涂装车间是整车制造过程产生“三废”的主要场所[1]。其中,喷房过喷漆雾分离系统是喷房的重要组成部分,同时也决定了“三废”产生的形式和数量。目前,国内外整车涂装生产线主要采用湿式文丘里漆雾处理系统和石灰粉干式漆雾分离系统来处理喷房的过喷漆雾。
湿式文丘里漆雾处理系统采用水和化学药剂作为捕捉介质,利用文丘里结构的颗粒物洗涤功能将喷房排风中的过喷漆雾颗粒捕捉到水中。该技术优点为洗涤效率高,漆雾捕捉效率达到99.5%,技术成熟,性能可靠。缺点为系统产生废水、废渣,易产生二次污染;整个系统能耗高;循环风利用需要除湿,节能效果不明显。石灰粉干式漆雾分离系统采用石灰粉为漆雾捕捉介质,漆雾通过石灰粉过滤单元被石灰粉捕捉,混合后形成废粉排出系统[2]。该技术优点为漆雾捕捉效率高、有二次板式过滤器、采用模块化设计。缺点为石灰粉废弃物数量大,处理费用高,易产生二次污染,系统初投资成本高。
随着我国对环境污染治理的重视及绿色生产、节能、智能化整体产业升级的要求,传统漆雾分离系统已无法满足国内汽车生产节能环保需求。迷宫纸盒漆雾分离技术是目前国际上最新的漆雾分离技术,该系统节能、环保、成本低,废物处理简单,已引起国内外汽车生产企业的关注,市场前景广阔。目前该技术的工程应用主要集中在小型涂装线(喷涂零部件),对于大型整车涂装生产线缺乏相应的工程设计经验和装备形式,本文通过了解纸盒特性介绍了一种适用于大型整车涂装生产线的便于操作和维护的干式喷房迷宫纸盒技术方案。
1 干式喷房迷宫纸盒技术发展现状
1.1 迷宫纸盒漆雾捕捉原理
迷宫纸盒漆雾分离技术是采用自然再生的阻燃瓦楞纸板制作而成的立方体纸盒代替水或石灰粉对漆雾颗粒进行捕获。纸盒内部通过边缘和开孔,形成多重折流风道,扩大吸附表面,以达到最大的吸附效果。迷宫纸盒干式喷房系统能有效降低采购成本,且粘满漆雾的废纸盒可通过耗费低廉的焚烧炉进行无害化处理,减少了对环境的污染。另一方面,迷宫纸盒干式喷房的排风同样适用于循环风利用。因此,在节能减排上具有很大的优势。
迷宫纸盒基本工作原理是含有过喷漆雾的空气由排风机吸入纸盒入口,漆雾颗粒随风在纸盒内部通过不同路径结构,利用离心力使大颗粒雾滴被多重折流风道表面吸附。由于纸盒无法完全捕捉所有漆雾颗粒,纸盒过滤器后增设有袋式过滤器,用以进一步捕捉排风中的漆雾小颗粒,双重过滤达到净化空气的目的,如图1所示。
1.2 纸盒干式喷房技术发展现状
2 纸盒性能测试
对于应用主体的汽车生产厂和装备制造单位急需迷宫纸盒的性能测试数据以便正确评估该技术在整车涂装线中的实际应用情况和推广前景,并为后续开发应用做准备。为此,本文研究了纸盒的多方面性能。
Table 1 Comparison of 4 kinds of paper box |
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注:(1)—单个纸盒吸附的挥发后的油漆量,kg;(2)—纸盒单位迎风面积所对应吸附的未挥发的油漆量, kg/m2。 |
2.1 性能测试方法
整个测试工作分为测试单个纸盒性能的台架试验和现场喷涂线的应用测试。
台架测试的目的是通过在不同风量、油漆流量、油漆种类的条件下,检测纸盒前后压差、颗粒物浓度、漆雾捕捉效率等参数,得到纸盒过滤性能曲线,为纸盒干式喷房的设计和使用提供基础数据支持(如图5所示)。
现场测试的目的是检验台架测试的数据是否与实际应用情况相一致,为大型工程设计应用提供设计指导(如图6所示)。
依托深圳比亚迪E6喷房进行现场性能测试,喷房基本参数:长7.2 m,宽5.5 m,高3.6 m,测试对象为EDRIZZI和沃库生产的迷宫纸盒。
2.2 测试结果分析
性能测试主要项目为迷宫纸盒的压差、出口颗粒物含量以及捕捉效率,同时针对水性涂料与溶剂型涂料对捕捉性能的影响也作了相应的测试(如图7所示)。
通过台架测试和现场喷房实测的数据和现象对比分析,可以发现:
(1)对于大粒径的漆雾颗粒及在高风速条件下,纸盒捕捉效率明显提升。建议设计时纸盒迎面风速为1~1.3 m/s,初始压差250~300 Pa。
(2) 台架试验的纸盒捕捉效率高于实际喷房应用的测试结果,这是因为台架测试纸盒表面油漆无法堆积,基本呈液态,但是实际应用中,纸盒表面基本被风干,虽有潮湿但程度很低,漆渣会堆积。
(3) 迷宫纸盒是以消耗风压为代价来实现漆雾捕捉的,因此即使是新纸盒风阻也较大(250 Pa左右),这就要求纸盒在安装过程中,对密封性要求较高,否则所有过滤任务需由二级过滤材料来承担。
(4) 通过现场的数据来看,纸盒的过滤效率在85%~95%,因此二级过滤的精度选型应尽可能使其应用周期与纸盒相匹配,建议二级过滤采用袋式过滤器,过滤等级水性涂料F7,溶剂型涂料G4,F7两级过滤。
(5) 对水性涂料与溶剂型涂料,纸盒的捕捉效率是不同的,溶剂型涂料的捕捉效率要差很多,主要体现在纸盒过滤后的排风中,溶剂型涂料漆雾浓度的含量要高于水性涂料。
(6) 台架试验捕捉效率数据由于其局限性仅能进行趋势分析,但是纸盒出口颗粒浓度测量与实际喷涂线测试能够保持一致。
3 干式喷房迷宫纸盒应用的工程设计
本公司推出一套具有自主知识产权的应用技术方案迷宫纸盒干式喷房系统,该系统通过标准模块化纸盒过滤单元,经过流场仿真的排风结构、智能控制系统及循环风节能技术,共同构成一套结构合理、便于安装维护的喷房系统。
3.1 纸盒干式喷房系统组成
3.2 干式喷房迷宫纸盒过滤单元工作流程
整个系统工作时,当过滤单元吸附一定量的漆雾后,通过压差计和压差开关设置上限报警,以确定过滤器的堵塞状况及更换时间。压差报警经维护人员确认后,通过一套自动举升机构和气动风阀,将纸盒过滤单元与排风系统切断并分离。然后拉出待更换的纸盒过滤单元移动端,并将已安装好新纸盒的备用过滤单元移动端与排风系统对接,完成接口密封后打开气动风阀,恢复排风及漆雾吸附(如图10所示)。
替换下来的过滤单元移动端可在专用区域完成纸盒更换和设备清洁,更新后的过滤单元移动端可作为下一个纸盒过滤单元的更换备件。整个更换过程可在连续生产的状态下进行,周而复始,经过仿真发现更换一个过滤单元对喷漆室内风平衡的影响可以忽略不计。
4 经济效益对比分析
通过对比发现:
(1)投资成本:纸盒干式喷房相对传统湿式喷房降低一次性投资成本13%,相对石灰粉干式喷房降低60%;
(2)运行能耗:由于采用了循环风节能技术,由此与湿式喷房的全新风能耗相比,降低高达67.2%的能耗。
(3)耗材成本:采用迷宫纸盒作为捕捉介质,其耗材成本相比较湿式喷房的用水及化学品用量及石灰粉干式喷房的石灰粉耗量有所增加。
(4)后处理成本:纸盒干式喷房所产生的废弃物(废纸盒)油漆含量约为90%,湿式喷房产生的废弃物(含水漆渣)油漆含量约为40%(增加漆渣沥水烘干设备除外),石灰粉干式喷房的废弃物(废石灰粉)油漆含量约为10%~20%,而废弃物处理费用是按照质量来收费,因此相同产能的涂装线,纸盒干式喷房产生的废弃物最少,处理费用最低,而且随着国家环保标准的不断提高,这种差距会逐渐增大。
(5)最终经过综合测算,迷宫纸盒干式喷房的单车生产运行维护费用比文丘里湿式喷房低40%,比石灰粉干式喷房低30%。
5 结 语
迷宫纸盒干式喷房作为一种新型节能环保型技术,其工程应用的成熟度没有文丘里湿式喷房和石灰粉干式喷房高,尚待优化和改进,而且迷宫纸盒的漆雾捕捉效率也无法与之相比较,但是其明显的经济和社会效益优势已经使得国内的汽车制造厂和设备供应商进行积极的研究和推广,相信在不久的将来,在各方人员的努力下,该项技术能够得到不断完善并最终获得普及。