汽车涂装节能减排的新工艺技术

潘长开

摘 要：节能减排是当今社会发展的重要议题。汽车制造企业作为能源消耗大户，也应顺应时代发展，积极探索汽车涂装节能减排新工艺、新技术，以降低运行成本，实现节能减排目标。对此，文章在分析汽车涂装节能减排领域的各项新工艺、新技术应用现状的基础上，对其具体应用路径展开全面分析。

关键词：汽车涂装 节能减排 新工艺 新技术

1 引言

进入21世纪，汽车涂装作业应兼顾经济性与环境友好性。首先，在经济性方面，汽车涂装材料与工艺的使用，应注意节约能耗、节省投资、降低成本。其次，在环境友好性方面。汽车涂装作业应满足低挥发性有机化合物排放、低碳无害、低污水排放等要求。这就需要汽车制造企业不断简化、优化涂装工艺，积极采用各种新材料，引入各项新技术、新工艺，最大限度地降低汽车涂装工艺生产流程中的能源消耗与环境污染，从而达到节能减排的目的。

2 汽车涂装节能减排技术的新工艺技术应用

2.1 运用新材料

为更加有效地控制汽车制造产业对涂装材料的应用，国际上已经制定了专门针对汽车行业挥发性有机化合物排放的标准。涂装材料的选择是提升汽车涂装节能减排效果的关键所在。德国作为汽车产业发展的先行者，早在20事迹，就已经研制出了水性涂料技术，在控制挥发性有机化合物排放方面发挥了重要作用，后该技术也被引入我国汽车制造行业。但是由于水性涂料生产能耗大、使用成本高，逐渐已无法满足汽车行业发展需求，因此，高固体分涂料应运而生。高固体粉分涂料主要采用高分子材料，其在汽车制造领域的应用，不仅能够降低汽车生产能耗，且更加符合减少挥发性有机化合物排放的要求。总体而言，当前汽车生产领域虽然有很多种绿色节能的汽车涂装材料，包括水性涂料、高固体份材料等。这些材料在汽车涂装中的应用，虽然无法完全的杜绝环境污染，但是能够有效降低挥发性有机化合物的排放。因此，为更好地达到节能减排效果，汽车生产企业应注重选择环保性的涂装材料。

2.2 应用新工艺

当前，我国汽车制造业主要采用的是3C2B涂装工艺，即中涂—烘干—色漆—清漆—烘干。该工艺虽然为我国汽车行业的主流工艺，但是同样存在生产过程能耗大，挥发性有机化合物排放过高等弊端。虽然3C2B涂装工艺在其发展过程中经过了数次改良，但是改良版的3C2B涂装工艺对于汽车生产环境，包括生产空间、洁净度、投资成本等方面都提出了更高要求，导致汽车生产成本大幅提高，从而使得部分汽车生产厂商对该技术望而却步。近年来，随着汽车涂装工艺的不断升级，美国在3C2B涂装工艺的基础上不断改良，研制出了B1B2涂装工艺。该工艺不仅能够大幅降低生产能耗以及汽车生产成本，在节能减排方面更是有着就明显优势。但是B1B2涂装工艺在我国汽车制造业的应用与推广，还需要结合我国汽车制造业发展的实际情况，从长计议。

2.3 采用新设备

想要更好地达到汽车涂装节减排的效果，不仅要注重运用新材料、应用新工艺，还要注重采用新设备。目前在我国的汽车制造行业为了减少汽车生产过程中二氧化碳的排放量，大多已经用LED灯取代了传统的日关灯。相较于日光灯，LED灯不仅能耗低、耐用性能好，其在汽车涂装中的应用，能够更好地达到节能减排的效果，降低生产成本。此外，将机器人引入汽车涂装作业中，不仅能够提高作业效率，还可获得更好的雾化效果与涂装效果。由于汽车涂装作业会产生大量废气，利用蓄热式热力焚化炉（RTO）处理涂装过程中产生的废气，能够有效分解挥发性有机化合物，回收热量，实现能源的回收再利用。另外，为达到节能减排效果，在汽车喷涂作业中，还可循环利用喷涂室的空调风，以此降低新风的使用量，降低汽车喷涂作业中的能源消耗。当前，市面上还有很多能够起到节能减排效果的喷涂设备，如干式喷涂室。在汽车生产制造中，为有效降低能源消耗，达到节能减排的目的，我们应加强节能式喷涂设备的引入与研发，以不断改进、优化汽车涂装节能减排技术与工艺，真正实现绿色生产。

3 汽车涂装节能减排技术工艺分析

在汽车涂装作业中，涂装车间是最主要的耗能单元体，在整个涂装工艺生产流程中，涂装车间所产生的能源消耗占据了较大比重。为了达到节能减排的效果，各种节能措施与设备也逐渐被引入汽车涂装车间，如烘干设备、空调节能技术、余热回收技术等。

3.1 烘干设备节能减排技术

在汽车涂装生产线中，烘干炉是最重要的设备之一。烘干炉温度是否均匀将直接关系到汽车涂层质量，而且在整个涂装工艺生产流程中，烘干炉也是第一耗能大户。为了降低汽车喷涂作业中的能源消耗，各汽车制造商已经陆续采用各种先进技术对烘干炉进行改造。烘干炉所排放的一些可挥发性有机物，如非甲烷总烃、二甲苯等，主要来源于其涂层固化过程中，是导致环境污染的重要因素。对于这些可挥发性有机废气的处理，可通过多种方式实现，如直接燃烧法、活性炭吸附法、催化燃烧法等。当前，直接燃烧法已经逐步取代其它可挥发性有机废气处理方法，被广泛应用于汽车涂装烘干工艺中。

直接燃烧法是将涂装作业中产生的可挥发性有机废气通过燃烧器进行加热，直至加热至燃烧温度以上，使其能够转化为水和二氧化碳，从而减少对环境的污染与破坏。在采用直接燃烧法进行有机废气处理时，为了进一步减少能源消耗，提高有机废气处理温度，往往会将燃烧后与燃烧前的有机废气进行热交换。现阶段，在汽车涂装作業中，主要采用的是废气焚烧热力回收装置和蓄热式人力焚化炉装置两种烘干直接燃烧形式。

3.1.1 废气焚烧热力回收装置

该装置的工作原理为，将汽车涂装工艺生产流程中所产生的有机废气通过废气风机，送入焚化炉预热器进行热交换，待焚化炉预热器温度达到450℃以上后，将这些废气经过特制的混合通道，送入炉膛火焰区，使其温度进一步升高，直至720℃，此时停留1秒钟，使得这些有机废气转化为无害的水和二氧化碳。然后利用焚烧炉在废气焚化过程中产生的高温烟气经过多级热交换器，加热烘干室内的新鲜空气，通过热交换降低系统排烟温度，使之降至200℃以下。废气焚烧热力回收装置是一种结合了有机废气处理和向生产线供热两种功能的系统，不仅能够有效处理汽车喷涂作业中产生的有机废气，还可降低喷涂作业中的能源消耗，可为一举两得。

3.1.2 蓄热式热力焚化炉装置

该装置的工作原理为，加热烘干炉所产生的废气，使其温度达到760℃以上，停留1秒钟后，使得废气中的可挥发性有机废气转化为无害的水和二氧化碳。这样有机废气氧化过程中所产生的高温气体的热量就被贮存于蓄热材料中，用于对新进入的有机废气进行预热，从而有效降低新进入气体加热所需要的能源消耗，降低有机废气处理成本。蓄热式热力焚化炉装置在有机废气处理中的应用，能够使得废气的燃烧热得到充分利用，可以为预热后进入烘干炉的废气进行加热，同时还可降低燃烧后排放气体的温度，使其降至200℃以下。

3.1.3 废气焚烧热力回收装置与蓄热式热力焚化炉装置经济性比较

蓄热式热力焚化炉装置是在四元体热风炉单独供热的基础上，集中电泳、涂胶、面漆三条烘干炉的废气，送入蓄热式热力焚化炉进行焚烧，将有机废气转化为水和二氧化碳，然后直接排空。该装置是回收废气燃烧所产生的热量供自身使用。而废气焚烧热力回收装置则是将废气燃烧所产生的热量供其他设备使用。废气焚烧热力回收装置实现了节能功能与环保功能的有机结合，其在汽车涂装工艺中的应用，更有利于设备的布置与控制。从节能环保的角度来看，废气焚烧热力回收装置要比蓄热式热力焚化炉装置的使用维护成本低，因此，在汽车涂装领域的应用也更加广泛。

3.2 空调节能技术

喷涂室是汽车涂装车间的必备设备，在整个涂装工艺生产流程中所占的能源消耗比例也相对较大。因此，为了达到节能减排的效果，应在尽量缩短喷涂室长度与宽度的基础上，引入空调风循环再利用技术、空调热泵技术等相关技术。汽车喷涂对喷涂室的空气洁净度、溫度、湿度都有着较高要求。只有在高洁净度、适宜的温湿度环境下，才能保证汽车涂装质量。而空调装置则是满足上述要求的重要设备，同时也是喷涂室的重要能源消耗者。因此，为更好地达节能减排的效果，应积极探索空调节能技术，降低空调运行成本。

3.2.1 缩小喷涂室送风截面积

为了降低空调运行成本，应结合汽车喷涂作业的实际需要，尽量缩小喷涂室的送风截面积。而想要缩小喷涂室面积，在设计喷房尺寸时，应根据生产车型大小进行合理设计，并采用壁挂式喷涂机器人进行喷涂作业，以减少占地面积。与传统喷涂机器人相比，壁挂式喷涂机器人不仅喷涂动作更加灵活，还可将其本体立柱设置于喷房以外，从而缩小喷涂室面积，减少空调送风量，降低空调能源消耗。

3.2.2 合理使用空调送风

为了实现喷涂室送风与排风的合理分配，可以将喷涂室的各个部分，如擦净室、喷漆室、闪干室等，按照不同的工艺要求，对其风速进行合理分配。通常而言，喷涂室的排风量、送风量都相对较大，以往这些空调风都是直接排放出去。而随着人们环保减排意识的不断增强，越来越多的汽车生产厂家选择对喷涂车间排出的空调风进行循环再利用，特别是水性涂料喷涂室所排放出来的空调风在经过漆雾净化之后，可挥发性有机气体的含量相对较低。因此，可以回收人工作业区所排出的空调风，将其循环利用于流平室或者机器人喷涂区，从而降低空调送风量，达到节能减排的目的。在以往的喷涂作业中，为了保持喷涂室内的空气洁净度，确保送风符合标准，送风全部采用经过空调系统调节的新鲜空气，然后通过排风系统排除废气，这一过程往往会消耗大量能源。近年来，随着新型喷涂室的广泛应用，其内部可分为人工作业区和机器人作业区两部分。在作业过程中，可为人工作业区送入经过空调系统调节的新鲜空气，然后回收其所排出的空调风，送入机器人作业区，以此减少空调对新鲜空气的吸入量，降低能源消耗。

3.3 前处理及电泳技能技术

在汽车喷涂前处理阶段，汽车制造企业大多采用的是锌盐磷化这一传统工艺。此工艺需要脱脂液、磷化液在温度45℃～55℃之间的发生反应，其反应过程往往需要借助热源、蒸汽等外部热源，从而产生燃气消耗。而随着前处理技术的不断发展，常温脱脂液、常温磷化液被逐渐应用于汽车涂装领域，其在温度20℃～25℃的常温环境下便可发生反应，从而极大地降低了前处理环节的能源消耗。另外，汽车喷涂作业中所使用的普通电泳液需要电泳循环泵对其进行不间断的搅拌，每次搅拌间隔时间不得超过2小时，但是这样即便是在停止作业时间或者节假日，也需要对电泳液进行频繁维护，从而产生不必要的能源消耗。而选择免搅拌型电泳液则可以每10天搅拌以此，从而有效降低因普通电泳液需要频繁搅拌而造成的能源消耗。数据表明，使用免搅拌型电泳液，实现了85%的省电效果。另外，在汽车喷涂的后水洗环节，采用逆工序补水法，能够极大地降低喷涂生产工艺中的水资源消耗。

3.4 换热器节能措施

热换器同样是汽车涂装车间的重要配置之一。烘房中多使用循环风换热器及新风热换器。随着热换器使用时间的增加，其导热系数便会因为水垢影响而降低。因此，应注重节能减排工艺在热换器中的应用，从而提升能源利用率。首先，应关注热换器水垢情况，并定期对其进行除垢处理，避免因水垢过多而降低热换器导热系数，增加能源消耗。此外，从降低运行成本的角度出发，热换器除垢次数不宜过多，以免增加维护成本，但是也不能间隔时间过长，以免水垢过多而导致热换器导热系数降低，甚至会引导设备故障。其次，要注重对热换器换热温差的合理控制，将其控制在合理范围内，以免流体温度过高，而增加能源消耗或成本投入。最后，还要注意对流体流速的合理控制。对此，可通过引入自动化控制设备，对热换器流速进行合理控制，确保风机或者水泵的稳定运行，从而实现对热换器运行状态的能源检测，有效降低能源消耗。

3.5 制冷机节能技术

在汽车涂装车间的空调系统中，制冷机是当之无愧的耗电大户，为降低涂装作业中的能源消耗，应积极探索制冷机节能减排路径。当前，很多汽车制造企业所采用的都是直接免费制冷模式。这种制冷模式虽然制冷效率最高、操作也最为简单，但是制冷机在运行过程中容易出现水垢，需要对制冷机组进行频繁清理。而如果采用间接免费制冷模式，则能够有效避免水垢问题。间接免费制冷模式可利用冷凝器水温与蒸发器水温的高度差，使得冷媒流向发生改变，实现免费制冷。在我国北方地区，由于冬季室外温度低、持续时间长，间接免费制冷模式要更具优势。在采用该模式时，只需在制冷机组前配置循环水泵和冷却塔，便可运行该模式。

4 结语

汽车涂装作业能源消耗大，且容易污染环境。探索汽车涂装作业节能减排工艺，降低能源消耗，避免环境污染，是行业发展的必然趋势。在此背景下，汽车制造企业应转变理念，树立节能减排意识，积极探索汽车涂装节能减排新材料、新工艺、新技术，引入、采用涂装技术领域出现的低污染、低能耗、低排放的各种先进工艺与技术，以更好地达到技能减排的效果。

参考文献：

[1]迟兆武，马力，王升建，王铮昊，王刚，李国生，窦德玉.汽车涂装烘干设备节能减排措施浅析[J].现代涂料与涂装，2022，25（05）：31-33.

[2]简云久，杨海先，郑敏，乔润，邓涛.浅谈汽车涂装节能减排技术的应用[J].中国设备工程，2020（S2）：142-143.

[3]韩雪，崔旭冉，宋崇，陈强.浅谈汽车涂装生产线简约、紧凑型空调设备规划方案[J].现代涂料与涂装，2018，21（08）：63-66.

[4]王铮昊，董晓林，韩守习，陈广垠，郭昂.汽车涂装喷漆室循环风系统节能减排分析[J].现代涂料与涂装，2017，20（08）：63-65+68.

[5]马源，张加锋，左福，颜书清.浅谈汽车涂装车间节能减排技术[J].现代涂料与涂装，2017，20（07）：45-48.