論汽車制造行業涂裝線的清潔生產潛力

黃燕香

（湖南中環領航環保科技有限公司，湖南 長沙 410000）

汽柴油整車制造主要包括下料、焊接、沖壓、預處理、涂裝、裝配等生產單元，在整個生產環節中，涂裝單元是原料、能源消耗、污染物排放量占比最大的環節，也是主要的生產單元。近年來，隨著涂裝工序采用標準化的原輔料、優化工藝及設備、不斷強化污染治理水平和實施嚴格化的環境管理要求，汽車涂裝工序的清潔生產水平不斷提高。目前，汽車行業清潔生產審核程序按照《涂裝行業清潔生產評價指標體系》（2016年）進行對標評價[1]。

1 涂裝工序原料的清潔生產潛力分析

涂裝工序原料主要來自前處理工序、底漆、色漆和清漆工序。目前，大部分企業前處理工序采用含鋅、錳、鎳、鉻等重金屬離子的磷化劑，長沙市某汽車企業的前處理工序也采用磷化劑。磷化劑不僅含有磷、鉻等重金屬，且在處理過程中會產生大量磷化渣，需要輔助加熱設備對磷化槽進行加熱，磷化后需要大量溢流水對工件進行漂洗，因此磷化劑在環保、節能方面存在較大的清潔生產潛力，可采用新型的環保、節能、低使用成本的硅烷劑代替傳統的磷化劑。

硅烷處理劑對金屬或非金屬材料進行表面處理的過程主要依靠其主要成分有機硅烷，硅烷化處理相比傳統磷化處理，具有以下優點：（1）不含鎳、鉻、磷等有毒有害的重金屬離子，可減少廢水排放量并降低廢水處理成本；（2）無需加溫，可為企業節省大量能源并減少燃料廢氣排放，也可節省磷化加溫設備的成本；（3）處理過程可減少90%的沉渣，有效延長了槽液的倒槽周期，同時減少除渣槽、板框壓濾機的生產成本，且形成的廢渣不含磷酸鹽，對環境污染較小；（4）硅烷處理時間短，控制簡便，處理步驟少，可省去表調工序及磷化后的水洗工序，槽液可重復使用，減少單位面積原料的消耗量，從而減少生產成本（在每平方單耗方面，硅烷化的消耗量為傳統磷化的15%～20%），同時也大大減輕了污水處理的壓力[2]。

對照《涂裝行業清潔生產評價指標體系》，目前該汽車企業采用高溫固化電泳漆為底漆，且以陰極電泳為電泳漆，屬于無鉛、無鎘的防腐保護性電泳漆；使用水性漆作為中涂及色漆工序的涂料，油性漆僅用于清漆工序，達到了《涂裝行業清潔生產評價指標體系》的Ⅱ級標準。

2 涂裝工序資源能耗綜合利用清潔生產潛力分析

2.1 面涂烤房間接爐爐膛排煙余熱的利用

目前該汽車企業面涂烤房的間接爐爐膛排煙為直接排放，未對排煙煙氣進行余熱利用，導致燃氣消耗量大，增加了企業的生產成本，即該企業在面涂烤房的余熱利用方面具有較大的清潔生產潛力。熱管式氣換熱器采用熱管為傳熱元件，作為廢熱回收和工藝過程中熱能利用的節能設備，具有流體阻損小、結構緊湊、傳熱效率高、有利于控制露點腐蝕等優點。目前已在冶金、化工、煉油、鍋爐、陶瓷、交通、輕紡、機械等行業得到了廣泛應用，且取得了顯著的經濟效益。

企業在間接爐爐膛排煙管上增設熱管式氣換熱器，對爐膛排煙進行余熱回收，回收的熱量用于加熱外界空氣并通過新增風機重新送入過濾器室內，新增風機確保送風量與原有新風送風量保持一致，從而代替新風，原有的新風補入作為備用，從而降低天然氣的消耗量。根據企業提供的資料，改造前產品的耗氣量為6.41 m3/臺，改造后產品的耗氣量為4.95 m3/臺，改造后可降低產品的耗氣量為1.46 m3/臺，從而減少SO2、NOX的排放量。

2.2 涂料的循環利用

涂裝工序在涂料使用中也使用了涂料循環技術，如超濾法回收水性漆技術，可使涂料的使用效率進一步提高。此外，閉路循環的陰極電泳涂裝線不僅能夠回收利用，還能有效控制電泳沖洗廢水的排放量，值得推廣應用。

3 涂裝工藝及設備節能減排清潔生產潛力分析

3.1 涂裝工藝的清潔生產潛力

3.1.1 涂料工藝的節能降耗

新的涂料工藝流程為：車身預處理→噴粉→電泳→噴面漆。該工藝噴粉的原料為聚酯粉末，噴粉厚度≥70微米以上，從而減少了打磨、噴涂、烘干等中涂工序中涂裝設備的投資和占地面積，可節省約60%的電泳漆及40%左右的能耗，減少廢氣污染物的排放量，提高了生產效率，并大大增強了防腐蝕能力和抗打擊能力。目前，某汽車制造企業采用電泳——底漆——中涂——面涂的涂料工藝，此涂料工藝是某汽車制造企業未來清潔生產的發展方向。

3.1.2 噴涂工藝的減排

自動涂裝工藝設備包括高壓無氣噴槍以及靜電旋杯，較機械噴裝、人工噴裝以及人工涂刷等噴涂工藝，具有以下優點：（1）降低VOCs的排放量；（2）提高了噴漆的利用率，因此目前已廣泛應用。在應用這種工藝的過程中，相關人員可通過合理設計、調整優化風速等技術參數來充分提高噴裝效率，從而降低有機廢氣的產生量。目前，某汽車制造企業采用的自動噴涂工藝為機器人噴涂，滿足《涂裝行業清潔生產評價指標體系》Ⅱ級標準。

3.2 涂裝設備的節能潛力

汽車涂裝設備包含噴漆房設備、烘干房設備、搬送設備、空調設備、前處理工序設備、電泳工序設備、作業場設備等，其能耗比例見圖1。其中能耗較高的分別為烘干室、噴漆室、電泳設備、空調［3]，占比分別為：18%、22%、23%、26%，因此對這4種設備進行節能改造，將對降低整體能耗起到關鍵作用。如烘干室采用U型烘干室，廢氣排放量可減少1/2，并節能20%～30%，且大大提高清潔度；噴漆室應用自動靜電高轉速旋杯噴涂機＋自動靜電高轉速旋杯噴涂機金屬漆＋自動氣噴槍，可減少噴涂缺陷，使涂料的利用率提高30%，并降低返工率。

圖1 涂裝設備能耗比例示意

長沙市某汽車生產企業在涂裝機電設備系統的節能方面，可采用關鍵設備在線監測和涂裝系統群控節能技術提高清潔生產水平。

4 涂裝工序污染治理清潔生產潛力分析

噴漆作業是在工件上形成漆膜的過程，噴漆作業中涂料和溶劑霧化后形成的二相懸浮物會逸散到周圍空氣中，主要污染物為VOCs、甲苯、二甲苯等揮發性有機廢氣。這些廢氣含有各種刺激人體的污染成分，這些污染成分會對人類的皮膚表面黏膜、中樞神經造成不同程度的不良影響［4]。這些廢氣若直接排放至大氣環境中，將影響周圍的空氣環境質量。根據《汽車整車制造建設項目環境影響評價文件審批原則》（試行），噴漆房應設置高效去除漆霧的凈化設備，流平房、烘干房以及使用溶劑型涂料的噴漆房、調漆房等應設置具有高凈化效率的有機廢氣凈化設備。

某汽車企業的噴漆室分三個工段，分別為色漆、中涂漆、清漆，各工段自成內循環的送排風系統，其中色漆、中涂漆均為水性漆，清漆為油性漆，現有工程噴漆廢氣經水旋噴漆室水幕法處理后，廢氣與流平廢氣經同一個高45 m的排氣筒排放，如果噴漆廢氣和流平廢氣不采取有機廢氣處理措施，將不符合《汽車整車制造建設項目環境影響評價文件審批原則（試行）》的有關要求，因此該汽車企業在噴漆廢氣和流平廢氣處理方面有較大的清潔生產潛力。

項目噴漆烘干房廢氣屬于大風量、低濃度的有機混合氣體，結合本項目的廢氣排放特征，考慮去除效率、運行費用、用地改造難度、資金投入及VOCs污染物產生量等因素，相關方案決定目前僅對噴漆的清漆（油性漆）工段，在現有水旋噴漆室水幕法基礎上與流平段廢氣匯合后，經同一套沸石轉輪吸附+RTO焚燒凈化裝置處理后，經1根高45 m的排氣筒排放，即公司目前僅對噴漆室的清漆工段及流平段廢氣增加沸石轉輪吸附+RTO燃燒裝置，以去除VOCs有機廢氣，見圖2。

圖2 沸石轉輪濃縮+RTO燃燒爐處理系統流程圖

沸石轉輪濃縮系統設備主要包括疏水性沸石轉輪和蓄熱式燃燒爐（RTO）兩部分。其工作原理是有機廢氣通過高吸附性能的沸石分子篩對其進行吸附濃縮，濃縮后的有機廢氣接著由RTO設備去除。目前該套裝置在歐美、日本等發達國家汽車涂裝廢氣凈化方面已得到廣泛應用且效果顯著。

沸石轉輪由無機氧化物組成，通過反復加熱脫附來實現再生，理論使用壽命可達10年左右。其具有熱穩定性極高、不燃性、使用安全等特點。其工作過程為：VOCs有機廢氣先通過吸附區沸石轉輪，此時轉輪上的沸石已吸附了大量的VOCs廢氣，并大幅減少廢氣中VOCs的含量，使廢氣轉化為潔凈氣體，潔凈氣體直接排放至大氣環境中，而未去除的有機廢氣進入脫附再生區域。經過再生區后的VOCs氣體濃度較高，減少了后續工序的生產成本。低濃度、大風量的廢氣采用沸石轉輪濃縮為小風量、高濃度，再由RTO設備將有機組分轉化為無害的二氧化碳和水，達到去除VOCs的目的。

RTO裝置主要由廢氣焚燒系統、廢氣輸送系統、熱風循環段熱交換單元和控制系統組成。其工作原理是：含有有機成分的廢氣被風機從烘干房輸送至廢氣預熱器，經預熱后的廢氣利用焚燒器使溫度達到750～800 ℃的反應溫度，反應時間為0.7～1秒。燃燒反應后的物質為二氧化碳和水，屬于潔凈氣體，將潔凈氣體采用廢氣預熱加熱器降溫，降溫后的潔凈氣體排至外環境中，剩余的熱量由烘干房回收利用。RTO可以充分回收熱能，使系統能耗大大降低。

根據《污染源源強核 算技術指南 汽車制造》（HJ 1097-2020）[5]附錄F表F.1及公司提供的設計資料，“沸石轉輪吸附+RTO焚燒”裝置對揮發性有機物的處理效率達95%，大大降低了揮發性有機物的排放量，且“沸石轉輪吸附+RTO焚燒”為《排污許可證申請與核發技術規范 汽車制造業》（HJ 971-2018）[6]噴涂廢氣中有機廢氣污染防治可行技術中的技術。根據《汽車工業污染防治可行技術指南》（HJ 1181-2021）[7]表4涂裝、樹脂纖維加工工序廢氣污染防治可行技術一覽表中可行技術2：“漆霧高效過濾＋脫附濃縮+RTO技術”適用于涂裝工序電泳、噴涂、涂膠等烘干過程高溫VOCs廢氣及其他過程高濃度VOCs廢氣的治理。綜上所述，某汽車制造企業針對噴漆廢氣和流平廢氣采用沸石轉輪吸附+RTO焚燒廢氣處理裝置技術可行[8]。

5 涂裝工序其他方面的清潔生產潛力分析

涂裝工序的清潔生產潛力除了在原料、資源能耗的綜合利用、節能、廢氣污染物的治理方面有清潔生產潛力外，在環境管理方面也具有重大的清潔生產潛力。

5.1 強化涂裝現場的管理模式

目前，車身涂裝過程中存在“動能的隱性浪費”的高耗能問題，為解決該類問題，可通過優化系統能耗，成立相應的決策系統，使該工序的高耗能關鍵設備采取不同的協作運行工作模式，以達到節能降耗的目的。（1）剖析、分析烘干室在正常負荷時、休息時、空車和停車時損失的熱量，制定最適合節能運行模式的運行狀態；（2）烘房設備為空運轉狀態時（即員工集體休息不生產時），應采取低燃燒狀態來達到節能降耗的目的；（3）當無車體進入烘房時，燃燒器的燃燒功率應降低，烘房內循環熱風的風量應減少，從而達到節能的目的，待生產再次開始前再自動恢復到正常燃燒狀態[9]。

5.2 加強涂裝線的能源管理

能源計量在涂裝線能源管理中起著舉足輕重的作用。（1）涂裝線的關鍵工序應安裝能源計量器具或儀表，并實行臺賬管理，便于后續工作的正常開展；（2）能源計量測試應定期開展，以便有效控制設備的工藝參數以達到最佳狀態，使設備運行實現控制能耗的目的；（3）尋找可靠的改進方案，提高能源的利用率；（4）保障能源計量設備的正常運轉，減少企業的生產成本，使企業在行業中處于優勢地位。

5.3 建立健全能源管理機構，并建立相關節能制度

為了有效節能，企業需配備專業人員進行管理，其主要任務是不斷強化節能管理，并針對企業實際發展狀況，制定企業節能管理方面的規章制度，從而進一步完善能耗控制。

6 結語

汽車制造行業的清潔生產水平對企業在行業中的競爭優勢有著重大影響，涂裝工序是汽車制造行業的重要工序，汽車行業的清潔生產離不開涂裝工序的優化，如采用環保型原輔料、提高資源能耗的綜合利用率、減少污染物的排放、加強環境管理等措施，都能達到節能降耗的目的。