汽车涂装采用热泵技术和削减CO2含量.docx
- 文档编号:3943968
- 上传时间:2022-11-26
- 格式:DOCX
- 页数:16
- 大小:5.23MB
汽车涂装采用热泵技术和削减CO2含量.docx
《汽车涂装采用热泵技术和削减CO2含量.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《汽车涂装采用热泵技术和削减CO2含量.docx(16页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
汽车涂装采用热泵技术和削减CO2含量
汽车涂装采用热泵技术和削减CO2排放量效果
中国一汽王锡春
摘要:
文章在介绍防止地球温暖化,国内外汽车涂装CO2排放量的基础上,推荐热泵新技术,列举了汽车涂装及其他工业涂装采用热泵技术的方案和应用实例及削减CO2排出量的效果,为实现国家在节能减排方面向世界的承诺和建设可持续发展的低碳经济社会建言献策。
关键词:
汽车涂装、清洁生产、节能减排、热泵技术、COP能效系数
以汽车涂装为代表的,大量流水的工业涂装线(车间)是制造业的耗能(排放CO2)大户。
涂装车间的消费能源方式有加热、冷却、动力、通信控制、照明等,现今所用的能源种类一般是燃气(天然气、石油液化气、城市煤气)和电力。
涂装工程所需的加热、冷却能源几乎都是燃气直接加热、蒸汽(高压热水、温水)、冷冻机冷水。
CO2是温室气体,使地球温暖化。
当今国际社会要求“保护地球环境,节能减排,建设低碳经济社会”。
我国已向世界承诺2020年将单位GDP的二氧化碳排放量在2005年的基础上减少45%;“十一·五”期间已比2005年减排10%;今年3月公布的国家“十二·五”规划节能减排的目标值:
单位GDP的排放CO2量减少16~17%。
据日本期刊介绍(1○1):
2005年生产24万台规模的轿车车身涂装线产生的CO2排出量为160.1kg·CO2/台(满负荷生产,总排放量为38432T·CO2/年)。
如按每台轿车车身的涂装面积80㎡计算,则每平方米涂装面积的CO2排出量为2.0kg·CO2/㎡。
在近5年中采用“三湿(3-wet)喷涂工艺、喷漆室排气的再循环利用和温·湿窗口的控制、热泵技术等节能减排新技术,CO2排出量削减了26%;中期目标至2012年削减38%(即每台轿车车身涂装排出CO2降到100kg·CO2/台,参见图1)。
图1日本汽车涂装工程CO2排出量的变迁(核算)
我国环保局于2006年8月15日发布,2006年12月1日开始实施的HJ/T293-2006《清洁生产标准-汽车制造业(涂装)》的能耗指标要求,仅耗电量(KW·h/㎡)一级指标2C2B、3C3B、4C4B、5C5B涂层的耗电量分别为≤15、20、25、30KW·h/㎡,换算成CO2排出量分别为≤8.325、11.1、13.875、16.65kg·CO2/㎡。
如果以上三涂层体系(3C3B)
为基准,则能耗量(CO2排出量)图12005年数据的五倍多。
一汽大众汽车公司按传统涂装工艺(3C3B)设计,引进了两个经济规模的轿车车身涂装车间,2009年实际生产的统计能耗及CO2排出量列于表1中。
广州本田汽车公司涂装线年平均能耗量:
电150KW·h/台,LPG15kg/台,换算成CO2排出量为128.55Kg·CO2/台。
上海临港轿车车身涂装线自称属于环保节能型涂装线,2009年一季度单台车身能耗为:
285.6KW·h/台;热水2.35×106KJ;天然气32.7m3(N);换算成CO2排出量为392.628Kg·CO2/台。
以上是较先进的现代化轿车车身涂装车间耗能和CO2排出量的状况。
要实现国家的规划目标,使单位GDP的能耗达到世界先进水平,建低碳经济社会,节能减排任务十分艰巨。
表1轿车车身涂装车间的能耗和CO2排出量一览表
涂装车间名称(车间概况)
一涂
(1995年投产,2009年生产37万台)
二涂
(2004年投产,2009年生产30万台)
备注
年耗量及CO2排
出量能源名称
年消耗量
(2009年)
CO2排出量年消耗量
(2009年)
CO2排出量①换算CO2排出系数:
电0.555KgCO2/(Kw·h);
采暖、高温水:
0.07kg·CO2/MJ;
天然气:
2.12895kg·CO2/m3
②一涂是超负荷生产,二涂是满
负荷生产。
tCO2/年KG·CO2/台tCO2/年KG·CO2/台
用电(兆瓦时)6350435244.7295.2565812332258.26107.53
采暖(吉焦)485453398.159.184430963016.7210.06
高温水(吉焦)16373511461.4530.97715256910674.8335.60
天然气
(千立方米)
984320955.25456.6361127524003.9180.01
合计71059.57192.05369953.72233.2
涂装行业节能减排的途径可归纳为:
革新涂装材料、涂装工艺及设备,降低能耗;能源的回收再利用和提高能效(能源的有效利用率)。
热泵(heatpump)是能获得数倍于投入能量的热能的效率优良的方法,能削减能耗量和CO2排出量,降低运行成本的技术,近年来在涂装工程中开始获得应用,而引人注目。
本文以文献小结的形式专题介绍热泵技术,在工业涂装领域的应用实例,及节能减排的效果,供读者开发、推广应用热泵新技术参考。
图2利用1KWh的热时的CO2排出量比较
1、热泵技术的能效和削减CO2排放量效果(1、2)
基于热泵技术的能效高,同时具有降低能耗、削减CO2排出量和降低运行成本等功能,能充分回收工厂排热、地下水等未利用的热能,至今未活用的低温热源。
近年来在工业涂装
领域开始推广应用,节能减排的效果显著,日刊“涂装技术”有多篇文章介绍热泵技术的应用实例。
热泵的效率用功绩系数COP(Coefficientofperformance,又称能耗系数)的数值来表示。
因热泵的COP值高,单位发生热量的CO2排出量,要比石化燃料和电加热器小得多,使其成为能大幅度削减CO2排出量的新技术(参见图2)。
日本前川制作所于2005年商品化的80KW级热泵是空气热源式“ェコキュ一ト”,2008年开发商品化的水热源式“ェコキュ一ト”供热水的热泵,2009年又开发成可供给120℃的热风的CO2热风热泵“ェコシロツコ”,投入市场。
这种CO2热风热泵与原来的蒸汽锅炉和热交换器组合的方法,还有用燃烧器直接燃烧加热空气的方法不同,是借助电驱动的热泵使超临界CO2与空气热交换,产生80~120℃的热风的新装置,因此温室效应气体排出量要比用石化燃料加热的原来方式减少70%,还不发生氮氧化物(NOx)。
且无“火焰”,火灾悬念减轻,安全感提高。
两种不同加热方式的系统原理如图3所示;CO2热风热泵规格列于表2中和外观及设置状况如图4所示。
图3锅炉和热泵两种加热方式构成干燥系统的实例
图4CO2热风热泵的外观及设置状况
随热源的高温化·大容量化,高效率化等的技术革新,在业务、工农业领域的适用范围扩大,用途也在不断扩大。
表2热泵的性能参数
名称水热源型CO2热风热泵
加热能力110KW
压缩机额定动力25KW(消费电力30KW)
冷媒R744(CO2)
压缩机型式半密闭型往复式气缸,型式:
2HT
电源三相AC200V
法定冷冻吨9.1t
运转范围热风出口温度:
120℃以下
热源水出口温度:
-9~35℃
容量控制变频器控制转数(30~65Hz)
尺寸W1100×L1600×H2175mm
重量制品重量1800Kg(运转重量1850Kg)热泵在工业涂装车间各种装置上活用方法有三种:
●单独作为高效率的热源机器适用;
●作为热源回收适用;
●作为加热冷却的同时使用。
第三种加热冷却的同时使用是效果最好的使用方法。
在工业涂装设备上能使用加热冷却的装置有前处理·电泳装置,喷漆室,空调装置,水性底色漆的晾干设备,烘干室·强冷室等。
2、可采用热泵技术的汽车涂装设备
日本大气社研究、开发认为在汽车涂装设备上采用热泵技术效果最佳的是喷漆室排气再循环系统和水性底色漆的晾干(预烘干)设备。
他们作了如下的方案推荐
2.1喷漆室排风再循环空调系统采用热泵技术方案
涂装作业的最大耗能是喷漆室的空调,为降低空调能耗,再利用喷漆室的排气,而组成喷漆室排气再循环系统。
具体地如图5所示,漆雾少的区域(准备室、修补检查段等)的排气可循环到机器人喷涂区段等无人化区段,以降低空调能耗。
还有,排风再循环可分为干式再循环和湿式再循环。
图5喷漆室供风的再循环流程
干式再循环是利用准备室、晾干室的排气,仅过滤一下直接再循环。
在采用德国杜尔公司新推出的喷漆室排气干式漆雾捕集装置(ECO-DryScrubber,干式分离技术)场合,喷漆室排风不需追加过滤和温湿度的调整可直接再循环使用。
湿式再循环是指喷漆室的排气,经湿法(水洗)分离漆雾后,需将洗净过的潮湿空气再调整到规定的温湿度,因喷漆室排气的温湿度接近喷漆室供风的温湿度,调整所需的能耗较室外空气调整能耗小。
湿式再循环空调器是过滤、冷却除湿、再加热调温,正适合冷温水同时使用的热泵,具体见图6所示的流程。
图6喷漆室排风再循环空调器的原来方式和采用热泵的方式以年产24万台规模的汽车车身喷漆室空调设备为基准核算图6所示两种方式的每台车身的CO2排出量(kg/台),采用热泵方式的CO2排出量较原来方式可削减68%。
效果非常好(参见图7),投资约1年可偿还。
并且可在既有设备上增添改造。
图7喷漆室排风再循环空调器中采用热泵的削减CO2排出量效果
2.2水性底色漆预烘干(Flashoff闪干)设备采用热泵技术方案
为削减VOC,普遍采用水性涂料,适应水性涂装空调条件的空调能耗和确保水性涂装品质所需的水性底色漆的预烘干工艺,从CO2排出量的观点看,按传统的工艺不仅未削减,反而有增加的趋向。
传统现行的水性底色漆的预烘干设备是HAB(HotAirBlow吹热风),加热涂过水性底漆的车身,使水份蒸发,随后CAB(CoolingAirBlow,吹冷风)冷却、降低车身的温度,
温馨推荐
您可前往XX文库小程序
享受更优阅读体验
不去了
立即体验
来确保水性涂装品质。
具体工艺参数是HAB80℃×15g/kg'×3min,CAB20℃×1min,预烘干室出口的涂膜固体分(NV)达到85%以上,车身35℃程度,满足涂装品质要求。
第8图对预烘干过程的NV作模拟。
从图上可看出:
3min实现NV85%,用湿度15g/kg’的热风,温度必须在80℃,这时车身温度升高,就必须吹冷风(CAB)。
如果HAB温度降到50℃,虽可不要CAB,可是NV上升迟缓,可能产生不良的涂装品质。
然而,图8的低温度HAB方式,降低温度的效果是可行的。
如将HAB湿度有15g/kg’下降到8g/kg’,提高水份的蒸发速度,吹温度50℃的热风(HAB),NV也能达到85%,且车身温度不超过35℃,因而就不需要冷却(CAB)。
这样,不要CAB工序,仅为低湿度HAB的预烘干工艺就可确立。
原来HAB+CAB方式低温度HAB方式及降低湿度的效果
图8预干过程的NV模拟(车身内扳部位)
应用热泵技术后,这8g/kg’的低湿度HAB方式是能实现的。
预烘设备的原来方式和采用热泵方式的系统流程图如图9所示。
图9预干设备的原来方式和采用热泵方式图10晾干装置采用热泵的CO2削减效果原来,用冷水盘管冷却降低换气空气的温度,得到露点10℃(绝对湿度7.5g/kg’)的换气空气,而使用冷媒直接冷却盘管的直彭式冷冻机可使换气空气的露点降到0℃(绝对湿度3.7g/kg'),使下降换气湿度成为可能。
随换气空气湿度降低,就可使HAB湿度下降,实现较原来低的湿度区域内的低湿度预干工艺。
并且,这放热源还可作再生热能同时利用。
原来的HAB加热能源是用蒸汽或燃气,冷却降湿换气和CAB的冷却能各自用冷水,而在
直彭式冷冻机场合,一台就可担当实现这种低湿度的冷源和加热源。
采用这种低湿度HAB预干工艺场合,以年产24万台规模的汽车车身涂装设备的生产线来核算CO2排出量,如图10所示,较原来方式可削减61%。
低湿度HAB预干工艺是削减CO2量非常大,效果很好的实用例。
基于现在的水性涂料随汽车制造厂和涂料厂不同,它们的成分和性状多种多样,为确保水分蒸发和涂装品质,需适当调整HAB的温湿条件。
总之,有客户和涂料厂的通力协作,新工艺就能大幅度降低能耗和CO2排出量。
2.3采用CO2热风热泵替代煤气锅炉和电动制冷机,作为烘干室的热源和强冷室的冷源。
如图11所示,探讨采用CO2热风热泵提供80℃和15℃冷水。
热风作新鲜空气补给烘干室,15℃冷水作为强冷室的冷源,在工业涂装线上实现无锅炉化和削减煤气消耗量,达到削减CO2排出量和降低运行成本的目的。
图11涂装线采用CO2热风热泵的方案
3.热泵技术的应用实例
以下举例2个涂装线改造采用热泵技术,实现节能减排的实例
3.1压缩机涂装前处理设备采用HP(热泵)热源机加热
日本东芝口利亚公司富士事业所的压缩机涂装前处理工艺为节能减排改用低温型处理药剂(脱脂剂和磷化液);脱脂液的加温是槽内的蛇形管通蒸汽,磷化液的加温是利用脱脂液加温实用的蒸汽冷凝水制成的热水,在热交换器中热水与磷化液间接加热。
这种方式节省大量蒸汽。
于2009年11月又改用东芝煤气公司自制的“再加热式热泵热源机”(又称HP热源机)产生的热水(最高64℃)。
经循环泵和板式热交换器加温处理液。
从热交换器返回热水用循环泵压送到HP热源机再加热。
其流程参见图12。
图12用HP热源机加温方法概要
HP热源机加温方法的长处是:
○1HP热源机设置在室内,吸收周围的温度运转效率良好。
最大COP为夏季4.5,春秋4.0,冬季3.5。
○2前板吹出的冷风可活用作为冷房(冬季可用风管改变风向);○3为维持液温,可借助日历时间自动控制仪(Calendertime)实现无人放心、安全运转;○4HP热源及增设简单;○5因是循环式,无需供水;○6投资回收1.4年。
削减CO2排放量效果显著,改造前后的CO2排放量由612t/年削减到72t/年;其中采用低温处理剂·HP热源机就削减CO2排放量310t/年。
3.2变压器外壳涂装线采用CO2热风热泵技术的实用例。
日本南电制作所2009年9月在变压器外壳的涂装线(前处理、磷化→电泳涂装→烘干→涂面漆→烘干)上采用CO2热风热泵技术;热泵产生的热风(80~120℃),作为电泳和面漆烘干室的补给新鲜空气,力求削减烘干室的液化气(LPG)的耗量;热泵排出的冷水供电泳槽调温用,省掉冷冻机组,其流程如图13所示。
表3烘干室的规格
电泳烘干室面漆烘干室
内外表面:
1.2t车身钢板
保温:
100t玻璃棉
热风发生机AH-50DAH-40D
燃料LPG(24000Kcal/m3)
燃烧量(最大)500000Kcal/h400000Kcal/h
燃烧量(最小)50000Kcal/h40000Kcal/h
控制温度(℃)170155
图13涂装工程采用热泵系统流程图
图注:
○1锌盐磷化、阴极电泳(槽液温度约29℃)共11到工序
○2烘干室的规格见表3。
○3在室外气温低的冬季,仅电泳槽的热负荷可能不能满足热泵的热源,回收空压机的排热再利用作为热源。
引进效果的验证:
CO2热风热泵停止和运转时分别测定涂装线LPG和电力的使用量,(见
表4)计算两日间的热风热泵的停止、运转数据削减LPG耗量和CO2排放量的效果(见表5)。
表4LPG消耗量和电力消耗量的测定结果
测定日期烘干室运
行时间
LPG日消耗量(m3)电量日消耗量
总耗量电泳烘干面漆烘干总耗量冷冻机HP热泵附带机器
HP停止时2009.7.1214h26min246.8107145.821.4421.0-0.44HP运转时2009.9.1114h26min187.18998.1580.217.42480.0392.76
表5削减LPG使用量和CO2排放量的效果
烘干室运转时间(h)LPG使用量
(m3N)
平均LPG实用
量(m3N/h)
平均电力使用
量(KWh/h)
CO2排放量
(kg·CO2/h)
运行成本
(%)
HP停止时29.9509.017.00.0103.7100HP运转时30.1389.012.935.390.288
削减效果(%)▲24.1▲13.1▲12
注:
电泳槽冷冻机能力/冷却能力:
33.5KW,消耗电力:
12.6KW
发热量/LPG97.01MJ/m3N(密度:
2.03Kg/m3N),电力:
白天9.97MJ/KWh,夜间9.28MJ/Kwh
CO2排放量/LPG:
30.00Kg·CO2/Kg;电力:
0.326Kg·CO2/KWh
单价/LPG:
83日元/Kg,电:
9.85日元/Kg
从表4可看出,面漆烘干室的LPG使用量显著减少,还有在LPG式热风烘干室单独运转时,生产开始8小时后冷冻机需运行,当CO2热风热泵并用运转时,冷冻机可停运,这可确认热泵的冷却效果。
从表5和使用效果来看:
CO2热风热泵的热风和冷水都得到活用,LPG使用量削减24%;CO2排放量削减13.0%,运行成本降低12%,经济和减排效果很好。
从上述热泵技术在涂装领域刚获得工业应用实例来看,热泵技术的能效高(尤其是在热·冷能同时使用场合)是涂装工程的节能减排、削减CO2排放量的先进环保技术,国内也在开发应用中。
笔者建议涂装客户、涂装工艺·设备制造单位和涂装材料制造厂联合协作行动起来开发推广应用热泵新技术,为实现国检“十二·五”规划节能减排的目标值和建设可持续发展的低碳经济社会作贡献。
参考文献:
1、日刊:
《塗裝技術》2011年5月号,特集《涂装工程电能活用技术》
○1石田浩三《自動車塗裝工廠ヘのヒ一トポンプ技術の導入とCO2削減》,P.49~
57。
○2深泽芳克《コンプレシサタ一塗裝工程にぉける新ェネルギ一の活用事例紹
介》P.58~64。
○3米田弘和“塗裝乾燥工程にぉけるCO2熱風ヒ一トポンプの導入事例”P.65~
70。
2、米田弘和“涂装用CO2热风热泵节能减排效果号”译文,译自日刊“涂装技
术”2010年8月号P97~103和2010年9月号P79~84两篇。
3、王锡春《汽车涂装的环保绿化工艺技术
(二)-节能、节水减排(低碳化)》,
2011.1文集之二P.148~152。
2011.8.2于长春
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 汽车 采用 技术 削减 CO2 含量