的要求,汽车涂装企业若简单应对法规,对溶剂型涂料的喷涂废气采用深度处理措施,由于目前多数汽车涂装企业仍采用全新风喷漆室,喷涂废气风量巨大,处理设备的投资高,高昂的能耗等运行成本亦难以接受。为此,笔者建议当前汽车企业应对法规做涂装废气深度处理改造,一定要结合循环风喷漆室改造,最大限度降低废气处理风量,节省喷漆室空调能耗的同时节省废气处理设备投资与废气处理运行成本。

为落实湖北省削减、控制有机废气排放系列法规要求,东风汽车公司在鄂企业正按计划实施涂装线水性涂料应用改造、溶剂型涂装废气深度处理改造,按公司的统一规划,在实施废气处理改造的同时,进行喷漆室循环风利用改造,取得了理想的节能减排效果。

结语

坚持环境友好理念,将节能环保贯彻到企业生产制造的各个环节,是企业履行环保责任的重要方式,跟踪研究并发展应用节能环保的涂装技术是企业履行环保责任的重要内容。希望通过本文的介绍,推进涂装喷漆室循环风技术等绿色制造技术在汽车涂装行业的发展应用,为履行企业环保责任做出贡献。