[表面处理]降低涂装烘干室能耗的技术设计

johnny.towne 7月前 42

今天小编为大家分享的是关于降低涂装烘干室能耗的技术设计的文章,一起来看看吧。

0 引言

  在涂装生产线中,无论是工件前处理后的水分烘干,还是底漆、面漆、电泳或喷涂粉末涂料的固化,烘干室是必不可少的工艺设备。烘干室所需的加热能源,包括热水、蒸气、电力、燃油、燃气或其他燃料,其能耗在整个涂装生产线中所占比例,少则约30%,多则约90%。因此,在涂装生产线上降低烘干室能耗显得尤为重要,是相关项目决策者和设计人员所要研究和对待的问题。在烘干室选型、能源的选择和设备结构设计上要综合考虑,加以评估,最终确定满足工件涂装质量要求的、最经济的烘干室。

1 烘干室型式

  烘干室的型式多种多样,可按生产组织方式、设备外形、加热能源、热传递形式和空气在室内循环方式分类。单件或小批量生产作业,可选择间歇式烘干室,如开门式烘箱,烘箱门可为单门,亦可对开门。若大批量生产作业,则可选择连续通过式烘干室,如由连续或节拍输送系统输送烘烤工件的烘箱或者烘道。

  间歇式烘干室一般占用地面小,工件进入室体内关闭箱门进行烘烤,热量不易散发,保温性好,从而能源的利用率高,耗能低。缺点是产能较低,工件进出烘箱需要人工操作。若要提高产能,可由若干个间歇式烘干室组合而成。

  连续通过式烘干室一般占用地面大,工件由输送系统送入烘干室体内进行烘烤,由于进出工件门洞的热量外逸,热量利用率稍低,保温性稍差。最大优点是产能高,提高了生产效率。若小批量上线生产,则能耗较大。在车间上部空间足够的情况下,此结构烘干室尽可能选择全桥式或半桥式。此结构烘干室是根据热力作用下的气流分布状况,室体内顶部的气温最高,因门洞低于室体底部,达到隔热气封目的,故从门洞口外逸热量相对减少。在工件输送系统上,烘干室体内尽可能地分布多行程线路,以减少室体外壁的散热面积。


2 加热能源选择

  一般情况下,烘干室选择1种加热能源。有时为满足涂装烘烤工艺要求而选择2种能源。一般而言,在烘干室设计时,烘烤温度在100 ℃以下选择热水和蒸气作为能源,不超过200 ℃选择电力,而200 ℃以上则选择燃油和燃气。如何选择能源,要根据产品涂装的烘烤工艺要求、本地能源供给的现有条件以及各种消耗费用综合考虑。以100 kW/h发热量为例,烘干室在相同的发热量下,常见能源的技术经济指标见表1。

  由于各地的能源价格不同,折算后的成本费用不尽相同。一般来说,虽目前各地价格不一,但大体上费用由高到低排序为:电力→燃油→液化石油气→蒸气热水→天然气。


3 烘干室的结构设计

3.1 设备结构型式

  在涂装生产线平面布置时,应尽可能选择桥式或半桥式结构烘干室。桥式烘干室与直通式烘干室相比,热效率能提高20% ~ 80%。在烘干时间较长的连续烘干线,尽可能选择多行程排布结构。在不影响涂膜性能和外观质量的前提下,燃烧加热系统尽可能选择直接加热方式。对产量低、较大或较重的工件,尽可能选择烘箱。可一端或两端进出工件。较大的烘箱可采用电动门或气动门,以便于开启和关闭箱门。

3.2 室体尺寸

  适当选择室体尺寸,能有效地减少能源消耗。室体越大,则室体容积越大,室体表面积也越大。由式⑴和式⑵可看出,热损耗与室体内被加热的空气质量成正比,与室体外表面积之和成正比。

Qh1=mC(t0-teo)⑴

Qh2=3.6kA(t0-teo)⑵

式中:Qh1——加热烘干室内空气所消耗的热量,kJ/h;

Qh2——通过烘干室外壁散失的热量,kJ/h;

m——被加热的空气质量,kg;

C——被加热的空气比热容,kJ/(kg·K);

k——室体保温层传热系数,W/(m2·K);

A——室体保温层表面积之和,m2;

t0——烘干室的工作温度,℃;

teo——车间温度,℃。

  室体尺寸最终要依据工件的大小、质量、工艺吊具的大小、输送系统的设计链速、涂膜的干燥速率等技术参数来确定。

3.3 工件进出门洞

  工件出入口的热损失约占总热损的10%以上。为防止烘干室内的热空气外逸和冷空气进入,应尽可能在进出工件的门洞上设有可闭合的门,如可上下升降或对开式门,在连续作业中可选择电动或气动门,以实现自动控制。连续通过式门洞在制作时,最好制作成与工件仿形的门洞,可最大限度地减少热量的外逸量。

3.4 室体保温板及保温板的拼接

  室体保温板内外层为薄钢板,中间层为保温绝热材料。室体外表面的散热与保温板厚度有关,厚度越厚保温性越好。一般来说,涂料烘干固化常用的烘烤温度在80 ~ 250 ℃之间,选用的烘道室体保温板绝热材料大多数为岩棉,其厚度在100 ~ 200 mm范围。当厚度在150 mm时,岩棉保温材料热导率为0.128 W/(m·K),则传热系数k=1/(0.15/0.128)=0.853W/(m2·K)。当厚度为200 mm,传热系数等于0.64 W/(m2·K)。同一个烘干室,在内外部条件不变情况下,室体壁厚每增加50 mm,能减少(0.853-0.64)/0.853=24.97%的散热热量流失。

  板与板之间拼接要紧密、严实,贴合良好。采用市售保温板,两板插合要紧密,其承插空隙处要填塞填实保温岩棉。

3.5 保温材料

  目前烘干室室体保温材料,大量使用岩棉、矿渣棉、玻璃棉、硅酸铝及其制品。它们都具有密度小、导热系数低、不燃、具有一定的弹性和柔软性、价格低廉、便于施工等特点。其保温材料技术性能见表2。

  岩棉与矿渣棉全是矿物棉,它们在生产工艺、导热系数、纤维形态、耐碱性等方面存在不少共同点。但也还存在一些不容忽视的差别,如岩棉的耐水性、耐热性和耐腐蚀性均优于矿渣棉。而形成这些差别的主要原因是原料的成分不同。

  玻璃棉是无机纤维类保温隔热材料。其产量仅低于岩棉和矿渣棉。此外,它的弹性与柔软性好,适合各种形状设备的保温。

  硅酸铝纤维是目前国内外公认的新型优质保温材料,性能远优于其他传统的保温材料。具有理化性能稳定、热导率低、热稳定性好等优良性能。

  一般地说,随烘干室设计温度的不同而选择不同的保温材料。烘干室的设计温度在300 ℃以下,保温材料选择岩棉、矿渣棉或玻璃棉;若在300 ℃以上,保温材料则选择硅酸铝纤维棉。

3.6 风幕设置

  对于直通式烘干室,特别是长度较短的单行程烘干室,由于工件连续不断进出,故进出口门始终是敞开的。为防止烘干室内热空气的流出及冷空气的流入,减少热损耗,除在型式上把烘干室设计成桥式或半桥式外,常常在烘干室进出门洞处设置风幕系统,用风机喷吹出高速气流而形成一道隔离风门,以阻断外部冷空气与内部热空气的热量交换,从而减少热量的损耗。

  风幕风嘴分布形式可根据门洞大小、烘烤温度高低、输送装置结构,布置在门洞上侧、下侧、左右两侧或一侧等。风嘴喷射方向与门洞端面呈30° ~ 45°夹角,喷射口气流速度一般为20 m/s。

3.7 拼接缝隙的保温

  烘干室室体目前大部分是采用拼插形式制作成一个整体,小部分是在烘干要求较高场合下,采用各内面板之间缝隙满焊密封,形成一个整面的形式。因而,拼插形式在安装时尤其要注重各板之间的密封。顶板与顶板、顶板与侧板、侧板与底板、板与板之间形成拼缝,这些缝需要较好的方式来密封,以减少缝隙造成的热量损失,见图1所示。

  在保温要求较高的情况下,可将保温层由多层交错制作安装,以减少热量的逸出,见图2所示。

3.8 风管布置

  送风和回风管路一般设置在加热室与烘干室室体内部,一是可以利用内部空间,二是无热量散失。若室体内部空间不容许,必须布置在室体外部时,风管数量应尽量减少,且外露风管必须采取保温措施。

  有火焰燃烧换热器的,为充分有效地利用高温尾气余热,可将尾气管分布在室体内部底层,将置换出的热量补充给烘干室,尾气温度接近烘干室内温度时再排出室体外。

4 结语

  通过对烘干室的合理选型与结构上的优化设计,在相同的涂装烘干工艺条件下,可以大大减少热量的散失,降低能耗,提高能源的利用率,最大限度地降低设备投资成本和运行成本,减少对环境的污染,保障操作人员的作业环境。

本文链接:http://rdyi.com/thread-168901.htm
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