一種自動噴漆室循環風系統的應用

張凱，李鶴，余育軍，陳飛

（中機第一設計研究院有限公司，合肥230061）

1 引言

在涂裝車間中，噴漆室的能耗約占車間總能耗50%左右，噴漆室主要能耗在于送排風能耗。由于環保要求，涂裝車間必須設置廢氣處理裝置，廢氣處理裝置的投資及運行成本和排風量成正比。因此，在滿足涂裝表面質量和安全生產的前提下，經濟效益增長來自排放量的降低。本文針對某噴漆室進行量化分析，更直觀地分析循環風的應用對投資及運行成本的節約量。

2 工程概況

本案例以某皮帶機托輥涂裝生產線自動噴漆室實際應用為例，其基礎工藝設計參數如下。

生產綱領：500 000個/a；

噴漆室尺寸（長×寬）：5 m×3 m；

門洞尺寸（寬×高）：0.5 m×3 m。

3 噴漆室設計計算

噴漆室采用干式噴漆室，機器人自動噴漆，為了保證良好的通風換氣和操作空間的衛生許可要求，噴漆室采用上送風下排風設計[1]。

3.1 送排風量的計算

式中，L為室體長度，m；b為噴漆區域寬度，m；v為氣流平均風速，一般取0.3 m/s。

為保證風量平衡，需分別設置1臺風量16 200 m3/h送風和排風風機，為滿足廢氣排放達到環保要求，配置1套16 200 m3/h活性炭廢氣處理系統。

3.2 加熱空調系統設計

為了保證漆膜質量，噴漆室送風應符合涂裝工業對空氣潔凈度、溫度的要求。且噴漆室的氣流為均勻層流，所以，噴漆室應配空調送風系統以及靜壓層。

噴漆時需要將進入噴漆室的空氣加熱至15℃左右，熱能耗計算：

式中，Q為送風量，m3/h；Δt為空氣升溫；℃。

4 循環風設計的應用

如果噴漆室采用全新風的方式，則排風風量等于送風風量16 200 m3/h。理論上來講，噴漆室排風的循環利用率越高，則節能效果越顯著，但是，根據相關規定，涂裝車間必須確保噴漆作業的人身安全和消防安全，必須嚴控噴漆作業工位空氣中的揮發性有機化合物（VOC）含量。有人操作的作業區VOC含量應維持在衛生許可濃度以內，自動作業區（無人區）VOC含量應維持在消防濃度以下（即可燃氣體爆炸下限濃度的25%以下）。結合本案例涂料及溶劑實際情況，無人區VOC含量應小于20 g/m3，人工操作區衛生許可濃度應小于200 mg/m3[2]。

為降低設備投資同時降低運行成本，特對本設計進行優化，引入循環風設計概念，送風排風采用1臺風機循環來達到室內截面風速的要求。

4.1 排風量計算

由于采用機器人自動噴漆，室內VOC濃度滿足防爆要求即可，可設置1臺廢氣排風機，通過補充新鮮風的方式來降低室內的溶劑濃度，噴漆室系統原理圖見圖1。

圖1 噴漆室系統原理圖

根據相關規范規定必須保證所噴溶劑濃度低于燃燒極限下限值（LFL）的25%，新鮮空氣量可通過以下公式計算：

式中，Qc為安全通風所需要的新鮮空氣量，m3/h；G為噴槍每小時帶入噴漆室的溶劑質量，g；α為溶劑蒸汽的爆炸下限計算值，g/m3，可取47.4 g/m3；4為保證溶劑蒸汽濃度低于爆炸下限值的25%的安全系數。

根據涂料廠家提供的資料，涂料中溶劑含量按照50%考慮，根據上述公式可算出新鮮空氣量小于2 000 m3/h。為了防止漆霧的外溢等綜合因素考慮，補風量按照4 000 m3/h考慮，空調加熱量及活性炭廢氣處理裝置處理量只需要按照補風量4 000 m3/h考慮即可。

4.2 循環風對投資及運行成本的影響

噴漆室節能減排主要體現在排風量的減少，所以，我們可以通過循環風對比全新風系統節約的風量來直觀地體現節約的能耗量(見表1)。

表1 循環風與全新風系統節能減排對比

由表1對比可得：

1）噴漆室在送排風總量方面可以節約37.6%；

2）活性炭廢氣處理風量可節約75.3%；

3）冬季天然氣加熱量可節約75.3%。

綜上所述，噴漆室送排風總量、活性炭廢氣處理風量以及冬季天然氣加熱量節約非常明顯，從而相應的能耗及投資成本也同比減少。可以發現，循環風系統的應用所產生的經濟效益非常顯著。

5 結語

隨著環保對排風要求越來越嚴格，涂裝線必須設置各種類型的廢氣處理裝置[3]，以本案為例，采用“活性炭吸附+在線脫附”的方式，每減少10 000 m3/h的排風量即可節約約10萬元的投資，全年運行節約電力約3.3×104kW·h，降低運行成本約2萬元。同時，活性炭使用數量減少，每年的耗材量及人工成本也會降低。隨著水性漆的普及應用，由于水性漆比溶劑型漆VOC揮發量大幅降低，排風量可以大幅降低，節能減排效果更加明顯。