高 超，謝小琛

（一汽-大眾汽車有限公司，吉林長(zhǎng)春 130000）

近年來，汽車制造商必須采取必要措施使制造過程對(duì)環(huán)境友好，車身面板的回日收再利用可減少對(duì)原材料的需求，進(jìn)而減少對(duì)自然資源的影響。

汽車制造行業(yè)雖不是高能耗行業(yè)，但由于其產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)，工藝復(fù)雜，工序多，能源消耗量較大。隨著國(guó)內(nèi)汽車制造行業(yè)發(fā)展規(guī)模不斷擴(kuò)大，能源消耗量逐年增加，能源費(fèi)用對(duì)制造成本的影響也越來越大，實(shí)施節(jié)能技術(shù)措施，提高能源利用效率是極其必要的。國(guó)內(nèi)某整車制造企業(yè)，年汽車整車產(chǎn)能為20萬輛。2013年綜合能源消耗量（當(dāng)量值）為25 649tce。其中，年耗電量9 261.3萬kW.h，折標(biāo)煤（當(dāng)量值）11 382.2tce；年耗天然氣105 424 242nm3，折標(biāo)煤14 021.18tce；年耗汽油172.4t，折標(biāo)煤253.7tce。

1 工藝流程

新增的 APS 廠房?jī)?nèi)新增 1 條缸體等離子噴涂生產(chǎn)線。用貼合性更好的缸體等離子噴涂技術(shù)替代原鋁制缸套貼合技術(shù)，提升缸孔的圓柱度，減少活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的摩擦力，從而達(dá)到提升發(fā)動(dòng)機(jī)功率，減輕發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量，減少排量的目的。

等離子噴涂是利用電極間高頻高壓電使氣體電離形成等離子火焰（中心溫度可達(dá) 1.5 萬度以上）作為熱源，將涂層粉末瞬間融化并高速噴向缸孔表面，形成牢固的涂層。噴涂工藝在常壓下全密閉式的等離子噴涂機(jī)內(nèi)進(jìn)行，全部采用全自動(dòng)機(jī)械噴涂工藝，噴涂粉末為鐵基粉末材料。噴槍的陽極和陰極分別接電源的正、負(fù)極，噴嘴和電極之間通入工作氣體（氬氣和氫氣），利用高頻電弧放電使氣體電離產(chǎn)生等離子弧，在噴槍內(nèi)產(chǎn)生等離子流，待噴涂的合金粉末通過送粉載氣送入等離子焰流中，被加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，并被等離子流噴射到工件表面。該噴涂過程主要為物理過程。噴射過程會(huì)因粉末堆積率的差異產(chǎn)生未附著的金屬粉末，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)附著率為 80%。由于噴涂距離短，鐵基合金粉末離子在焰流中時(shí)間短，溫度升高至熔點(diǎn)左右（鐵基粉末熔點(diǎn)為 1 200~1 300℃）時(shí)噴射到基材表面，合金呈半融化狀態(tài)，不會(huì)達(dá)到鐵基粉末的沸點(diǎn)（約 3 000℃）。噴射后未附著在工件表面的粉末材料在腔體內(nèi)迅速冷卻凝固，少量隨設(shè)備排氣排出，因此等離子噴涂工序產(chǎn)生的主要污染物為等離子噴涂煙塵。

等離子涂層生產(chǎn)線缸孔珩磨采用多軸珩磨機(jī)，保證節(jié)拍需求，關(guān)鍵工序的加工設(shè)備配備檢測(cè)裝置。涂層后，缸體清洗使用的清洗機(jī)采用多工位定位電加熱清洗機(jī)（45℃），清洗劑經(jīng)過濾后回用，清洗劑定期排放。本項(xiàng)目清洗劑為堿性，主要成分為氫氧化鈉和表面活性劑，因此涂層上的金屬離子不會(huì)進(jìn)入清洗水中。線上設(shè)自動(dòng)測(cè)量機(jī)對(duì)缸孔進(jìn)行100%的表面檢測(cè)。清洗后對(duì)缸體進(jìn)行上倒角和下倒角的加工、粗珩。加工完成后，對(duì)缸體進(jìn)行終清洗和缸孔及表面檢查。

由于本工藝中所用等離子涂層粉末為重點(diǎn)原輔材料，且含重金屬鉻，因此，本著堅(jiān)持“清潔生產(chǎn)”“污染預(yù)防”“達(dá)標(biāo)排放”和“總量控制”的原則，需要制定切實(shí)可行的污染防治措施，確保技改后的廢氣、廢水、廢渣排放能滿足國(guó)家及地方法規(guī)相關(guān)要求。

2 鉻平衡分析

缸體等離子噴涂生產(chǎn)線，在缸體缸孔中噴涂鐵基粉末。每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)有 4 個(gè)缸孔，每個(gè)缸孔的表面積為0.03m2，因此每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)噴涂表面積為 0.125m2。涂層的平均厚度為 250μm，涂層密度為 3.8g/cm3，粉末涂層在缸孔上的附著率為80%，因此單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)使用的粉末重量為 0.148kg。技改完成后，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)能為60萬臺(tái)/a，因此鐵基粉末的用量為 89t/a。根據(jù)涂層的 MSDS 報(bào)告，含鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.028。

等離子噴涂煙塵主要由 APS 廠房等離子噴涂工序產(chǎn)生，約80%的涂層材料附著在缸體上，未附著在缸體上的涂層材料（約20%）隨等離子噴涂煙塵排出，其中的鉻主要以單質(zhì)和合金顆粒態(tài)的形式存在，干式過濾裝置對(duì)工藝尾氣的處理效率不低于98%。涂層后加工倒角、粗珩和缸孔精加工均為濕式加工。在對(duì)缸孔進(jìn)行倒角，并對(duì)缸孔內(nèi)部進(jìn)行粗珩，將涂層厚度從250μm 減到172.5μm，乳化液經(jīng) APS 廠房新建的乳化液過濾系統(tǒng)過濾后循環(huán)使用，定期排入污水處理站，油霧經(jīng)過濾系統(tǒng)處理后經(jīng)排氣筒排放；聯(lián)合廠房對(duì)缸孔內(nèi)部進(jìn)行精加工時(shí)，將缸孔涂層厚度從172.5μm 減到 125μm，乳化液經(jīng)乳化液過濾系統(tǒng)過濾后循環(huán)使用，定期排入污水處理站，油霧經(jīng)過濾系統(tǒng)處理后經(jīng)排氣筒排放。聯(lián)合廠房?jī)?nèi)已建 5 套乳化液過濾系統(tǒng)，其中一套為缸孔珩磨乳化液專用過濾系統(tǒng)，不會(huì)與其他工序乳化液混合，如圖1。

圖1 鉻平衡圖（kg/a）

3 治理工藝

廢氣：原有粉塵處理設(shè)備作為基礎(chǔ)配置，繼續(xù)深化處理至廢氣中污染物（重金屬）痕量。使用含三級(jí)過濾系統(tǒng)（一級(jí)、二級(jí)為玻璃纖維過濾器，三級(jí)為HEPA 高效過濾器）的粉塵廢氣處理系統(tǒng)，預(yù)留活性炭深度處理設(shè)備，確保過濾后顆粒物中鉻、鎳等重金屬低于檢測(cè)限。三級(jí)過濾效果：顆粒物中重金屬去除率達(dá)到99.98%。如圖2。

圖2 廢氣治理設(shè)施圖

廢水：缸孔涂層車間的廢水在車間排放口前深化處理至回用，無排放；要求水回用至：例如清洗機(jī)清潔/過濾設(shè)備清潔。

廢水來源：清洗機(jī)廢液、機(jī)加工乳化液、珩磨機(jī)珩磨液、油霧分離設(shè)備回收泵站廢水等；廢水量：400t/a；處理要求：廢水零排放，出水滿足工藝回用?；赜命c(diǎn)位：乳化液配液或日常補(bǔ)水，設(shè)備保養(yǎng)清洗用水等。廢水處理占地 120m2左右(12m×10m)，一層高度 4.5m，荷載 6T；二層高度 4m，荷載 4T；污水站廢氣處理設(shè)備 16m2，室外放置。如圖3。

圖3 廢水治理工藝圖

擬用處理工藝：GEM 預(yù)處理+MVR 蒸發(fā)+UF+RO+殺菌。

工藝簡(jiǎn)介，MVR 是機(jī)械式蒸汽再壓縮技術(shù)（mechanical vapor recompression）的簡(jiǎn)稱，是利用蒸發(fā)系統(tǒng)自身產(chǎn)生的二次蒸汽及其能量，將低品位的蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)的機(jī)械做功提升為高品位的蒸汽熱源。如此循環(huán)向蒸發(fā)系統(tǒng)提供熱能，從而減少對(duì)外界能源的需求的一項(xiàng)節(jié)能技術(shù)。由于二次蒸汽不斷被壓縮循環(huán)作為加熱熱源，使單位噸耗降低，節(jié)能效果明顯，由于蒸發(fā)溫度低，產(chǎn)品停留時(shí)間短，常被用于熱敏物料的蒸發(fā)濃縮。超濾原理也是一種膜分離過程原理，超濾利用一種壓力活性膜，在外界推動(dòng)力(壓力)作用下截留水中膠體、顆粒和分子量相對(duì)較高的物質(zhì)，而水和小的溶質(zhì)顆粒透過膜的分離過程。反滲透又稱逆滲透，一種以壓力差為推動(dòng)力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作。對(duì)膜一側(cè)的料液施加壓力，當(dāng)壓力超過它的滲透壓時(shí)，溶劑會(huì)逆著自然滲透的方向做反向滲透。從而在膜的低壓側(cè)得到透過的溶劑，即滲透液；高壓側(cè)得到濃縮的溶液，即濃縮液（濃水）。

處理工藝優(yōu)點(diǎn)：藥劑用量少，產(chǎn)泥量少；無須復(fù)雜的預(yù)處理系統(tǒng)；設(shè)備簡(jiǎn)單，操作容易；處理水質(zhì)穩(wěn)定，滿足工藝回用要求；濃縮倍數(shù)高，廢水量小，蒸發(fā)耗能低；設(shè)備占地小，節(jié)約投資。

廢渣：使用后涂層粉等合法處置；廢水和廢氣處理產(chǎn)生的危廢由有資質(zhì)的廠家處置。

APS 生產(chǎn)過程產(chǎn)生的固廢，需要進(jìn)行危廢判定，依判定結(jié)果進(jìn)行處置；APS 配套環(huán)保工程：產(chǎn)生的固廢按照 2020 版《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》進(jìn)行合規(guī)處置。

4 結(jié)論

本技改工藝設(shè)備全部采用全防護(hù)設(shè)計(jì)，產(chǎn)生的油霧、粉塵、等離子噴涂煙塵的設(shè)備配備通風(fēng)除塵裝置，設(shè)備通風(fēng)采用分區(qū)集中方式。其中等離子噴涂煙塵分別經(jīng)干式過濾裝置過濾后經(jīng)排氣筒從廠房頂部排放。乳化液采用 APS 廠房單獨(dú)建設(shè)的乳化液過濾系統(tǒng)集中過濾，本項(xiàng)目使用的乳化液呈堿性，進(jìn)入乳化液的金屬碎屑和粉末涂層均呈顆粒態(tài)，因此在乳化液過濾過程中被有效去除，去除效率不低于98%，乳化液循環(huán)使用后定期排放進(jìn)入污水處理站。廢清洗液經(jīng) APS廠房清洗劑過濾機(jī)處理后循環(huán)使用，定期排放進(jìn)入污水處理站。因此，本工藝產(chǎn)生的廢氣、廢水、廢渣全經(jīng)由上述處理工藝進(jìn)行處置，能夠得到徹底的治理，可實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，符合國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。