烘道设备简介.pdf

中国涂料在线 涂装线中燃油涂装线中燃油(燃气燃气)加热器的设计及应用加热器的设计及应用 陈茂江 (上汽集团上海汽车股份有限公司金桥项目组,201203)摘 要 摘 要:简要介绍了在小型零部件的涂装线中燃油(燃气)加热器的应用,对加热器的结构进行了剖析,并探讨了计算加热器参数的方法。关键词关键词:加热器;应用;结构;参数 0 引 言 引 言 在涂装线的设计中,如何合理地利用热能是一个非常重要的问题。在我国很多地区,由于工业用电比较短缺和昂贵,因此,涂装线中的加热器广泛地采用柴油、天然气等作为热源,通过合理的设计,既极大地降低了运行成本,又满足了工艺要求。本文从一个侧面,以电视机壳、空调机壳、自行车前叉和车架等小型零部件的涂装线加热器为分析对象,简要介绍了燃油、燃气加热器在涂装线中的应用,详细阐述了燃油、燃气加热器的结构和参数的计算。1 燃油、燃气加热器的应用 燃油、燃气加热器的应用 按照工件的涂层结构进行划分,小件涂装线主要有 4 类,燃油、燃气加热器在其中的应用见表 1。表表 1 燃油、燃气加热器在各类小件涂装线中的应用 燃油、燃气加热器在各类小件涂装线中的应用 2 燃油、燃气加热器的设计 燃油、燃气加热器的设计 2.1 脱脂用加热器的设计 脱脂用加热器的设计 2.1.1 脱脂用加热器的结构 由于小件涂装线的工件表面油污少、外形简单,喷淋脱脂比较容易,因而前处理一般采用喷淋式,配置有燃中国涂料在线 油、燃气加热器的脱脂槽一般布置于脱脂喷淋通道的底部。具体结构见图 1。1 循环泵 2 脱脂槽 3 燃烧机 4 热气箱 5 回流管 6 烟气排放管 7 换热管 8 燃烧室 图 1 脱脂用加热器的结构 脱脂用加热器为间接加热式,主要结构是一列管换热器。一般设计为三回程结构,第一回程为燃烧室,第二、三回程为换热管。其工作原理见图 2(图中受热介质为脱脂液)。图 2 间接加热工作原理 2.1.2 脱脂用加热器的主要参数 图 1 所示脱脂用加热器的主要参数可以通过多种方法进行计算,现介绍其中一种比较精确的计算方法。(1)首先参照脱脂工序的热能需求量,选用合适的燃烧机,根据燃烧机技术参数中的火焰尺寸,确定燃烧室的长度和直径:中国涂料在线 L=L 火+0.3(1)D=2 D 火(2)式中:L 燃烧室的长度,m;L 火 燃烧机火焰的最大长度,m;D 燃烧室直径,m;D 火 燃烧机火焰的最大直径,m。(2)确定换热管的根数 n:已知燃烧机的有关技术参数,设定烟气的排放温度后,在传热方程式中,E=U A t(3)式中:E 扣除烟气排放带走的热能后,加热器提供的有效热能,kJ/h;U 加热器的传热系数,kJ/t h ;A 加热器的传热面积,h;t 对数平均温差,。由于 A 是 n 的函数,可导出 U 与 n 的一个关系式 U=f(n)(4)又因为 1/U=1/h 1+r w+1/h 25)式中:h 1 烟气在换热管内强制对流时的传热膜系数,kJ/t h ;r w 管壁热阻,可忽略;h 2 脱脂液垂直流经换热管束时的传热膜系数,kJ/t h。根据“空气和燃烧气在管内强制对流时的传热膜系数”1 计算式,有 式中:t 1 烟气的平均温度,;V 标准状态下(0 ,760 mm 汞柱)烟气流速,m/s;中国涂料在线 D 内 换热管内径,一般选用 0 1 037 m。根据麦克亚当斯(Mcadams)方程 1 ,有 式中:t 2 水膜温度,;V max 断面处的最大质量流速,kg/h m 2;D 外 换热管外径,一般选用 0.04 m。而(6)式中 V 是 n 的函数,所以由(5)、(6)、(7)三式,可导出 U 与 n 的另一个关系式 U=g(n)(8)最后,由(4)、(8)两个关系式,即可求得换热管的根数 n。2.2 脱水、固化用加热器的设计 脱水、固化用加热器的设计 在小件涂装线的脱水烘干、固化两工序中,主要采用以下 3 种加热器提供热能:燃气式红外辐射器、直接加热器和间接加热器。各种加热器的结构、特点和主要参数的计算如下。2.2.1 燃气式红外辐射器 在脱水炉或固化炉的保温板上,直接布置所需数量的燃气式红外辐射器,如图 3。由于热空气密度较轻,炉体内的气氛温度上高下低,因此,炉体底部布置的辐射器功率要适当高于在两侧所布置的辐射器功率,使炉内气氛的温度尽可能一致。1 燃烧器 2 天然气喷嘴 3 室体保温板 4 陶瓷板 图 3 燃气式红外辐射器结构 常用的红外辐射器,是首先将天然气或液化气与助燃空气充分混合后,导流到多孔陶瓷板的小孔处,在板面上形成稳定的无焰燃烧,从而发出较强的辐射热,达到直接加热工件的目的。由于其具有热能利用率高、加热中国涂料在线 快和不需大量循环空气流动的特点,使其在外形简单的工件上得到了很好的应用效果。但对于有辐射死角或很难使辐射距离大致相等的工件,会出现工件脱水不完全、涂层固化不均匀的弊病,在这种情况下,则应选择其它方式的加热器。2.2.2 直接加热器 将燃烧室直接设计在脱水炉或固化炉的热风循 _ 环管路中,在这里,燃料燃烧后产生的高温烟气与来自炉内的循环空气混合,达到直接加热炉内空气的目的。其结构见图 4。1 燃烧机 2 火焰喷嘴 3 燃烧室 4 回风管 5 循环风机 图 4 直接加热器结构 在图 4 中燃烧室的尺寸:长=L 火+0.3(m),宽=高=2 D 火(m)该加热器的优点是热能利用率高、热响应速度快以及初期设备投资较低等。缺点是高温烟气中含有微量的烟尘,当它通过热风循环管路进入炉体后,会对炉内空气的洁净度产生一定的不利影响。因此,在脱水炉或对炉内空气洁净度要求不高的固化炉中,可用直接加热器提供热能。而对于空气洁净度要求较高的固化炉,当热源为燃气时,虽可使用该加热器,但在使用过程中,需用高温过滤器对高温烟气进行适当的过滤;当热源为燃油时,由于烟气中的烟尘较重,无法用过滤解决,在这种情况下,则不能使用直接加热器,而应使用间接加热器。2.2.3 间接加热器 将加热器设计在固化炉热风循环管路中,依靠加热器中的一列管换热器对循环空气进行加热。其工作原理见图2(图中受热介质为循环空气),结构见图 5。中国涂料在线 1 燃烧机 2 燃烧室 3 循环风机 4 热气箱 5 烟气排放管 6 换热管 7 回风管 图 5 间接加热器结构 该加热器的优点是烟气不进入固化炉,因而使炉内空气具有高洁净度。缺点是热能利用率较低、热响应速度慢以及初期设备投资较大等。因而,该加热器一般应用于对空气洁净度要求较高的固化炉。该间接加热器的换热管数量,可参照 2.1.2 节的方法进行计算,由于受热介质是循环空气,计算时要将式(5)、(7)更换为 式中:h 2 循环空气垂直流经换热管束时的传热膜系数,m 2 h ;c P 气体的定压比热,1 kJ/kg ;(q m)max 断面处的最大质量流速,kg/h m 2。2.3 间接式加热器的一个设计实例 间接式加热器的一个设计实例 一个电视机壳喷漆线的固化炉,炉体容积 250 m 3,固化温度 80 ,循环风量 45 000 m 3/h;热源采用 BT 40G 型单段火柴油燃烧机,输出功率范围 237 400 kW,耗油范围 20 34 kg/h,燃气比 60 1,烟气排放温度设定为 280 。根据燃烧机的火焰参数,由式(1)、(2)可得燃烧室的直径为 0.5 m,燃烧室或换热管的长度为 1.3 m。选用换热管的规格为外径 0.04 m,管壁厚度 0.001 5 m。将有关参数代入(3)式,导出关系式 U=f(n)为:U=13 100/(n+12.5)(11)中国涂料在线 将有关参数代入式(6)、(9)、(10)式,导出关系式 U=g(n)为:分别作出公式(11)、(12)的 U n 曲线,如图 6,可得交点坐标(62,176)。由此可知,该加热器换热管数量应为 62 根,总传热系数是 176 kJ/m 2 h。图 6 式(11)、(12)的 U n 曲线 3 结 语 结 语 (1)通过以上的计算和分析,可以比较准确地对燃油、燃气加热器进行设计。在兼顾热能利用率的同时,使加热器的设计趋于合理。(2)为了提高热能的利用率,可以适当增加加热管的数量。但是,要注意由于热能利用率的提高,烟气的排放温度会降低,当低于露点时,烟气中的水蒸气会出现冷凝,从而腐蚀加热器。(3)设计涂装线时,在满足涂装质量要求的前提下,要优先考虑热能利用率高、加热快的加热器,尽可能地节约能源。(4)由于柴油、天然气等燃料燃烧产生的烟气温度极高,加热器的制作材料一般采用 1Cr18Ni9Ti。各部位材料的厚度如下:燃烧室一般是 4 mm,热气箱一般是 3 mm,换热管一般是 1.5 mm。使加热器既具有良好的抗氧化性,又具有较理想的热传导性。