水性漆汽車涂裝車間噴房熱閃干區余熱回收系統改造項目探究

賴毅，莫軍，韋金溫（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州，545616）

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水性漆汽車涂裝車間噴房熱閃干區余熱回收系統改造項目探究

賴毅，莫軍，韋金溫
（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州，545616）

為了降低天然氣的使用量和實現熱量重復利用，達到節能降耗的目的，本文以余熱回收系統的技術改造為基礎，介紹了水性漆熱閃干系統工作原理，研究分析了水性漆熱閃干系統余熱回收可行性；并從項目設計、安裝調試、數據跟蹤分析等方面進行了闡述，總結了該噴房熱閃干區余熱回收系統的作用和不足。為同行相關改進項目提供了參考作用。

水性漆；噴房熱閃干；余熱回收；可行性研究

引言

隨著汽車制造企業環境保護意識的提高，水性漆工藝已逐步替代傳統溶劑型涂料，成為汽車涂裝的主流工藝。水性漆涂料與傳統的溶劑型涂料在施工工藝上存在較大差異，這是由于水和有機溶劑的物理特性的差異所引起。水性漆與溶劑型漆施工固體份含量相當，但溶劑揮發性能好，可以通過自然閃干來達到濕碰濕的工藝要求。而水的揮發性差，且表面張力較溶劑大，這就決定了水性漆必須在有限的閃干時間內，通過加熱的工藝方式提高閃干效率，達到涂層質量的要求。

熱閃干系統是目前汽車水性漆涂裝生產線一個常規的烘干設備，也是較溶劑型漆涂裝生產線特有的耗能設備。熱閃干系統在消耗大量天然氣的同時，也會產生大量的高溫煙氣排放到大氣中，造成熱能的極大浪費。尋找熱閃干系統余熱回收能夠減少天然氣耗量，進一步降低車間運行成本［1］。

1　水性漆熱閃干系統工作原理

本文所研究的汽車涂裝車間面漆噴房有兩條生產線（A/B線）。該水性漆熱閃干系統由新鮮空氣加熱箱（1#）和第二區間接加熱箱（2#）組成。

新鮮空氣加熱箱和其內部風管構成獨立的高溫熱風系統。新鮮空氣進入加熱箱后，先經過表冷器冷卻除濕至18℃，再與天然氣燃燒產生的高溫煙氣間接換熱至67℃；熱空氣由離心風機送入烘道內的送風箱。經過濾后，由高速噴嘴以一定的速度送入烘道內部，與工件對流換熱。各工作區的加熱箱和其內部送回風管構成獨立的熱風循環系統。循環空氣進入第二區間加熱箱，與N天然氣燃燒產生的高溫煙氣間接換熱；熱空氣由離心風機送入烘道內的送風箱，經高速噴嘴以一定的速度送入烘道內部；熱空氣在烘道內與工件對流換熱，換熱后的空氣由烘道內的回風箱回到加熱箱，開始下次循環；部分換熱后的空氣則通過排風煙囪直接排往大氣中，這部分直排的空氣溫度高達80℃，存在回收利用的空間。水性漆熱閃干系統工作原理示意圖如圖1所示。

圖1　水性漆熱閃干系統工作原理示意圖

2　水性漆熱閃干系統余熱回收可行性分析

如圖2所示，在新鮮空氣加熱箱的1區30℃的新鮮空氣經過過濾器來到2區，經過表冷器的2區空氣達到3區時已經被強制降溫到18℃（實現空氣除濕目的），3區的冷空氣再度被加熱爐強制升溫至67℃，4區空氣經過二次過濾在5區被風機送入噴房。

圖2　水性漆熱閃干系統新鮮空氣加熱箱示意圖

從1#加熱箱熱閃干溫度變化曲線來分析，若有廉價熱源在3區預熱冷空氣將節省天然氣消耗。如圖3、圖4所示。

圖3　1#加熱箱熱閃干溫度變化曲線圖

圖4　1#加熱箱熱升溫過程節能空間分析

噴房熱閃干系統的第二區間接加熱箱（2#）加熱爐設備在正常生產時，每小時均有排放46000m3、80℃的余熱廢氣到大氣中。該廢氣主要成分為水，余熱資源比較穩定，計劃余熱利用的理論數據見表1。理論計算得出：2#加熱爐的余熱每小時可提供相當約58.755立方米的天然氣熱量給1#加熱爐，在熱閃干系統獨立計量表會有明顯的收益體現，見表1。

經過以上余熱資源分析，可以了解到，第二區間接加熱箱排放的高溫廢氣，存在較大的余熱回收利用空間。

表1　余熱資源分析表

3　水性漆熱閃干系統余熱回收方案確定

3.1節能原理

經過對系統節能可行性分析，可初步制定以下節能方案：分別在A線與B線熱閃干系統2#加熱爐廢氣排放煙管處各布置一臺與之相匹配的復合管余熱回收器（氣-液式）［2］。在1#加熱爐表冷器后面布置一臺盤管空氣換熱器（水-氣式），2#加熱爐80℃廢氣被降至50℃左右進行排空。

常溫軟水由新增循環水泵送入每臺余熱回收器內進行加熱，被加熱到70℃左右去新增空氣換熱器與表冷器除濕后18℃冷風進行熱交換。高溫煙氣被降低，熱水放熱后低溫水再次回到余熱回收器進行加熱，冷風吸熱后被加熱至50℃左右，再通過1#加熱爐加熱至工藝溫度67℃，然后經高速噴嘴以一定的速度送入烘道內部。通過提高進風溫度，節約1#加熱爐天然氣消耗量，降低烘干室廢氣排放，達到節能減排的目的。節能原理圖如圖5所示。

3.2余熱回收系統施工方案確定

根據熱閃干余熱回收系統的節能原理圖進行分析，余熱回收系統的回收效率主要與換熱方式有著直接的關系［3-5］。在此項目中，主要有“氣-氣”換熱和“氣-水-氣”換熱兩種方案可供選擇。

此項目為改造型項目，通過換熱效率、設備空間布局等綜合對比分析，方案1與方案2的換熱效率、投資金額等相差不大，但方案1氣-氣換熱方式的換熱器體積龐大，現場空間不支持方案1。所以最終確定選用方案2“氣-水-氣”換熱方式。方案對比如表2所示。

圖5　余熱回收方案示意圖

表2　余熱回收方案對比表

4　余熱回收系統節能效果跟蹤

經過三個月的間斷性施工，余熱回收系統完成硬件安裝和軟件的初步調試［4］。2016年1月～3月對該熱閃干余熱回收系統進行了調試和效果跟蹤。調整跟蹤分兩個階段:

第一階段：A線余熱回收器單獨投入使用階段（1月29日～2月23日）；

第二階段： A/B線余熱回收器同時投入使用階段（2月24日～3月9日。

跟蹤數據如表3所示。

2015年1～3月平均單臺耗量為1.92m3，2016年3月A/B線余熱回收系統同時投入生產，單臺耗量下降至1.25 m3。即A/B線余熱回收器同時投入使用后，節能降耗結果是：

表2　余熱回收系統節能效果跟蹤對比表

單臺節約燃氣量平均下降：

1.92m3-1.25m3=0.67m3

年預計節約燃氣費用：0.67m3/臺*40萬臺*4.31元/m3=115.5萬元（燃氣單價按4，31元/m3計算）

5　結束語

本文所研究的水性漆涂裝線熱閃干系統余熱回收項目方案設計條件為：余熱資源風量46000m3/h，溫度80℃，計算的收益為預期年均節省約29.7萬m3天然氣，節能收益約128萬元。（天然氣單價按4.31元/m3計算）。經項目實際調試運行，實際的余熱資源為：風量46000m3/h（單線23000m3/h），溫度75℃；收益為年均節省約26.8萬立方米天然氣，節能收益約115萬元。（天然氣單價按4.31元/m3計算）該余熱回收系統建設項目對余熱資源溫度評估的偏差，是造成實際收益與預計收益偏小的主要原因，但偏差在工程接受范圍。余熱回收系統的換熱效率等基本達到預期設計目標。

［1］孟嘉.工業煙氣余熱回收利用方案優化研究［D］.華中科技大學，2008.

［2］柳雄斌，過增元.換熱器性能分析新方法［N］.物理學報，2009.

［3］張蕓豫.換熱器綜合性能的優化設計方法研究［D］.蘭州理工大學，2009.

［4］徐文棟.煙氣余熱利用技術及其工程應用研究［D］.上海理工大學.2013.

［5］劉紀福等編著.實用余熱回收和利用技術［M］.機械工業出版社，1993. ［6］湯學忠主編.熱能轉換與利用［M］.冶金工業出版社， 2002.

賴毅（1983.7-），男，湖南平江人，碩士研究生，中級工程師，主要從事汽車涂裝工藝及生產管理方面的工作。

E-mail: Yi.Lai@sgmw.com.cn

Summary of Afterheat Recovery System for the Spray Flash-Off Zone

Yi Lai， Jun Mo， Jinwen Wei
（SAIC GM Wuling Automobile Co.， Ltd.， LiuZhou， GuangXi， 545616， China）

In order to reduce the use of natural gas， for the technical transformation of waste heat recovery system， to achieve recycling， to achieve the purpose of saving energy and reducing consumption. The water-based paint heat flash based， research and analysis of the water-based paint hot flash dry the feasibility of waste heat recovery system； and from the project design， installation and debugging， data tracking analysis is discussed in this paper， summarizes the spray room heat flash drying heat recovery system and lack of system working principle of stem. Provide a reference for the peer related improvement projects.

Spray Flash-Off Zone； Waste Heat Recovery； Feasibility Research

U466

A

2095-8412 （2016） 03-464-05