汽车整车制造发传厂技改项目中除铬环保工艺分析

高 超，谢小琛

（一汽-大众汽车有限公司，吉林长春 130000）

近年来，汽车制造商必须采取必要措施使制造过程对环境友好，车身面板的回日收再利用可减少对原材料的需求，进而减少对自然资源的影响。

汽车制造行业虽不是高能耗行业，但由于其产业链长，工艺复杂，工序多，能源消耗量较大。随着国内汽车制造行业发展规模不断扩大，能源消耗量逐年增加，能源费用对制造成本的影响也越来越大，实施节能技术措施，提高能源利用效率是极其必要的。国内某整车制造企业，年汽车整车产能为20万辆。2013年综合能源消耗量（当量值）为25 649tce。其中，年耗电量9 261.3万kW.h，折标煤（当量值）11 382.2tce；年耗天然气105 424 242nm3，折标煤14 021.18tce；年耗汽油172.4t，折标煤253.7tce。

1 工艺流程

新增的 APS 厂房内新增 1 条缸体等离子喷涂生产线。用贴合性更好的缸体等离子喷涂技术替代原铝制缸套贴合技术，提升缸孔的圆柱度，减少活塞运动时受到的摩擦力，从而达到提升发动机功率，减轻发动机质量，减少排量的目的。

等离子喷涂是利用电极间高频高压电使气体电离形成等离子火焰（中心温度可达 1.5 万度以上）作为热源，将涂层粉末瞬间融化并高速喷向缸孔表面，形成牢固的涂层。喷涂工艺在常压下全密闭式的等离子喷涂机内进行，全部采用全自动机械喷涂工艺，喷涂粉末为铁基粉末材料。喷枪的阳极和阴极分别接电源的正、负极，喷嘴和电极之间通入工作气体（氩气和氢气），利用高频电弧放电使气体电离产生等离子弧，在喷枪内产生等离子流，待喷涂的合金粉末通过送粉载气送入等离子焰流中，被加热到熔融或半熔融状态，并被等离子流喷射到工件表面。该喷涂过程主要为物理过程。喷射过程会因粉末堆积率的差异产生未附着的金属粉末，本项目设计附着率为 80%。由于喷涂距离短，铁基合金粉末离子在焰流中时间短，温度升高至熔点左右（铁基粉末熔点为 1 200~1 300℃）时喷射到基材表面，合金呈半融化状态，不会达到铁基粉末的沸点（约 3 000℃）。喷射后未附着在工件表面的粉末材料在腔体内迅速冷却凝固，少量随设备排气排出，因此等离子喷涂工序产生的主要污染物为等离子喷涂烟尘。

等离子涂层生产线缸孔珩磨采用多轴珩磨机，保证节拍需求，关键工序的加工设备配备检测装置。涂层后，缸体清洗使用的清洗机采用多工位定位电加热清洗机（45℃），清洗剂经过滤后回用，清洗剂定期排放。本项目清洗剂为碱性，主要成分为氢氧化钠和表面活性剂，因此涂层上的金属离子不会进入清洗水中。线上设自动测量机对缸孔进行100%的表面检测。清洗后对缸体进行上倒角和下倒角的加工、粗珩。加工完成后，对缸体进行终清洗和缸孔及表面检查。

由于本工艺中所用等离子涂层粉末为重点原辅材料，且含重金属铬，因此，本着坚持“清洁生产”“污染预防”“达标排放”和“总量控制”的原则，需要制定切实可行的污染防治措施，确保技改后的废气、废水、废渣排放能满足国家及地方法规相关要求。

2 铬平衡分析

缸体等离子喷涂生产线，在缸体缸孔中喷涂铁基粉末。每个发动机有 4 个缸孔，每个缸孔的表面积为0.03m2，因此每台发动机喷涂表面积为 0.125m2。涂层的平均厚度为 250μm，涂层密度为 3.8g/cm3，粉末涂层在缸孔上的附着率为80%，因此单台发动机使用的粉末重量为 0.148kg。技改完成后，发动机产能为60万台/a，因此铁基粉末的用量为 89t/a。根据涂层的 MSDS 报告，含铬质量分数为0.028。

等离子喷涂烟尘主要由 APS 厂房等离子喷涂工序产生，约80%的涂层材料附着在缸体上，未附着在缸体上的涂层材料（约20%）随等离子喷涂烟尘排出，其中的铬主要以单质和合金颗粒态的形式存在，干式过滤装置对工艺尾气的处理效率不低于98%。涂层后加工倒角、粗珩和缸孔精加工均为湿式加工。在对缸孔进行倒角，并对缸孔内部进行粗珩，将涂层厚度从250μm 减到172.5μm，乳化液经 APS 厂房新建的乳化液过滤系统过滤后循环使用，定期排入污水处理站，油雾经过滤系统处理后经排气筒排放；联合厂房对缸孔内部进行精加工时，将缸孔涂层厚度从172.5μm 减到 125μm，乳化液经乳化液过滤系统过滤后循环使用，定期排入污水处理站，油雾经过滤系统处理后经排气筒排放。联合厂房内已建 5 套乳化液过滤系统，其中一套为缸孔珩磨乳化液专用过滤系统，不会与其他工序乳化液混合，如图1。

图1 铬平衡图（kg/a）

3 治理工艺

废气：原有粉尘处理设备作为基础配置，继续深化处理至废气中污染物（重金属）痕量。使用含三级过滤系统（一级、二级为玻璃纤维过滤器，三级为HEPA 高效过滤器）的粉尘废气处理系统，预留活性炭深度处理设备，确保过滤后颗粒物中铬、镍等重金属低于检测限。三级过滤效果：颗粒物中重金属去除率达到99.98%。如图2。

图2 废气治理设施图

废水：缸孔涂层车间的废水在车间排放口前深化处理至回用，无排放；要求水回用至：例如清洗机清洁/过滤设备清洁。

废水来源：清洗机废液、机加工乳化液、珩磨机珩磨液、油雾分离设备回收泵站废水等；废水量：400t/a；处理要求：废水零排放，出水满足工艺回用。回用点位：乳化液配液或日常补水，设备保养清洗用水等。废水处理占地 120m2左右(12m×10m)，一层高度 4.5m，荷载 6T；二层高度 4m，荷载 4T；污水站废气处理设备 16m2，室外放置。如图3。

图3 废水治理工艺图

拟用处理工艺：GEM 预处理+MVR 蒸发+UF+RO+杀菌。

工艺简介，MVR 是机械式蒸汽再压缩技术（mechanical vapor recompression）的简称，是利用蒸发系统自身产生的二次蒸汽及其能量，将低品位的蒸汽经压缩机的机械做功提升为高品位的蒸汽热源。如此循环向蒸发系统提供热能，从而减少对外界能源的需求的一项节能技术。由于二次蒸汽不断被压缩循环作为加热热源，使单位吨耗降低，节能效果明显，由于蒸发温度低，产品停留时间短，常被用于热敏物料的蒸发浓缩。超滤原理也是一种膜分离过程原理，超滤利用一种压力活性膜，在外界推动力(压力)作用下截留水中胶体、颗粒和分子量相对较高的物质，而水和小的溶质颗粒透过膜的分离过程。反渗透又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。对膜一侧的料液施加压力，当压力超过它的渗透压时，溶剂会逆着自然渗透的方向做反向渗透。从而在膜的低压侧得到透过的溶剂，即渗透液；高压侧得到浓缩的溶液，即浓缩液（浓水）。

处理工艺优点：药剂用量少，产泥量少；无须复杂的预处理系统；设备简单，操作容易；处理水质稳定，满足工艺回用要求；浓缩倍数高，废水量小，蒸发耗能低；设备占地小，节约投资。

废渣：使用后涂层粉等合法处置；废水和废气处理产生的危废由有资质的厂家处置。

APS 生产过程产生的固废，需要进行危废判定，依判定结果进行处置；APS 配套环保工程：产生的固废按照 2020 版《国家危险废物名录》进行合规处置。

4 结论

本技改工艺设备全部采用全防护设计，产生的油雾、粉尘、等离子喷涂烟尘的设备配备通风除尘装置，设备通风采用分区集中方式。其中等离子喷涂烟尘分别经干式过滤装置过滤后经排气筒从厂房顶部排放。乳化液采用 APS 厂房单独建设的乳化液过滤系统集中过滤，本项目使用的乳化液呈碱性，进入乳化液的金属碎屑和粉末涂层均呈颗粒态，因此在乳化液过滤过程中被有效去除，去除效率不低于98%，乳化液循环使用后定期排放进入污水处理站。废清洗液经 APS厂房清洗剂过滤机处理后循环使用，定期排放进入污水处理站。因此，本工艺产生的废气、废水、废渣全经由上述处理工艺进行处置，能够得到彻底的治理，可实现达标排放，符合国家环保标准。