余熱利用助力設備節能改造

寧波海得工業控制系統有限公司 汪木根

近年來電力供應緊張，很多靜電噴涂設備已采用燃油加熱或燃氣加熱。但對余熱的利用卻不夠重視，通過對余熱利用方式、控制方式的研究及燃油加熱烘道和固化爐的節能改造，取得了一定成效。

目前國內涂裝行業靜電噴涂的前處理加熱多采用電加熱為主，設備采用燃油加熱或燃氣加熱，工件的烘干與噴粉后及固化后的余熱大都直接排放掉。筆者通過對燃油加熱和固化爐余熱利用方式的研究，為企業節省了大量的能源成本，取得了良好的效益。噴涂流水線如圖1所示。

圖1

從烘道和固化爐流出的煙氣溫度＞300℃，如將此高溫煙氣流經前處理液，可使前處理液升溫40～80℃，起到節電效果。

一、前處理加熱計算

前處理程序一般有六道：除油、二道水洗、磷化、水洗、鈍化，即有六槽需要加溫。

1.前處理液加熱所需電力計算。

式中：Q——耗電量，kW·h;

c——水的比熱，1kcal/（kg·℃）；

m——質量，kg；

△t——溫差，℃；

864——熱功當量，1W·h=3 600J=864cal。

若六槽水質量為6t，則加熱1h溫升40℃需要的電力經計算為（1×6 000×40/864）278kW·h。

若每天開機一次，則僅僅溫升40℃就需278kW·h電，未包括保溫所需電力。

2.前處理換熱器散熱表面的相關計算。

式中：△t——平均溫差；

Q——熱負荷（根據功率大小計算熱負荷）；

m——質量；

Cp——流體比定壓熱容；

K——傳熱系數；

F——傳熱面積 。

求出F面積后，即可選擇換熱器管直徑并計算出長度。

3.前處理液溫度。一般要求溫度在30～50℃，熱交換器的內外溫差＞250℃。除油后兩道水洗，第一道水洗溫度50～60℃，第二道水洗溫度30～50℃效果較好（前處理液廠家有特別要求除外）。利用＞300℃的高溫煙氣對前處理液進行加熱足以滿足前處理液的升溫需求。

4.前處理槽加熱管道（圖2）。槽內管子與槽外管子采用聯動蝶閥，兩管直徑相同，當槽內管子閥門打開時，外管閥門關閉，當槽內管子閥門關閉時，外管閥門打開，煙氣的風阻不變，流量恒定。溫度控制器控制氣缸的二位三通閥，使氣缸帶動齒條產生伸縮運動，聯動蝶閥的齒輪由連接在氣缸上的齒條驅動（如圖3所示）。

圖2

圖3

二、烘道及固化爐的功率核算

燃燒室的熱交換器與前處理槽中的熱交換器有所不同，燃燒器噴出的火焰溫度高達1 000℃以上，與燃燒器連接處的熱交換器管要用5mm厚的不銹鋼310S制作氣流拐彎處角度最好90°連接，以大圓弧拐彎減少風阻。

烘道室體采用保溫壁板拼裝結構，型鋼支撐框架，室體內壁采用0.6mm以上鍍鋅鋼板，外壁采用0.5mm以上波紋型鋼板，整體布局合理，保溫層厚120mm，斷熱口隔板50mm（兩面鍍鋅0.5mm）、內填充優質巖棉，保溫性能上佳，能防止熱空氣外溢，減少熱能的流失。

烘道內設布局合理的熱風循環系統，循環風要全部經過熱交換器，使熱交換器表面上的熱量能及時被循環風帶走，進入熱風循環系統，烘道內熱風出口布局要合理并且能微調，使得溫度分布均勻。

選擇燃燒器的功率大小時按加熱功率的二倍選擇燃燒器最大功率。

設在體積為V的烘道內，1h內溫升要達到△t，需要的功率計算如下。

式中：Q散——設備室體散熱量；

K——保溫層散熱系數，0.05W/m2℃，相當于0.05J/m2℃；

A——設備室體保溫層面積之和；

△t——溫升。

式中：Q吸——工件吸熱量；

Cp鐵——鐵比熱，0.46kJ/（kg·℃）；

m——工件重量(含烘箱內壁和通過烘箱的輸送鏈)；

△t——溫升。

式中：Q加——設備室內空氣加熱量；

Cp氣——空氣比熱，1kJ/kg℃；

ρ——密度，1.293kg/m3；

V——體積；

△t——溫升。

總耗熱量：

若1kWh電能所產生的熱量為3 600kJ；發熱體熱效率取80%；則加熱總功耗為：Q總×3 600/80%。

保溫時需要的熱量：

式中：Q補加——補充的新鮮空氣加熱量。

加熱溫升時的功率一般遠大于保溫時的功率，核算時只要溫升在1h內達到額定值功率就夠了，溫升過程中要預緩沖，即在到達額定溫度前要停止加熱一段時間，以防因熱慣性的緣故溫度上升超過額定值。

三、綜述

公司對某工廠噴涂流水線進行余熱利用改造后，能源成本大幅降低，平均節電500kW·h/天，5～10萬kW·h/年（未滿負荷開班），占車間用電量的70%以上，一個月節省下來的電費就足以收回鋪設的管道成本。

[1]劉燕春.換熱器設計、運行及CAD系統[M].北京：冶金工業出版社，1998.2.

[2]錢頌文.換熱器設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2002.8.

[3]鄺國熙.塑料靜電噴涂[M].北京：國防工業出版社，1980.5.