汽車涂裝節(jié)能減排的新技術(shù)課件

汽車涂裝節(jié)能減排的新工藝技術(shù)2011綠色涂裝清潔生產(chǎn)技術(shù)交流會－無錫表面工程協(xié)會－會議主題：“低碳、節(jié)能、責(zé)任、發(fā)展”2011年10月14日目錄1、前言2、汽車涂裝能耗現(xiàn)狀、國內(nèi)外的差距3、新的節(jié)能減排工藝技術(shù)（21項）①前處理5

②陰極電泳（CED）5

③中涂·面漆噴涂工藝2④噴漆室4

⑤烘干（涂膜固化）55個方面4、涂裝工藝及設(shè)備和管理的精益優(yōu)化設(shè)計（5項）5、結(jié)語2011年10月14日1年10月14日2一、前言2009年我國汽車產(chǎn)量為1379.10萬輛，成為世界第一汽車生產(chǎn)大國，2010年為1800多萬輛，今年按5～10％增長，預(yù)計年產(chǎn)汽車近2000萬輛。涂裝成為汽車制造的四大專業(yè)之一。汽車涂裝是汽車制造業(yè)中的耗能大戶，又是最大的污染源。環(huán)保、原材料漲價和市場競爭激烈，促使汽車涂裝要革新。21世紀汽車涂裝的主題：“環(huán)保清潔生產(chǎn)、節(jié)能減排、降成本、創(chuàng)建綠色涂裝”具體目標：

1、工藝流程精益化，緊湊化、經(jīng)濟規(guī)?；⒌屯度?、低運行成本、高產(chǎn)出。

2、質(zhì)量穩(wěn)定可靠，管理上水平，一次合格率高。

3、資源利用率高、高能效、CO2排出量少。

4、環(huán)保達標（低VOC化、低碳化、無害化）。

5、綠色涂裝：“優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、低成本、少公害”（或“節(jié)能、降耗、減污、增效”清潔生產(chǎn)。汽車涂裝的目標要兼顧高品質(zhì)、商業(yè)價值、經(jīng)濟性、環(huán)境友好性等四個方面（參見圖1）。

2011年10月14日1年10月14日3按生命周期分析法：工業(yè)涂層的耗能和CO2發(fā)生量主要在涂裝過程中（參見表1）。表1各工業(yè)涂裝系統(tǒng)的CO2發(fā)生比例原材料涂料制造涂裝廢棄工業(yè)涂裝403552汽車涂裝253702建筑涂裝90253汽車涂裝耗能大，在生命周期中涂裝排出CO2比率大（70％），其原因：多涂層體系、環(huán)境條件（空調(diào)）要求高，烘干次數(shù)多。長期以來，人們不把CO2當作有害氣體，現(xiàn)今它是溫室氣體要限排。為保護人類的生存環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展，聯(lián)合國會議要求各國制定節(jié)能減排（削減CO2排放量）的目標值。本文主題就是介紹汽車涂裝能耗現(xiàn)狀及差距，和推薦成熟的，已獲得工業(yè)應(yīng)用的節(jié)能減排新工藝技術(shù)。2011年10月14日1年10月14日5二、汽車涂裝耗能現(xiàn)狀、國內(nèi)外的差距

汽車涂裝車間是汽車制造業(yè)的耗能大戶德國杜爾公司：汽車涂裝能耗占汽車生產(chǎn)總能耗的70％，零部件制造占19％，裝配占11％。意大利GEICO公司：涂裝車間的能耗占整個汽車生產(chǎn)70％電能和80％的熱能。每輛汽車涂裝產(chǎn)生CO2235kg/臺。日本大氣社：2000年報導(dǎo)年產(chǎn)24萬臺轎車車身的涂裝車間，年排出CO24萬多噸，每臺車身涂裝產(chǎn)生CO2169.6kg/臺（參見圖2、表2）。圖2涂裝車間及各種設(shè)備的CO2排出量細分（％）2011年10月14日1年10月14日6表2汽車涂裝設(shè)備的能耗表和CO2排出量的試算設(shè)備電能加熱能冷卻能合計額定CO2排出量年平均消耗量CO2排出量年平均消耗量CO2排出量tCO2/年KgCO2/臺KwtCO2/年KgCO2/臺MJ/htCO2/年KgCO2/臺MJ/htCO2/年KgCO2/臺前處理2785782.424918913.7———14696.3電泳98921949.1——————21949.1烘干室75612045.022871630926.3———751031.3噴漆室（空調(diào)）3972739330.8479881122646.810762421.01886178.6工位（空調(diào)）88515186.313316270511.3144280.1425117.7其他788473619.7705116456.8166320.1641326.6合計76681762373.3937172277394.913863021.240698169.5豐田汽車公司：發(fā)展規(guī)劃2010年后的單臺車身涂裝CO2排出量為45KgCO2/臺。一汽大眾公司：1＃和2＃轎車車身車間2009年度能耗和CO2排出量列于表3中。CO2排放量1＃車間為192.0kg·CO2/臺，2＃車間為232.2kg·CO2/臺。注：CO2排出量換算系數(shù)：電力0.555KgCO2/（Kw·h），天然氣0.0513KgCO2/MJ（其發(fā)熱量為基準）2011年10月14日1年10月14日7據(jù)日本期刊最新報導(dǎo)：日本汽車涂裝在節(jié)能減排方面又取得較大進步，2012年后的中期目標為100kg·CO2/臺（見圖3）圖3日本汽車涂裝工程CO2排出量的變遷（摘自日刊“涂裝技術(shù)”2011年5月號P.50）2011年10月14日1年10月14日9

按HJ/T293－2006汽車制造業(yè)涂裝清潔生產(chǎn)標準一級：3C3B耗電量≤20Kw·h/m2，換算成CO2排出量為≤11.1kg·CO2/m2，按車身面積80m2/臺計，則CO2排出量11.1×80＝888kg·CO2/臺。我國已向世界承諾至2020年將單位GDPCO2排放量在2005年基礎(chǔ)上減少45％。目前單位GDP的耗能量，我國是日本的5.5倍，美國的2.35倍。綜上所述：汽車車身涂裝CO2產(chǎn)生量（kg·CO2/臺）也是日本的2～5倍，這也說明我們節(jié)能減排潛力巨大。換句話說：我國現(xiàn)已是世界第一的汽車生產(chǎn)大國，2010年產(chǎn)1800萬輛，涂裝所耗能量在日本可涂裝3600～4000萬輛汽車，也就是說我國汽車工業(yè)大而不強的原因之一。2011年10月14日1年10月14日10三、新的節(jié)能減排工藝技術(shù)（21項）針對工業(yè)涂裝能耗（電能和熱能）的特點，節(jié)能減排的技術(shù)措施可歸納為：（1）削減能耗技術(shù)，提高能源的有效利用率（2）回收再生，綜合利用未被利用的熱能和廢熱（3）選用單位發(fā)生熱量的CO2排出量?。碈OP高的）能源和技術(shù)（如熱泵技術(shù)，參見圖4）。圖4利用1KWh的熱時的CO2排出量比較*COP（coefficientofperformance）成績系數(shù)2011年10月14日1年10月14日113.1在涂裝前處理工藝方面：磷化低溫化、快速化、低渣化、采用新一代環(huán)保型涂裝前處理工藝、預(yù)清洗逆工序補水法和滾浸式輸送機等。

（1）磷化處理低溫化、低渣化?，F(xiàn)用的磷化工藝，一般使用Zn、Mn、Ni三元磷化液，現(xiàn)今改進采用液體表調(diào)劑、磷化溫度由50℃下降到43℃，現(xiàn)今為35℃，沉渣減少30%，處理時間由180s→72s，可節(jié)能和提高資源利用率。

（2）采用新一代環(huán)保型涂裝前處理工藝（氧化鋯處理和硅烷處理技術(shù)）替代現(xiàn)用的磷化工藝。新工藝能徹底不用P、Mn、Ni、NO2等有害物質(zhì)，膜?。{米級），少渣或無渣，資源利用率高；可在室溫下處理，且處理快速；工藝簡化（不需表調(diào)和鈍化）；其中硅烷處理的發(fā)展?jié)摿Ω?，它無渣，處理時間短（5~30s）；因此其經(jīng)濟技術(shù)效果更佳。（參見表4）

2011年10月14日1年10月14日13表4兩代涂裝前處理工藝特性及成本對比2011年10月14日1年10月14日14

（3）預(yù)清洗逆工序補水法（如圖5所示）：經(jīng)2~3次水洗被清洗件的清潔度≤1/100處理液濃度。即洗一次稀釋10倍以上，排放清洗水的污染度控制為1/10處理液濃度；并可作為各處理液槽的補加水。與各槽都補水相比，可成倍地削減用水量（參見圖6）。圖5四室噴射式清洗機預(yù)噴洗的流程圖6水洗的多段水洗化

（4）采用熱泵技術(shù)，替代燃氣鍋爐或電加熱2011年10月14日1年10月14日15隨外觀質(zhì)量提高，打磨作業(yè)量減少；耗水量減少，材料利用率提高，隨工藝槽容量的減少，投槽費用和運行費用也將大幅度減少。Ro-Dip運輸機Vario-shuttle運輸機倒掛升降運輸機RO-DipE-DipE-ShuttleJ-Jump圖7滾浸式輸送機的照片2011年10月14日1年10月14日173.2.在陰極電泳涂裝方面：開發(fā)采用高和超高泳透力CED涂料，省攪拌型CED涂料、ED-RO清洗水再生法。（1）高和超高泳透力CED涂料。第1、2代CED涂料的泳透力較低，要保證車身內(nèi)腔表面的泳涂膜厚≥10μm，外表面涂膜厚往往達25~30μm（按標準一般只需18~22μm），有的部位因泳涂時間長則更厚。這種超值膜厚，雖不是質(zhì)量問題，但CED涂料耗量增大，涂裝成本增高。采用新開發(fā)的第三代高或超高泳透力CED涂料后，可削減CED涂料耗量20%左右（降低成本10%）。與延長電泳時間（3min延長至4～5min）來提高泳透力工藝措施相比，在節(jié)能減排和降低運行成本方面，采用高泳透力CED涂料占明顯的優(yōu)勢。（2）省攪拌型CED涂料。為防止沉淀和凝聚，電泳槽液無論作業(yè)時，還是停產(chǎn)時一般都需連續(xù)攪拌，還需配置備用電源。采用新開發(fā)的省攪拌型CED涂料，停產(chǎn)時和節(jié)假日可不攪拌或間歇式攪拌（最長可停攪拌10天），在生產(chǎn)前攪拌即可?？上鳒p循環(huán)攪拌槽液的能耗，（在實際生產(chǎn)線上年耗電量削減85％）不需配置備用電源。（3）ED-RO清洗水再生法。最初用ED-RO裝置由UF液制RO再生水，現(xiàn)今用來再生UF液清洗后的循環(huán)純水洗液（電導(dǎo)≤50μs），RO水代替新鮮純水（電導(dǎo)5μs），濃縮液逆工序補給UF液洗工序。實現(xiàn)無排放的、閉合的電泳后清洗體系（參見圖8）。2011年10月14日1年10月14日18圖8閉合式陰極電泳及后沖洗工藝流程示意圖（4）精益優(yōu)化CED工藝及設(shè)備設(shè)計（如電泳槽大小、極距、泳透力、后清洗工藝等方面（5）采用熱泵技術(shù)替代制冷機組，回收熱能（參見圖18）。2011年10月14日1年10月14日19圖10涂層結(jié)構(gòu)及各涂層涂膜厚度注：a.水性金屬底色漆空氣噴涂b.水性金屬底色漆靜電噴涂2011年10月14日1年10月14日21圖11Robot和ESTA兩種靜電自動杯式靜電噴涂機的噴涂軌跡涂和涂裝效率

（2）靜電噴涂技術(shù)進入21世紀以來，隨機器人和電控技術(shù)的進步，智能化程度的提高，小型輕量化的杯式靜電噴槍開發(fā)成功，機器人（Robot）靜電噴涂機已淘汰了往復(fù)式自動靜電噴涂機(ESTA)。兩者相比，機器人噴涂機的優(yōu)點是：涂裝效率高，3~4臺機器人就能承擔(dān)由側(cè)噴機和頂噴涂機組成的車身用9杯ESTA的噴涂任務(wù)；適用于多品種的柔性化生產(chǎn)；壓縮空氣和清洗溶劑，維修工作量僅為9杯的ESTA的35%左右，涂裝效率高（參見圖11），運行成本低。

機器人靜電噴涂的噴涂質(zhì)量優(yōu)，且穩(wěn)定，可在線外按最佳的噴涂程序及參數(shù)示教，能克服人的因素帶來的噴涂質(zhì)量問題，實現(xiàn)噴涂全自動化（無人化）。

2011年10月14日1年10月14日22

3.4在噴漆室方面：干式漆霧捕集裝置替代濕式漆霧捕集裝置，噴漆室排風(fēng)再生循環(huán)利用，精心設(shè)計控制供排風(fēng)量和溫·濕度；選用節(jié)能型配套件等。為適應(yīng)節(jié)能減排，降低噴漆室的運行成本，近年來噴漆室有著革命性的大變革。（1）干式漆霧捕集裝置替代濕式漆霧捕霧捕集裝置。汽車車身噴涂線幾十年一直采用水洗式漆霧捕集裝置，它雖具有優(yōu)良的捕集效率，但其致命的不足之處是耗水、耗化學(xué)藥品，使漆霧成為危險物，且成倍地增量；污水及廢棄物處理費用大增；在歐美汽車工業(yè)已有被干式漆霧捕集裝置取代之勢。2011年10月14日1年10月14日23（2）噴漆室排風(fēng)循環(huán)再利用?，F(xiàn)今汽車車身用的大型噴漆室一般都是一次性供/排風(fēng)，不循環(huán)再利用或少量（20%左右）循環(huán)利用，因而在夏季（冷卻）、冬季（加熱升溫）耗能很大。為節(jié)能減排，已有噴涂水性涂料+干式漆霧捕集技術(shù)+噴漆室排風(fēng)循環(huán)再利用等配套技術(shù)（參見圖14、15）。采用后節(jié)能和降成本效果顯著（可降低單車涂裝成本10%左右）。文丘里濕式噴漆室靜電漆霧凈化噴漆室圖14濕式和靜電漆霧捕集（凈化）裝置的供/排風(fēng)運行狀況2011年10月14日1年10月14日25圖15噴漆室供風(fēng)的再循環(huán)流程2011年10月14日1年10月14日26圖18采用熱風(fēng)熱泵系統(tǒng)圖和效果2011年10月14日1年10月14日29圖19晾干裝置的原來方式與采用熱泵方式（5）采用低溫低濕空氣干燥水份。如水性底色漆噴涂后罩光前干燥，使涂膜的NV達85％以上，常規(guī)采用吹熱風(fēng)（80℃、15g/kg’）3min，隨后吹冷風(fēng)（20℃），1min冷卻到35℃。又如塑料件在前處理后的水份干燥（升溫慢，冷卻也慢）。采用熱泵技術(shù)吹低溫（50℃）低濕（8g/kg’）空氣替代現(xiàn)水份干燥工藝，取消冷卻工序，能大幅度削減CO2排放量（參見圖19、20）。圖20晾干裝置采用熱泵的CO2削減效果2011年10月14日1年10月14日30

四、涂裝工藝及設(shè)備和管理的精益優(yōu)化設(shè)計在設(shè)計采用節(jié)能減排硬件的同時，軟件（管理）也要跟上。

4.1涂裝工藝和設(shè)備設(shè)計應(yīng)有涂裝清潔生產(chǎn)的目標值（參見表6）。設(shè)計要精益化（如削減或消除無效益作業(yè)和超值功能），工序緊湊化、快速化、經(jīng)濟規(guī)模等。項目指標指標（1）備注一級國際水平（接軌級）二級國內(nèi)基本水平資源能源利用指標耗新鮮水量（L/m2）≤8≤10水循環(huán)利用率（％）≤80≤70循環(huán)、重復(fù)利用和再生利用用之注意待定耗電量（KWh/m2）≤1.5≤2以總能耗量（2）換算成CO2產(chǎn)生量來考評耗燃氣（油）量（kg/m2）≤0.4≤0.5污染物產(chǎn)生指標VOC產(chǎn)生量（g/m2）≤35≤60CO2產(chǎn)生量（kg·CO2/m2）≤1.5≤2.5廢水產(chǎn)生量（L/m2）≤5≤6產(chǎn)業(yè)廢棄物產(chǎn)生量(g/m2)≤100≤150禁用有毒物質(zhì)應(yīng)符合國家法規(guī)要求如Hg、Gr、Cu、As、Pb、Ni等一類金屬污染物注：1、表中的指標是作者根據(jù)收集到的資料2007年南京汽車涂裝技術(shù)交流會上作出的推薦值，供參考。

2、總能源消耗量含電和燃氣（燃油）等，它們之間的用量之比可任意調(diào)整。表6汽車涂裝清潔生產(chǎn)目標值2011年10月14日1年10月14日31

4.2開展全員管理活動，創(chuàng)建零涂裝缺陷涂裝線，提高一次合格率（高水平的由90％→98％）和設(shè)備開動率（高水平的有效利用率93～95％）。

4.3涂裝工藝、設(shè)備管理自動化、智能化。如杜爾公司的ECOEMOSEnergy軟件。