采用循环风的文丘里式喷漆室在汽车涂装生产线中的应用

采用循环风的文丘国式喷漆室在汽车涂装生产线中的应用郭志强;王斌;张大彪;张磊【摘要】TheapplicationofrecirculatingairsupplytechnologyinVenturitubespraypaintingboothandtheeffectsofenergyconservationandenvironmentprotectionforautomobilepaintingproductionlinebroughttherebywereintroduced.%介绍了循环供风技术在文丘里式喷漆室中的应用，以及它为汽车涂装生产线带来的节能、环保效果.【期刊名称】《电镀与涂饰》【年(卷)，期】2017(036)022【总页数】7页(P1215-1221)【关键词】汽车涂装;文丘里式喷漆室;供风;循环;节能;环保【作者】郭志强;王斌涨大彪涨磊【作者单位】长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，河北保定071000;长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，河北保定071000;长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，河北保定071000;长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，河北保定071000【正文语种】中文［中图分类】TQ639环境污染日益严重，环保法规、标准对汽车厂涂装车间废气排放提出了更加严格的要求，如2014年7月31日天津市发布的DB12/524-2014《工业企业挥发性有机物排放控制标准》。在汽车车身、汽车保险杠塑料件等涂装场合，各喷漆室必须配置空调送风装置以供给洁净、恒温恒湿的空气。供风通常是一次性（排风不循环利用）或一次循环（将人工段排风循环一次，回用至机器人喷漆段后排放）使用，其中循环风比例约30%。由于喷漆室内要求恒温［通常（23±2）°C］、恒湿（相对湿度65%±5%），因此空调新风夏季需要制冷、冬季需要加热，调温、调湿幅度大，空调能耗和废气量大。随着环保法规不断加严，需要投资大型设备进行废气处理，造成一定的经济负担。随着汽车涂装自动化水平提高，车身内板、夕卜板已全部实现机器人自动喷涂，在机器人喷涂作业区域的可燃气体维持在消防浓度（即可燃气体爆炸下限浓度的25%）以下的情况下，尽可能地增加排风循环量能够有效降低能源消耗，减少废气排放。目前连续循环风技术在内干式喷漆室上的应用已日趋成熟，而文丘里喷漆室还未能全面推广及应用。本文以某15万辆/年产能的汽车涂装整车生产线文丘里喷漆室为例，介绍了连续循环风技术在其中的应用，着重分析了其节能、环保效果，并指出该技术在应用时的注意事项。为减少送风空调能耗，以及应对喷漆室废气排放的环保要求，汽车厂一般从工艺和设备两方面入手来提出措施：工艺方面主要是采用3C1B（三涂一烘）或免中涂工艺。目前日系、欧美系汽车厂及国内汽车厂的新建线都已开始采用。设备方面，欧美系汽车厂主要采用干式喷漆室配合连续循环风。多数汽车厂还配套废气浓缩轮+RTO（蓄热式热力焚化炉）。日系汽车厂采用湿式喷漆室，主要通过增加循环风的方式来减少能耗，废气直排或焚烧后排放。为确保喷漆作业区的洁净度、风速、卫生安全和消防安全，传统的喷漆室供/排风几乎都是一次性的，即全新风空调供风。这种供/排风系统及相关参数如图1所示。排风连续循环利用的供/排风系统及其参数如图2所示。据统计，喷漆室是汽车车身涂装车间中能耗最大的设备，占车间总能耗的50%左右，其中空调能耗又占40%。中涂、底色漆实现水性化后，要求严控作业环境的温湿度，进一步增大了空调加热和冷却的能耗，相当于采用原有机溶剂型涂料时的1.6倍左右。某15万辆/年产能的免中涂喷涂工艺涂装车间喷漆室外空气指数见表1，喷漆室内空气指数见表2，运行过程空气指数见表3，6台全新风模式空调的能耗见表4。将其中2-5号空调换成连续循环风模式后，按同样方式计算能耗，结果见表5。对比表4和表5,得到喷漆室送风空调采用全新风与连续循环风的能源消耗和成本列于表6。可见采用连续循环风时，能源成本降低了62.25%（804.55万元/年-1292.39万元/年必0.6225）。以15万辆/年产能某涂装车间喷漆室废气排放为例，色漆采用水性漆，清漆为双组分溶剂型漆，其所含污染物情况见表7。涂装工艺为免中涂，生产节拍为43台/h，色漆第一道油漆耗量0.70kg/台，色漆第二道油漆耗量3.00kg/台，清漆油漆耗量1.80kg/台，清漆清洗溶剂耗量0.60kg/台，水性清洗溶剂耗量0.26kg/台，色漆排风量80856m3/h，清漆排风量72400m3/h。此时喷漆室废气中甲苯/二甲苯排放速率为10.75kg/h，甲苯/二甲苯排放浓度为70.14mg/m3,VOCs（挥发性有机物）排放速率为62.57kg/h,VOCs排放浓度为408.24mg/m3,其中甲苯/二甲苯的排放速率、排放浓度严重超出DB12/524-2014的规定。喷漆室若采用全新风模式，总排风量为682281m3/h（扣除了擦净室、洁净间的排风量），废气处理量庞大，即使采用废气浓缩设备（浓缩比按1:20计算，后同），浓缩后的废气风量约为34114m3/h。采用循环风模式，总供风量为775200m3/h，排风量为153256m3/h，则循环风比例=[（775200-153256）4-775200]x100%=80.2%，采用废气浓缩设备后的废气风量仅为7662.8m3/h，约为前者的1/9，大大减少了废气处理所需设备投资及能源消耗。文丘里式喷漆室为湿空调气循环，经实际测量，文丘里排风温度约20°C，相对湿度90%，需要冷冻水除湿、二次加热调温后才能循环利用。在夏季时制备冷水容易，但在北方冬季时，夕卜界气温较低，制备冷水所需能源较多，推荐采用热泵技术（运行原理如图3所示）替代传统的冷冻机组。文丘里式喷漆室的漆雾捕集效率为97%~98%（采用上送风下抽风的送排风形式），回用到空调的循环风中除了VOCs外还有少量漆雾。长时间运行时，漆雾累计在循环风空调进风段，从而污染空调初效过滤、循环风机以及进风段，可在空调进风段前设置一个混风室（亦称回风室），在其中设置一道粗过滤来解决此问题。随着环保法规加严，喷漆室排风无论是否循环利用都很难达到环保法规要求，因此国内大部分公司在新建涂装车间或旧车间改造时都开始着手设置喷漆废气处理系统。现市场应用较广泛的是沸石吸附浓缩转轮系统配合废气焚烧系统。废气焚烧系统又有RTO（蓄热式热力焚化炉）或TAR（废气焚烧炉）系统，根据具体项目选择其一。3.3.1采用TAR废气焚烧系统的余热回收方式TAR的工作流程如图4所示。含有VOCs的废气经预热后进入焚烧炉膛，被燃烧机加热到710~760°C,VOCs被分解为二氧化碳和水蒸汽后排出焚烧炉，处理效率可达99%以上。高温废气首先预热转轮脱附空气，后经过气-水换热系统加热车间用热水。3.3.2采用RTO废气焚烧系统的余热回收方式RTO的工作流程如图5所示。废气在RTO燃烧室中被燃烧，温度为710~760°C。高温废气首先对其本身的蓄热室进行加热，将热量〃贮存”起来（此部分热量用于预热进入燃烧室的废气），后经过气-水换热系统加热车间用热水。3.3.3余热回收技术应用的注意事项无论采用TAR还是RTO废气焚烧处理系统，最终废气都可用于加热车间用热水，这部分热水用到车间什么位置需进行详细分析。目前某些汽车厂将这些热水用于前处理槽液加热系统，但存在以下问题：前处理线开始升温时，槽液加热量需求较大，但此时喷漆线未开始生产，废气焚烧系统中气-水换热装置不工作，无法为前处理线提供热水；当前处理线升温到位后，槽液加热量需求较小，但此时废气焚烧系统中气-水换热装置产生大量的热水，前处理线槽液加热无法完全消耗回收余热，造成浪费。因此，建议将热水除了用于加热前处理线槽液之外，还用于送风空调二次加热系统，根据项目各热量消耗参数进行详细计算后才能确定换热量分配。喷漆室排放的废气是重点节能减排对象，需要长期关注。文丘里式喷漆室排风做到了科学的循环利用，与一次性的供/排风相比，能够大幅度降低能耗。但在设计时必须根据实际工况和现场条件，对排风循环方式、流程及风量平衡和控制进行精益优化，在确保人身和消防安全的前提下尽可能提高循环利用率。在