涂装线燃油燃气加热器的设计及应用

涂装线燃油燃气加热器的设计及应用

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

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

2燃油、燃气加热器的设计 2.1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,配置有燃油、燃气加热器的脱脂槽一般布置于脱脂喷淋通道的底部。 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

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)。

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: L=L火+0.3(1) D=2D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·Δt(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; Δt———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/h1+rw+1/h2(5)

式中:h1———烟气在换热管内强制对流时的传热膜系数,kJ/t·h·℃; rw———管壁热阻,可忽略;

h2———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:t1———烟气的平均温度,℃;

V———标准状态下(0℃,760mm汞柱)烟气流速,m/s; D内———换热管内径,一般选用01037m。

根据麦克亚当斯(Mcadams)方程[1],有式中:t2———水膜温度,℃; Vmax———断面处的最大质量流速,kg/h·m2; D外———换热管外径,一般选用0.04m。

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

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

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 在图4中燃烧室的尺寸:

长=L火+0.3(m),宽=高=2D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。 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

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。

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