一種自動(dòng)噴漆室循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用

張凱，李鶴，余育軍，陳飛

（中機(jī)第一設(shè)計(jì)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(fēng)能耗。由于環(huán)保要求，涂裝車間必須設(shè)置廢氣處理裝置，廢氣處理裝置的投資及運(yùn)行成本和排風(fēng)量成正比。因此，在滿足涂裝表面質(zhì)量和安全生產(chǎn)的前提下，經(jīng)濟(jì)效益增長來自排放量的降低。本文針對某噴漆室進(jìn)行量化分析，更直觀地分析循環(huán)風(fēng)的應(yīng)用對投資及運(yùn)行成本的節(jié)約量。

2 工程概況

本案例以某皮帶機(jī)托輥涂裝生產(chǎn)線自動(dòng)噴漆室實(shí)際應(yīng)用為例，其基礎(chǔ)工藝設(shè)計(jì)參數(shù)如下。

生產(chǎn)綱領(lǐng)：500 000個(gè)/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(shè)計(jì)計(jì)算

噴漆室采用干式噴漆室，機(jī)器人自動(dòng)噴漆，為了保證良好的通風(fēng)換氣和操作空間的衛(wèi)生許可要求，噴漆室采用上送風(fēng)下排風(fēng)設(shè)計(jì)[1]。

3.1 送排風(fēng)量的計(jì)算

式中，L為室體長度，m；b為噴漆區(qū)域?qū)挾龋琺；v為氣流平均風(fēng)速，一般取0.3 m/s。

為保證風(fēng)量平衡，需分別設(shè)置1臺(tái)風(fēng)量16 200 m3/h送風(fēng)和排風(fēng)風(fēng)機(jī)，為滿足廢氣排放達(dá)到環(huán)保要求，配置1套16 200 m3/h活性炭廢氣處理系統(tǒng)。

3.2 加熱空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了保證漆膜質(zhì)量，噴漆室送風(fēng)應(yīng)符合涂裝工業(yè)對空氣潔凈度、溫度的要求。且噴漆室的氣流為均勻?qū)恿鳎裕瑖娖崾覒?yīng)配空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)以及靜壓層。

噴漆時(shí)需要將進(jìn)入噴漆室的空氣加熱至15℃左右，熱能耗計(jì)算：

式中，Q為送風(fēng)量，m3/h；Δt為空氣升溫；℃。

4 循環(huán)風(fēng)設(shè)計(jì)的應(yīng)用

如果噴漆室采用全新風(fēng)的方式，則排風(fēng)風(fēng)量等于送風(fēng)風(fēng)量16 200 m3/h。理論上來講，噴漆室排風(fēng)的循環(huán)利用率越高，則節(jié)能效果越顯著，但是，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，涂裝車間必須確保噴漆作業(yè)的人身安全和消防安全，必須嚴(yán)控噴漆作業(yè)工位空氣中的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）含量。有人操作的作業(yè)區(qū)VOC含量應(yīng)維持在衛(wèi)生許可濃度以內(nèi)，自動(dòng)作業(yè)區(qū)（無人區(qū)）VOC含量應(yīng)維持在消防濃度以下（即可燃?xì)怏w爆炸下限濃度的25%以下）。結(jié)合本案例涂料及溶劑實(shí)際情況，無人區(qū)VOC含量應(yīng)小于20 g/m3，人工操作區(qū)衛(wèi)生許可濃度應(yīng)小于200 mg/m3[2]。

為降低設(shè)備投資同時(shí)降低運(yùn)行成本，特對本設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，引入循環(huán)風(fēng)設(shè)計(jì)概念，送風(fēng)排風(fēng)采用1臺(tái)風(fēng)機(jī)循環(huán)來達(dá)到室內(nèi)截面風(fēng)速的要求。

4.1 排風(fēng)量計(jì)算

由于采用機(jī)器人自動(dòng)噴漆，室內(nèi)VOC濃度滿足防爆要求即可，可設(shè)置1臺(tái)廢氣排風(fēng)機(jī)，通過補(bǔ)充新鮮風(fēng)的方式來降低室內(nèi)的溶劑濃度，噴漆室系統(tǒng)原理圖見圖1。

圖1 噴漆室系統(tǒng)原理圖

根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)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(jì)算：

式中，Qc為安全通風(fēng)所需要的新鮮空氣量，m3/h；G為噴槍每小時(shí)帶入噴漆室的溶劑質(zhì)量，g；α為溶劑蒸汽的爆炸下限計(jì)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(shù)。

根據(jù)涂料廠家提供的資料，涂料中溶劑含量按照50%考慮，根據(jù)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(bǔ)風(fēng)量按照4 000 m3/h考慮，空調(diào)加熱量及活性炭廢氣處理裝置處理量只需要按照補(bǔ)風(fēng)量4 000 m3/h考慮即可。

4.2 循環(huán)風(fēng)對投資及運(yùn)行成本的影響

噴漆室節(jié)能減排主要體現(xiàn)在排風(fēng)量的減少，所以，我們可以通過循環(huán)風(fēng)對比全新風(fēng)系統(tǒng)節(jié)約的風(fēng)量來直觀地體現(xiàn)節(jié)約的能耗量(見表1)。

表1 循環(huán)風(fēng)與全新風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能減排對比

由表1對比可得：

1）噴漆室在送排風(fēng)總量方面可以節(jié)約37.6%；

2）活性炭廢氣處理風(fēng)量可節(jié)約75.3%；

3）冬季天然氣加熱量可節(jié)約75.3%。

綜上所述，噴漆室送排風(fēng)總量、活性炭廢氣處理風(fēng)量以及冬季天然氣加熱量節(jié)約非常明顯，從而相應(yīng)的能耗及投資成本也同比減少。可以發(fā)現(xiàn)，循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。

5 結(jié)語

隨著環(huán)保對排風(fēng)要求越來越嚴(yán)格，涂裝線必須設(shè)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(fēng)量即可節(jié)約約10萬元的投資，全年運(yùn)行節(jié)約電力約3.3×104kW·h，降低運(yùn)行成本約2萬元。同時(shí)，活性炭使用數(shù)量減少，每年的耗材量及人工成本也會(huì)降低。隨著水性漆的普及應(yīng)用，由于水性漆比溶劑型漆VOC揮發(fā)量大幅降低，排風(fēng)量可以大幅降低，節(jié)能減排效果更加明顯。