天然气直燃燃烧器培训教材.doc

涂装设备培训教程烘干及冷却设备机械工业第四设计研究院2008年3月目录1 涂料组成及其作用31.1 涂料组成31.2 溶剂31.3 裂变产物31.4 结合剂41.5 颜料41.6 添加剂42 涂料的干燥过程42.1 涂料的固化方法42.2 涂料的固化过程72.3 涂料固化应具备的条件93 烘干设备简介93.1 烘干设备的分类93.2 确定烘房规格和配置的先决条件103.3 热源的选择103.4 烘干室的形状113.5 烘干室的断面结构113.6 烘干室的工作区123.7 烘干室内被涂物的加热方式123.8 烘干室供热系统方式133.9 集成式加热箱133.10 烘干室排废气系统153.11 烘干室新鲜空气补充方法153.12 烘干炉空气平衡163.13 烘干室对流区循环风量的选取原则183.14 废气处理方式183.15 烘干设备主要构件193.16 操作系统194 热风循环固化设备204.1 热风循环固化的机理204.2 热风循环固化的特点及适用范围204.3 热风循环固化设备的性能要求214.4 热风循环固化设备的主要结构214.5 热风循环固化设备使用注意事项295 远红外线辐射固化设备305.1 远红外线辐射固化的机理305.2 远红外线辐射固化的特点及适用范围315.3 影响辐射烘干的因素325.4 远红外线辐射对流固化设备335.5 紫外光固化设备336 废气处理346.1 各种废气处理方法及其特点346.2 直接燃烧法356.3 催化燃烧法366.4 活性炭吸附法397 强冷室417.1 用途417.2 工件在强冷室内的冷却时间417.3 强冷室的设置417.4 工件经过强制冷却后的表面温度417.5 强冷室组成417.6 强冷室的空气平衡427.7 强冷室的典型结构427.8 强冷室主要构件43441 涂料组成及其作用1.1 涂料组成涂料,一般包括挥发性和非挥发性成分。两种类型的成分都有其用途。在经过干燥和固化过程后，非挥发性成分保留在涂装物上，而挥发性成分释放到周围的空气中。挥发性成分包括溶剂和裂变产物。挥发性物质的比例取决于具体使用的涂装系统和应用状况。用于汽车工业的涂料大体上含有50-80%的溶剂（取决于具体的涂料类型）。填料包含大约50%的溶剂，面漆达80%，而清漆则在35-50%之间。 涂料配方挥发性成分 非挥发性成分溶剂 裂变产物 颜料 结合剂 添加剂1.2 溶剂首先，溶剂使涂料的应用成为可能。使用的溶剂类型影响或决定应用步骤。溶剂可以分成多种化学物质：烃类,水,酒精,醚/乙醇醚,酯。涂料在使用时开始散发溶剂。在烘房里的干燥过程中，溶剂的散发变得更明显。1.3 裂变产物结合剂成分经历一个交联（缩聚）过程，在此期间裂变产物释放。裂变产物也可以是热干燥/固化过程的结果。这些产物可以包括水、面漆酒精和甲醛。1.4 结合剂结合剂使应用的涂料结合并形成涂膜。就是该结合剂主要决定了涂膜属性的类型。涂膜特性根据涂料类型和组成可以有很大变化。因为结合剂，分布细致的颜料、填料和其他涂料成分在干燥和固化后形成紧密结合的涂层。在汽车涂装应用中，当前使用的厚度电泳浸涂（KTL）约为20-25m，填料约为25-30m，涂面漆约为10-15m，清漆约为35-45m。根据上面的定义，涂料中的树脂和增塑剂与结合剂群聚在一起。涂料系统中的树脂是固化干燥涂料的成分。增塑剂使涂料有足够的弹性，以致于移动所涂装的物体而不裂损。1.5 颜料颜料是具有体结构的无机和有机物质，它在使用的涂料结合剂和溶剂中保持不可溶。颜料决定了涂料的颜色,不同的颜料或颜料混和物用来获得需要的颜色。无机颜料包括碳酸钙、铁氧化物、钛氧化物、铝、铜、烟灰、石墨和其他东西。有机颜料可以是人工合成的，也可以是天然的物质。1.6 添加剂添加剂影响某些涂料属性，如流动或干燥特性。它们只少量地与涂料混和。添加剂的精确成分和使用的浓度通常是涂料制造商的商业秘密。2 涂料的干燥过程2.1 涂料的固化方法涂料的成膜过程就是涂层的固化过程，对溶剂型涂料俗称涂料的干燥。表2-1 涂料的固化方法固化方法分类固 化 方 法固化(干燥)自然干燥在常温状态下干燥，俗称自干或气干加热固化低温固化100以下烘干中温固化100150烘干高温固化150以上烘干照射固化紫外线固化紫外线照射电子束固化电子束照射2.1.1 自然干燥自然干燥只适合挥发型涂料、自干型涂料和触媒聚合型涂料。气温、湿度、风速对涂料的自干速度产生显著影响，一般是气温高、湿度低、通风条件好自干速度快、光照对涂料的自干也有利。温度越高溶剂的蒸汽压就高，溶剂的挥发速度就快，氧化、聚合等涂料固化反应的速度也随温度的升高而加快。因此涂料自干场所的气温增高有利于涂料的干燥。一般要求自干场所的气温在5以上。湿度高也就是空气中含水蒸汽多，水蒸汽对涂料中的溶剂挥发起抑制作用，另外湿度高时随着溶剂的挥发被涂物表面冷却，从而使空气中的水蒸汽冷凝容易造成涂层泛白。所以要求涂料自干场所的空气湿度要低，一般要求相对湿度不大于80%。通风有利于涂料中溶剂的挥发和溶剂蒸汽的排除，并能保证自干场所的安全。阳光中的紫外线对氧化聚合型涂料的自干有促进作用。必须指出，自然干燥并不是指被涂物在露天场所自然晾干。自然干燥同样需要采取一定的措施来确保施工符合环保、消防和劳动卫生的法规。2.1.2 加热固化加热固化包括强制干燥和加热烘干。强制干燥指加热能自然干燥的涂料，目的是缩短涂料的干燥时间提高涂层的性能。强制干燥一般采用低温固化，固化温度在60100左右，温度过高涂层容易起皱、起泡；加热烘干指加热只能在一定温度下固化的涂料，使其完全成膜。加热烘干所常用的温度一般在120以上。加热固化的烘干规范（温度和时间）取决于被烘干的涂料类型、被涂物的材质。l 硝基漆的烘干条件为6080，10min30min；l 醇酸树脂漆为90100，30min60min；l 丙烯酸树脂涂料为120140，20min40min；l 环氧粉末涂料为170190，20min30min；l 一般水性电泳涂料为170190，20min40min。必须注意：涂料固化技术要求中的“温度”指的是涂层表面温度或涂层底材的温度，而不是烘干环境温度。金属制品的烘干温度一般为80300；受热相对容易变形的塑料和木材的烘干温度一般为6080。相对工件而言,加热方式有：对流、辐射、电感应三种。l 对流加热是以热空气为媒介，将热对流给涂层和被涂物而加热。其优点是加热均匀、温度控制精度高，适合于高质量的涂层、形状和结构复杂的被涂物烘干，是涂层烘干的主要方式，但对流加热的升温速度相对较慢。l 辐射加热通常使用红外线、远红外线，它们从热源辐射出来呈电磁波在空气中传播，辐射到物体后直接吸收转换成热能，使底材和涂层同时加热，升温速度快、热效率高是其长处，但温度不易均匀。l 电感应加热是利用电感应作用，使电能转变为热能。被涂金属件放在通交流电300400Hz/s的线圈内，通过电磁感应使金属件受热，其特点是加热效率高，涂层干燥从基体下开始，使涂料中的溶剂完全散逸，但仅适合外形简单、规则的小金属件。2.1.3 照射固化照射固化法是指紫外线、电子束固化有机涂料成膜的新技术，紫外线固化技术的应用近期得到了较大的发展。2.1.4 紫外线固化当用特定波长的光照射含有光敏剂的光固化涂料的涂层时，光敏剂分解产生活性的游离基因，随即引发聚合反应，在短时间内使涂层固化成膜。因为通常采用波长为（300450）nm的紫外线，所以称为紫外线固化。一般生产线上使用高压水银灯和紫外线荧光灯。紫外线固化的特点是固化时间短（几十秒至几分钟），在常温下固化、装置价格相对较低。适合于加热容易变形的木材、塑料等材料的涂装，当然也适用于金属件的涂装。紫外线固化仅适合光固化专用涂料，而且只适合透明或易反射的颜料的涂料固化，目前使用较多的是紫外线光固化清漆。其缺点是：有照射盲点，只适合形状简单的被涂物固化。涂料的固化速度取决于照射的强度，增加光源的强度可缩短涂料的固化时间。2.1.5 电子束固化电子束固化的机理是用高能量的电子束照射，使被照射涂层的分子内产生活性基团，引发聚合反应而使涂层成膜。电子束固化的特点是：固化时间极短（几秒）、常温下固化、能固化到涂层底部，因此适合于木材、塑料、金属、纸、布和皮革的涂装，而且它可固化不透明的涂料。其缺点是：有照射盲点，只适合形状简单的被涂物固化；照射装置的价格高、安全管理严格。2.2 涂料的固化过程2.2.1 涂装作业中判定涂层的固化程度表2-2 涂层固化程度的区分名 程状态（干燥程度）触指干燥轻触涂层涂料不附手指不粘尘干燥干燥到不粘尘的程度表面干燥干燥到无粘尘的状态半硬干燥轻压涂层涂料不附手指全硬干燥强压涂层涂料不附手指打磨干燥干燥到可打磨状态完全干燥无缺陷的完全干燥状态2.2.2 涂层在烘干室内的固化过程在涂料干透和固化后，溶剂和裂变产物从涂料中蒸发,只有颜料和结合剂保留在表面。这些物质的晶界之间的结合由温度触发。干燥和固化过程需要固定的温度值。涂装的车身必须在烘房内在合适的温度下保持足够的时间。在此期间涂料固化，那就是说，它不再受外界影响了。涂层在烘干室内的整个固化过程中，工件涂层的温度随着时间的变化，通常分为升温、保温和冷却三个阶段，温度与时间的关系即涂层固化温度曲线如图所示。图2-1 涂层固化温度曲线1工作温度 2烘干室空气温度3溶剂挥发率涂层从室温升至所要求的烘干温度为升温阶段，所需的时间为升温时间。在这段时间里，需要用大量的热量来加热工件，而大部分溶剂在此段迅速挥发，因此需要在此段加强通风，排除溶剂蒸汽和补充新鲜空气。升温时间根据涂料溶剂沸点进行选择。沸点高，升温时间宜短（即升温速度较快）以加速溶剂的挥发。但升温速度过快，溶剂挥发不均匀，涂层可能出现不平整等缺陷。当然，升温时间放长，涂层溶剂慢慢地挥发，涂层质量好，但生产率降低，运行成本增加；涂料溶剂沸点低，升温时间宜长，这样可以防止溶剂沸腾造成涂层的缺陷。一般涂层内90%的溶剂在（510）min内逸出，因此升温时间一般在（510）min内选择。涂层达到所要求的烘干温度后，延续的时间称为保温阶段，所需要的时间为保温时间（即烘干时间）。在这阶段时间里，主要是使涂层起化学作用而成膜，但也有少量溶剂蒸发，所以不但需要热量，还需要新鲜空气。但热量和新鲜空气的需要量都比升温段少。保温时间的长短根据涂层材料、涂层质量要求和烘干方法等因素选择，具体数据可参考涂料供应商提供的资料，也可以通过实验确定。涂层温度从烘干温度开始下降，这段时间称为烘干室的冷却时间，一般指烘干室的出口段区域。工件离开烘干室时的温度一般只比烘干温度降低几十度，对于工件烘干后马上就要喷漆的情况（一般要求工件温度不超过40），烘干室后需要设置强制冷却室。2.2.3 被涂物的烘干温度曲线涂料的精确温度只能在涂装的物体上测量。要完成此直接测量，“Datapaq”测量仪器随着车身通过烘房。Datapaq包括一个隔热的记录装置和附在车身上的6到8个传感器。这些传感器将温度传输到记录装置。一旦测量仪器通过烘房，计算机数据测定可以完成，并且绘制出一张曲线图（烘房曲线）。薄金属板和顶部需要的加热时间相对较少，而门槛、车底和柱件需要的加热时间较多。2.3 涂料固化应具备的条件l 固化场所必须满足环保、消防和劳动卫生的法规。l 涂层固化前已经充分流平。l 固化场所的温度、湿度必须符合涂料的固化技术要求。l 固化场所应清洁、无灰尘。3 烘干设备简述3.1 烘干设备的分类涂装过程中，固化工艺和设备占有重要的地位。前处理后的脱水干燥，湿打磨涂层后的水分干燥、涂层的加热固化等都要用到固化（或烘干）设备。如果对各种涂料的温度和烘干时间掌握不准确，就不能使涂层性能得到充分地发挥。由于涂层的固化在涂装过程中占比较长的时间，一般也是涂装生产线耗能的最主要工序，因此涂层的固化过程对产品的质量和成本有很大的影响。固化设备必须向高效率、低耗能、少污染的方向发展。固化设备的分类如下:3.1.1 按形状分类可分为通过式烘干室和间歇式烘干室。连续通过式烘干室分为直通式和桥式两种。通过式烘干室可以是单行程或多行程式，其出入口端的结构也不尽相同。连续式烘干室通常与前处理设备、涂漆设备、冷却设备、机械化输送设备等一起组成涂装生产流水线。间歇式烘干室一般适用于非流水线涂装作业。3.1.2 按热源分类烘干室常用的热源有：l 蒸汽l 电能l 气体燃料（城市煤气、液化气、天然气等）l 液体燃料（煤油、柴油）l 热油3.1.3 按加热方式分类辐射式烘干室 用辐射方式来加热被涂物，如远红外线烘干室、紫外线烘干室。对流式烘干室 用热源产生的燃烧气体或加热后的高温空气在烘干室内循环，使被涂物对流受热。对流式烘干室还可分为直接燃烧加热型和使用热交换器的间接加热两种。烘干设备可根据工件固化质量要求,结合多种加热方式使用。3.1.4 按用途分类根据烘干室在涂装过程中的使用目的，以它们的用途名称进行分类。例如：脱水烘干室、底漆烘干室、PVC烘干室等。3.2 确定烘房规格和配置的先决条件烘房中最重要的设定值由与过程有关的因素决定：干燥温度、干燥周期、溶剂和裂变产物的散发;同时,工件的外形尺寸和机械化输送方式,要求充分考虑工件在烘房内的通过性。这些设定值用于计算烘房长度、确定烘房的断面结构,计算排风和新鲜空气量,加热系统热负荷额定值。3.3 热源的选择固化设备可选择的能源种类较多。常用的热源有蒸汽、电能、柴油、城市煤气、天然气、液化气、导热油等。热源的选择受需要固化涂料的温度、涂层的质量要求、当地的能源政策及综合经济效果等因素的限制。表3-1 常用热源的使用范围热 源种 类常用的固化温度/适 用 范 围主 要 特 点蒸汽100脱水烘干、预热、自干和低温烘干型涂料的固化可靠的使用温度90。热源的运行成本较低，系统控制简单燃气220直接燃烧适用于装饰性要求不高的涂层；间接加热适用于大多数涂料的固化热源的运行成本较低，但系统的投资相对较高。系统控制及管理要求较高燃油220直接燃烧适用于装饰性要求不高的涂层；间接加热适用于大多数涂料的固化热源的运行成本较低、但系统的投资相对较高。系统控制及管理要求较高电能220适用于大多数涂料的固化运行环境清洁，控制精度高。运行成本相对较高热油200适用于大多数涂料的固化使用不普遍，运行成本较低。系统投资较高，系统控制及管理要求较高3.4 烘干室的形状烘干室形状的确定在满足工艺布局需要的前提下，应尽可能考虑节省能耗、缩小烘干室有效烘干区的温差、减少占地面积、节约设备的用材、方便设备的安装运输及设备将来改造扩建的可能性。3.5 烘干室的断面结构断面结构,取决于:l 工件的输送方式和机械化尺寸。l 工件在烘道内的通过性。l 烘干室内部风箱的布置方式。l 热空气在烘道内的流动方式。其影响因素包括辐射区辐射传热面位置,对流区热空气送、回风口的位置,排废气系统抽气口位置等。l 烘房内的排废气方式等。断面结构的合理性直接影响工件的干燥质量,影响烘干室的气流平衡;同时,关系到烘干设备的投资,运行时的能源消耗指标。3.6 烘干室的工作区根据被涂工件的烘干温度曲线,工件温度由室温升到工艺温度这段区域,通常称为升温区,时间为1015min;工件表面温度到达工艺温度后,需要一段保温时间,一般为1520min;精确的保温时间是由涂料制造商指定的。对于JPH较高的生产线,连续式烘干室在其有效长度区域内一般分成多个工作区。烘干室在划分工作区时,需要综合考虑加热箱热容量(燃烧设备尺寸),风量(风机型号,循环空气过滤器安装尺寸)和烘房内的送风均匀性等因素。一般情况,单区为辐射时长度不得超过18m,对流区长度不得超过35m。因而,升温区和保温区都可以由多个工作区组成。3.7 烘干室内被涂物的加热方式一般来说，相对于被涂物,在汽车涂装应用中有两种加热方式：辐射和对流。辐射一般用于升温区,对流用于保温区。3.7.1 辐射方式辐射换热方式主要用于加热区域,其能量来源可以是一个暗辐射，或者是采用红外线辐射灯。这两种情况都是通过纯热辐射进行能量传送。在暗辐射区域，来自废气热处理净化装置或辐射加热箱的热空气通过在烘房内部侧面的密闭风箱输送,热空气温度在300左右。辐射风箱辐射出的能量传送到汽车车身。在此区域没有空气循环，热空气和车身之间没有任何直接接触。采用红外线辐射灯时,其发出红外光谱中的短波光束。此光束迅速地加热车身表面。优点：通过辐射换热减少扬尘的风险，因此在必需无尘环境时尤其适合。缺点：这种干燥方法需要大量的能量。它也总是伴有过热的风险。在这种情况下，涂料过热并脱色。光在红外线范围内散发，因此对人眼来说是不可见的。3.7.2 对流方式对流方式是指被涂工件通过与其周围的热空气循环换热而被加热。在此过程中，干净的空气通过热交换器被加热，并由离心风机送入烘房内部。热空气在烘道内与工件对流换热,然后被抽出，并送回加热箱。故称此处的空气也被称为循环空气。在此过程中，循环空气在加热箱中被加热到所需的温度，当该空气在车身周围循环流动时释放能量。优点：快速、均匀地加热具有复杂几何结构部件。由于能量的直接传送，所以非常经济。过热的风险降低。缺点：由于空气的运动及热载体和汽车车身之间的直接接触，有污染的风险。空气必须过滤，烘房必须完全无尘。3.8 烘干室供热系统方式烘干室选用电,导热油或蒸汽等作热源时,一般采用独立供热装置分区供热, 每区具有各自独立的自动化控制,并有序构成烘干室整体自动化控制系统。柴油或燃气(天然气,LPG)作为热源时,烘干室供热有两种方式:集中供热系统或单区燃烧器独立供热。单区域采用燃烧器的烘干炉的设计应确保在1小时内从一次冷态起动达到操作温度；由中央热源集中供热,并分区加热的烘干炉设计应确保在2小时内从一次冷态起动达到操作温度。 3.9 集成式加热箱烘干室供热设备一般制作成集成式的单元体,在其制造厂进行组装和测试并整体或分块运到施工现场安装。加热箱单元使用一个整体结构的底座,底座为风机、电机和驱动等构件提供必要的支撑。加热箱一般按加热空气介质的方式分为直接加热和间接加热两种形式。3.9.1 直燃式加热箱a 直燃式加热箱的两种用途l 用于采用直接加热方式的烘干室。一般直接加热烘干室是将燃油或燃气在燃烧室燃烧时所生成的高温空气送往混合室，在混合室内燃烧产生的高温烟气与来自烘干室内的循环空气直接混合，混合空气由循环风机送往烘干室加热工件涂层使之固化。直接加热的烘干室结构简单、热损失小、投资少并能获得较高的温度，但是燃烧生成的高温空气，往往带有烟尘，如除尘不尽很容易污染工件涂层。直接加热的热风循环烘干室仅适用于质量不高的涂层固化，如脱水烘干、腻子固化等。当燃气作为热源时,燃烧器的燃料燃烧充分,电泳烘干室可采用直燃方式,一方面加热装置具有很高的热效率;另一方面,产生的热空气还有利于工件的固化。l 作为烘干室的辐射区热源(暗箱辐射)混合后的热空气(温度在300左右),在烘房内部侧面的密闭风箱内输送。风箱辐射出的能量传送到汽车车身。在此区域，热空气和车身之间没有任何直接接触。b 直燃式加热箱组成直燃式加热箱包含保温箱体（设有维修门）、高温燃烧区(桶)、燃烧器和阀组、离心风机、空气过滤段(仅用于采用直燃方式的烘干室;作辐射区热源时,不需要循环空气过滤器)、新鲜空气补充口(包括预热结构) 、电控和所有其它必要的部件，形成一个完整的单元。3.9.2 间接式加热箱间接式加热箱,其组成包括保温箱体（设有维修门）、加热段、耐高温空气过滤器、 嵌入式离心风机及监测构件等。所选风机叶轮为插入式结构，整体耐高温，低噪音，系统配有风压开关；其加热段根据热源的不同，设计有导热油散热器、电加热器、燃油或燃气燃烧室和高温烟气换热器(对采用中心热源集中供热的烘干室,仅配置高温烟气换热器和温度调节电动阀)；在过滤段上，装有耐高温、中效过滤器，配有压差计。间接加热烘干室是利用热源在空气加热器内加热空气，加热后的空气通过循环风机在烘干室内进行循环，通过对流换热方式加热工件涂层。间接加热的热风循环烘干室相对直接加热的热风循环烘干室，其热效率较低、设备投资较高，但是其热空气比较清洁，适合表面质量要求较高的涂层固化，在汽车、摩托车领域应用最为广泛。近年来，随着市场对涂层质量要求的提高，间接加热热风循环烘干室的占有率正在迅速提高。3.9.3 加热箱的性能和结构特点l 室体应为双层墙结构，型钢之间完全焊接，墙内铺保温层。在保证室体整体强度的情况下，支撑内部衬里的支撑梁应使用最小的金属支架，以减少金属热传导。保温材料采取两层或多层搭缝交错铺设，并用钉固定。l 90%的外壁温度不能超过周围环境10C，所有外壁的任何位置温度不能超过60。l 取压管道、热电偶、燃烧器等在室体上的开孔应密封。 l 室体应有维修门，其尺寸应能满足风机叶片移出。加热装置室体维修门应设置在循环风机的负压侧。 其构造使用的材料应和加热装置室体的材料一样。内部正压的维修门开门方向应为向里侧开，且使用双层垫片和凸轮式门锁。l 间接加热装置的运行热效率应达到80%或以上。l 热交换器的尺寸应设计为一小时升温时间且其热负荷应最低有25%的余量。热交换器的使用寿命应该和烘房的使用寿命相同。热交换器的设计应避免烟气冷凝。l 每一个热交换器设计的表面换热面积用平方英尺来表示。如果全部换热系数“U”大于5.7W/m2C(6 BTU/ft2Fhr)。l 热交换器的压降（在正常使用的空气流量和温度下）不能超过每侧0.37kPa(1.5英寸水柱)l 热交换器焊接封装以分隔气流。l 热交换器能够清洗或修理更换。l 每侧热交换器的出口和入口,提供压力和温度检测点。 3.10 烘干室排废气系统汽车车身在烘干过程中，烘干室排放出含有VOC的废气。按环保要求，废气不能直接排放到大气中，必须送入废气处理设备处理,达到国家和当地环保要求后才能排放。考率到安全,烘干室一般设有独立的排废气系统,包括专用的离心风机和管路,对其排气量也有严格的规定,电控方面也设有完善的保护。排气量的确定满足两方面要求:一方面应大于按工件带入烘干室的最大溶剂量和爆炸下限计算出的安全排气量;另一方面,满足考虑烘房内空气洁净度要求而设定的新鲜空气率指标。实际操作中,按新鲜空气率指标选取抽废气量,其值远大于按溶剂挥发安全指标确定的排气量。3.11 烘干室新鲜空气补充方法从烘干室抽出的废气量由新鲜空气量补充。新鲜空气由加热箱上预置的新鲜空气入口补入,补入的空气量由手动阀门调节;或,设有专用的新鲜空气加热箱,干净的温度可控的热空气从烘房出,入口补入。3.12 烘干炉空气平衡a 烘干室烘道内的空气平衡非常重要,一方面要保证各工作区的换气,保证其空气的洁净度,调节各区热空气的均匀性;另一方面,要求烘干室处于微负压状态下运行,防止烘道进出口端冒热气,影响周围环境;最重要的是,保证烘干室运行的安全。所以,与烘干室排气系统相关的构件必须保证其正常工作,在自动化控制方面设置了相应的检测手段,操作人员尤其应定期巡检。b 烘干室空气平衡依据l 烘干室空气平衡:进入烘道内的空气总质量(包括新鲜空气,燃烧空气,燃烧产物和经炉子开口渗入的空气)=烘道排出空气的总质量。l “新鲜空气”不包括经燃烧器助燃风机引入的,或炉子开口渗入的空气;l 新鲜空气率表:烘干室名称新鲜空气率数据电泳烘干室25%中涂烘干室20%面漆烘干室18%说明:烘干室有效净体积:烘道有效长度部分的腔体体积减去室内风管的体积;新鲜空气率=每分钟进入烘干室的新鲜空气总量/烘干室有效净体积l 烘干炉空气平衡（新鲜空气量和排废气量的平衡）计算按照标准状态，在选择排废气风机时,其风量和风压等参数按照工作时的空气状态来选型。烘干室要求处于微负压状态下运行。l 烘干室新鲜空气供给满足15min成烘道四次换气,预点火吹扫。c 平衡空气的检测在设计烘房时，要考虑的最重要因素之一是达到烘房内的空气平衡。必须确保供风量和排风量相等。空气的流量可以用叶轮或普朗特管来确定。在此过程期间，把温度补偿系数考虑在内是很重要的。暖空气的密度与冷空气不同。为此，在测量空气数量时，也需要记录温度。管道装有孔用于测量。在正常操作期间，这些孔密封并隐藏在热气体管路中。因此当需要进行测量时，必须先拧松隔热管堵并打开孔。要在圆形管道中用普朗特管测量空气流量，遵循下列指南。管道直径的测量：D= m温度的测量： t= 计算绝对温度： T=t+273= K用普朗特管测量空气压力。在测量空气压力时，必须注意正确的度量单位。许多测量仪器以mbar作为测量值的单位。然而此公式需要的数值单位是daPa。计算单位转换如下：1mbar=10mmWC=100Pa=10daPa现在可以用下列公式计算空气的流量。体积 VN=183640.8 VN= m3/h注意：此公式只能用于圆形管道。在新鲜空气入口测量新鲜空气也可以直接在过滤器箱测量。首先用叶轮测量抽入的空气速度；然后计算表面上的体积。要改善精确性，应该至少进行816次测量。测量风速：v=（v1+v2+vn）/mm/s计算进风的尺寸：a= m b= m体积： V=v3600ab = m3/h对于需要的值可以参见图。计算的新鲜空气数量总是略微少于排风，因为有来自周围的空气在入口和出口进入烘房。这些空气数量无法确定；主要取决于车间和邻近喷漆房的外部状况。d 空气平衡故障l 过量的废气因为过量的能源减小，烘房中的温度没有达到设定值。l 气封空气供应不充分在测量烘房曲线时，加热过程时间太长，或者汽车车身温度下降太快，尤其是底部周围。向外压力在烘房中逐步形成。喷漆房中的温度明显太高。暖空气在烘房外部冷却，冷凝现象产生。l 气封空气供应过量烘房中空气数量太多。烘房脉动。暖空气波可以在入口和出口附近明显感到。暖空气在烘房外部冷却，冷凝液形成。3.13 烘干室对流区循环风量的选取原则l 根据工件的特点(不同部位的重量,车窗和门的位置,外壳和内部等情况)和机械化输送方式,考虑送风方式和出风口的布置位置。l 考虑到保证烘干室的温度均匀性,要求工作状态下循环空气具有一定的换气次数。l 出风口要求满足一定的风速,保证对流换热效率。l 考虑加热装置进出口的温差限制,以保证换热器的正常使用和安全寿命。3.14 废气处理方式烘干室的废气来源主要包括以下三部分：l 含前两道（喷漆、晾干）工序未挥发的残留有机溶剂l 含有固化过程中的热分解产物和反应生成物l 油、气体作热源时，排气中还含有燃料产生气体（SO2等）由于烘干室排出的废气对人体和环境可造成危害，需要进行处理，以达到国家环保排放要求。净化废气方法有多种，应根据污染源种类、规模的不同，选择技术上可行和经济效果最佳的废气处理方法。具有代表性的有直接燃烧法、催化燃烧法和活性碳吸附法等。3.15 烘干设备主要构件l 加热器,例如:电加热器,燃烧器和阀门组合,蒸汽换热器和温度控制阀,导热油换热器和管路系统等l 离心风机l 循环空气过滤器和新风过滤器l 手动或电动风阀l 流量孔板l 压差表l 压差开关l 热电偶3.16 操作系统a 启动烘房操作可以按自动操作模式或人工操作模式进行,正常生产采用自动方式。对于自动操作模式或人工操作模式,重要设备的接通/断开操作顺序是电气锁定的（出于安全原因）。当自动操作时，系统分若干步骤起动。不同的步骤用一个时间继电器一个接一个地被激活。操作方法是拨动控制面板上的钥匙开关。手动操作只适合于分别控制单个系统，即用于修理和维护操作。在系统运行时，如果操作模式从“Automatic（“自动”）切换到“Manual”（“手动”），烘房将保持以自动模式运行，除非做了某一改变。如果单个控制回路人工接通或断开，只有此控制回路将被从自动程序中排除。在操作规程中,先启动新鲜空气风机，然后是烘干室排风机，接着各工作区加热箱中的离心风机。如果人工操作系统，联锁装置可以用于单独启动部件。例如，应始终在新鲜空气通风装置后启动排风装置。冷却区域在烘房启动同时启动。用人工操作模式，以后也可以启动。然而，有扰乱烘房中空气平衡和温度的风险。b 停止当烘房停止时，所有风机(尤其是排气风机)至少继续运行一个小时。烘干室排气风机可把仍留在烘房里的任何有毒气体排净。同时,对于离心风机，这样做可防止轴承过热。c 简化操作当生产停止时，烘房温度将降低到第二值。此值通过控制系统输入。从此值回到设置的操作温度可以只要几分钟。减化操作是为了节省能量。在自动模式下，第二值在烘房空时设置，以后30分钟没有车身进入烘房。d 进入停止在故障情况下，自动停止进入烘房,即不再有汽车车身进入烘房。然而，已经在烘房中的汽车车身则从烘房运出。如果汽车车身留在烘房，会导致涂料过热和损坏。如果温度下降约5，立即锁定入口，确保干燥只在安全的温度范围内进行。4 热风循环固化设备4.1 热风循环固化的机理流体流过固体壁面情况下所发生的热量传递称为对流换热。对流传热过程既包括流体位移所产生的对流作用，同时也包括分子之间的传导作用，是一个非常复杂的传热现象。热风循环固化是应用对流传热的原理对工件涂层进行加热固化的方法。它利用热空气作为载热体，通过对流的方式将热量传递给工件涂层，使涂层得到固化。4.2 热风循环固化的特点及适用范围a 热风循环固化相对其它固化方法，具有以下特点：l 热风循环烘干加热均匀，可有效保障涂层质量的一致性。l 固化温度的范围较大，能满足大部分涂料固化的要求。l 设备使用管理和维护比较方便。l 设备结构庞大，占地面积大。l 对防尘的要求较高。b 热风循环固化设备的适用范围热风循环固化是工件涂层固化技术中使用最广泛的方式，它适合各种尺寸、各种不同形状和各种不同颜色涂层的固化。特别适合形状复杂的工件、不同颜色的涂料涂层的固化。使用蒸汽作为热源时，适合温度在100以下的涂层烘干；使用燃气、燃油或电能作为热源时，适合各种烘干温度的涂层固化。4.3 热风循环固化设备的性能要求a 烘干室内有效烘干区的温差要求均匀应遵循被烘干物的温度-时间曲线;被烘干物的温度分布均匀；避免烘干过程中产生的分解物冷凝。b 烘干室的升温时间合理烘干室的升温时间应首先按照烘干室加热器运行功率进行选择，兼顾实际生产的需要和操作工人的作息安排。c 尽可能减少烘干室不必要的热量损耗d 保证烘干室内换气充分为确保烘干室的安全性，烘干设备内的溶剂蒸汽浓度不允许超过一定极限值（不超过该溶剂爆炸下限质量分数的25%），为此必须保证换气充分。e 烘干室内循环热空气必须清洁应选择耐高温（一般250以下）的过滤器，过滤器的过滤精度可根据涂层的要求确定。正确安排过滤器的位置，方便过滤器的维护和过滤材料的更换。合理选择循环风管和烘干室内壁的材料或涂层，镀锌钢板是比较可靠理想的材料，其经济性也较好。f 必须满足消防、环保和劳动卫生法规应根据单位时间进入烘干室的溶剂内容（种类、数量）确定烘干室的通风量，以确保烘干室的安全运行。溶剂型涂料的固化，烘干室运行时会排放含有大量的有机溶剂的废气，因此这类烘干室的排放空气须经过废气处理后才能排空。必须确保设备的整体设计使工人操作区的噪声符合规定。减少风机的震动、隔断风机与循环风管间的硬联结及选择低转速和耐高温的风机都是切实可行的方法。4.4 热风循环固化设备的主要结构烘干室由室体（或通道）、通道进、出口段、热风加热系统、废气处理装置、底座（或平台）和温度控制系统等组成。图4-1 热风循环烘干室结构组成示意图1空气幕送风墙 2空气幕风机 3空气幕吸风管4循环回风管道 5空气过滤器 6循环风机7空气加热器 8循环送风管 9室体10悬挂输送机4.4.1 室体(烘道）室体通道采用自承重结构，其内钢板接缝处为全满焊，以构成全密封的内部结构。室体预制成块，然后拼装而成。室体分块联接处设有膨胀节，以解决内部钢板受热膨胀。室体绝热采用高密度的岩棉材料。室体外包彩色波纹板；室体内外钢结构通过开槽钢板进行活连接，既能最大限度的补偿室体内外温差不同时的膨胀量差异，又使热量散失减少到最低限度。4.4.2 烘道进口段和出口段为防止工作过程中室体内热空气外逸和冷空气进入室体,根据不同的炉型，烘干室在进口段和出口段可设置门或风幕系统。通常，风幕系统由离心风机,循环空气过滤器，送风管和回风管组成,送风管上装有送风口(其长短,宽窄,角度均可调整),回风管上开有回风口(大小可调).离心风机把风送入送风管,从送风口以一定的角度高速吹出形成风帘,再由回风口进入回风管,经过循环空气过滤器过滤后进入离心风机开始下一次循环。对于产量较大的轿车生产线，烘干设备采用废气焚烧炉供热，其烘道进口段和出口段设置热气封管道。热气封由安装在进口段和出口段的热气管道组成，热气管中装有空气过滤器。新鲜空气间接加热到设定温度后，再从气封段特定位置吹出，并与进入烘干室的冷空气混合。由于混合温度经过仔细计算，可有效防止结露，以满足设定的金属温度。由于烘干室内维持微负压，防止了热空气外溢，可保证与其衔接的强冷室或晾干室的工作环境。4.4.3 加热系统热风循环烘干室的加热系统是加热空气的装置，它能把进入烘干室内的空气加热至一定的温度范围，通过加热系统的风机将热空气引入烘干室内，并在烘干室的有效加热区形成热空气环流，连续地加热工件，使涂层得到固化干燥。为了保证烘干室内的溶剂蒸汽浓度处于安全范围内，烘干室需要排除一部分含有溶剂蒸汽的热空气，同时需要吸入一部分新鲜空气予以补充。热风循环烘干室有直接加热和间接加热两种加热系统。为了满足热风循环烘干室各区段的热风量的不同需要，可设置多个不同风量的互相独立的加热系统，也可仅设置一个加热系统。在热风循环烘干室的升温段中，工件从室温升到烘干温度需要大量热量加热工件，而且大部分溶剂蒸汽在此段迅速挥发，要求较快地排出含有溶剂蒸汽的空气，因此这个区段要求加热系统能供给较大的热风量。在烘干室的保温段，涂层主要起氧化和聚合作用而形成固态薄膜，同时也有少量溶剂蒸发，因此不但需要热量，而且还需要新鲜空气，但此区段所需要的热量比升温区段要少。热风循环烘干室的加热系统，应根据室内各区段的不同要求，合理地分配热量。加热系统一般由空气加热器、空气过滤器、风机、调节阀、风管等部件组成。a 风管（室内风管）加热系统的风管引导热空气在烘干室内进行热风循环，将热量传给工件。风管由送风管和回风管组成。经过加热器的空气经送风口进入烘干室内，与工件和烘干室内的空气进行热量交换后由回风口回到加热器，这样必定引起烘干室内空气的流动，形成某种形式的气流型和速度场。送回风口的位置应能保证热空气在烘干室内形成合理的气流组织，使烘干室内有效烘干区温度均匀。送风口的开设应考虑到烘干室内有效烘干区的控制温差、送风口的安装位置、有效烘干区的最大允许送风速度和气流射程长度。回风口设有调节板,可调节风量与风速,使炉内温度均一致。表4-1.送、回风管各种布置方式的特点送回风管布置方式布 置 位 置特 点适 用 范 围下送上回式送风管沿烘干室底部设置，送风口一般设在工件下部。回风管利用烘干室上部空余空间设置。利用热空白民升力，送风风速低，送风温差较小。送风经济性好，气流组织合理，工件加热较均匀。烘干室内不易起灰，可保障涂层质量。须占用烘干室底部大量空间，烘干室体积相对较大。 工件悬挂式输送，涂层质量要求较高，桥式烘干室更适用。侧送侧回式单行程烘干室送回风管沿保温护板设置；多行程烘干室送回风管沿保温护板和工件运行中间空间布置。 送风经济性好，工件加热较均匀。烘干室内不易起灰，可保障涂层质量。气流组织设计要求较高。 涂层质量要求较高，多行程烘干室可使其体积设计得相对较小，因此更适用。上送上回式送回风管均设在烘干室上部，送风口侧对工件送风。一般送风风速较高，射程长，卷入的空气量大，温度衰减大，送风温差也大。 一般是为了利用烘干室的空余空间，因此烘干室体积相对较小，热损耗较小，但风机能耗较大。送风风速较高以防止气流短路，烘干室内容易起灰。 因各种原因不能在烘干室下部布置风管的场合。桥式烘干室应用较少。b 空气过滤器烘干室空气中的尘埃不仅直接影响涂层的表面质量，而且还会影响烘干室内壁的清洁及恶化加热器的传热效果。补充新鲜空气的取风口位置应设在烘干室外空气清洁的地方，使吸入的新鲜空气含尘量较少。热风循环烘干室主要使用的是干式纤维过滤器。干式纤维过滤器由内外两层不锈钢（或铝合金）网和中间的玻璃纤维或特殊阻燃滤料制成的滤布组成，滤布的特点是由细微的纤维紧密地错综排列，形成一个具有无数网眼的稠密的过滤层，通过接触阻留作用、撞击作用、扩散作用、重力作用及静电作用进行滤尘。干式纤维过滤器的过滤精度较可靠，而且市场上也有产品供应，应该是首选设备。c 空气加热器空气加热器是用来加热烘干室内的循环空气和烘干室外补充的新鲜空气的混合空气，使进入烘干室内的混合气体保持在一定的工作温度范围内。空气加热器按其所采用热媒的不同可以分为燃烧式空气加热器、蒸汽（或热水）式空气加热器以及电热式空气加热器等。l 燃烧式加热器燃烧式空气加热器分为直接加热式和间接加热式两种。直接加热式空气加热器通常称作燃烧室,是将燃气或燃油通过燃烧器（烧嘴）在燃烧室内燃烧，然后把燃料燃烧生成物和热空气的混合气体送入烘干室加热工件涂层。这种加热器的优点是热效率高，缺点是热量不易调节，占地面积大，明火也不够安全。另外，混合热空气所含的烟尘较多影响过滤器的质量要求高的涂层烘干。间接加热式空气加热器是热源通过热交换器加热烘干室的循环空气。这种空气加热器的特点是安全，热空气清洁，热量容易调节，占地面积相对较小，但热效率相对直接加热式空气加热器要低一些。通常认为间接加热式空气加热器的效率是直接加热式空气加热器的70%80%左右。一般直接加热式空气加热器用于腻子或有后处理的底漆烘干室，间接加热式空气加热器可以用于面漆及罩光漆的烘干室。燃烧式加热器燃料供给系统必须设置紧急切断阀。直接加热式空气加热器，烘干室的空气循环系统的体积流量应大于加热系统燃烧产物体积流量的10倍。燃烧式加热器如使用直接点火装置，燃烧室应该安装火焰监测器，在意外熄火时可自动关闭燃料供给。图4-2 直接加热式空气加热器1喷嘴 2新鲜空气入口 3排气管 4混合室5燃烧室 6循环空气 7循环空气出口图4-3 间接加热式空气加热器1喷嘴 2循环空气出口3排气管 4燃烧室5循环空气入口 6热交换器l 蒸汽（或热油）式空气加热器蒸汽（或热油）空气加热器是利用蒸汽或热水通过换热器加热空气的装置。这类加热器中肋片式换热器得到了广泛的应用。空气换热器一般垂直安装，也可以水平安装或倾斜安装。但对于蒸汽做热媒的空气加热器，为了便于排除凝结水，水平安装时应考虑一定的坡度。在热媒的管路上应有截止阀以便调节或关断换热器，在回水管上还应安装疏水器。疏水器的连接管上应有截止阀和旁通管以利于运行中的维修。为了保证换热器的正常工作，在水管的最高点要设排空气装置，而在最低点要设泄水和排污阀门。l 电热式空气加热器电热式空气加热器是利用电能加热空气的装置，它具有加热均匀、热量稳定、效率高、结构紧凑和控制方便等优点，因此在热风循环烘干室中应用较广。电热空气加热器有两种基本的电热元件（换热器），一种是裸线式，另外一种是管式。裸线式是由裸电阻丝构成。这种电加热器的外壳是由中间填充保温和绝缘材料的双层钢板组成，在钢板上安装固定电阻丝的陶瓷（或其它耐高温的）绝缘子。电阻丝的排数多少根据设计需要决定。在定型产品中，常把电加热器做成抽屉式，使维护、检修比较方便。裸线式电加热器热惰性小、加热迅速、结构简单，但容易断丝露电，安全性差。所以，在使用时必须有可靠的接地装置，并与循环风机联琐运行，以免造成事故。管式电加热器是由管状电热元件组成。这种电热元件是将电阻丝装在特制的金属套管中，中间填充导热性好但不导电的材料，如结晶氧化镁等。电阻丝两端有钢质引出棒伸出管外，用来接通电源。当电流通过电阻丝时电阻丝产生热量，均匀地加热通过电热元件表面的空气。电热元件在电热空气加热器中均为错列布置。为了控制方便，加热器的电热元件可分为常开组、调节组和补偿组。常开组的安装功率一般是加热器设计功率的50%70%；调节组的作用是通过接触器或可控硅精确控制烘干室的温度；在多种烘干温度的烘干室加热器中需