水性漆汽車涂裝車間噴房熱閃干區(qū)余熱回收系統(tǒng)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(qū)余熱回收系統(tǒng)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(xiàn)熱量重復(fù)利用，達到節(jié)能降耗的目的，本文以余熱回收系統(tǒng)的技術(shù)改造為基礎(chǔ)，介紹了水性漆熱閃干系統(tǒng)工作原理，研究分析了水性漆熱閃干系統(tǒng)余熱回收可行性；并從項目設(shè)計、安裝調(diào)試、數(shù)據(jù)跟蹤分析等方面進行了闡述，總結(jié)了該噴房熱閃干區(qū)余熱回收系統(tǒng)的作用和不足。為同行相關(guān)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(yè)環(huán)境保護意識的提高，水性漆工藝已逐步替代傳統(tǒng)溶劑型涂料，成為汽車涂裝的主流工藝。水性漆涂料與傳統(tǒng)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(dāng)，但溶劑揮發(fā)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(fā)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(nèi)，通過加熱的工藝方式提高閃干效率，達到涂層質(zhì)量的要求。

熱閃干系統(tǒng)是目前汽車水性漆涂裝生產(chǎn)線一個常規(guī)的烘干設(shè)備，也是較溶劑型漆涂裝生產(chǎn)線特有的耗能設(shè)備。熱閃干系統(tǒng)在消耗大量天然氣的同時，也會產(chǎn)生大量的高溫?zé)煔馀欧诺酱髿庵?，造成熱能的極大浪費。尋找熱閃干系統(tǒng)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(tǒng)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(chǎn)線（A/B線）。該水性漆熱閃干系統(tǒng)由新鮮空氣加熱箱（1#）和第二區(qū)間接加熱箱（2#）組成。

新鮮空氣加熱箱和其內(nèi)部風(fēng)管構(gòu)成獨立的高溫?zé)犸L(fēng)系統(tǒng)。新鮮空氣進入加熱箱后，先經(jīng)過表冷器冷卻除濕至18℃，再與天然氣燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔忾g接換熱至67℃；熱空氣由離心風(fēng)機送入烘道內(nèi)的送風(fēng)箱。經(jīng)過濾后，由高速噴嘴以一定的速度送入烘道內(nèi)部，與工件對流換熱。各工作區(qū)的加熱箱和其內(nèi)部送回風(fēng)管構(gòu)成獨立的熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)。循環(huán)空氣進入第二區(qū)間加熱箱，與N天然氣燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔忾g接換熱；熱空氣由離心風(fēng)機送入烘道內(nèi)的送風(fēng)箱，經(jīng)高速噴嘴以一定的速度送入烘道內(nèi)部；熱空氣在烘道內(nèi)與工件對流換熱，換熱后的空氣由烘道內(nèi)的回風(fēng)箱回到加熱箱，開始下次循環(huán)；部分換熱后的空氣則通過排風(fēng)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(tǒng)工作原理示意圖如圖1所示。

圖1　水性漆熱閃干系統(tǒng)工作原理示意圖

2　水性漆熱閃干系統(tǒng)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(qū)30℃的新鮮空氣經(jīng)過過濾器來到2區(qū)，經(jīng)過表冷器的2區(qū)空氣達到3區(qū)時已經(jīng)被強制降溫到18℃（實現(xiàn)空氣除濕目的），3區(qū)的冷空氣再度被加熱爐強制升溫至67℃，4區(qū)空氣經(jīng)過二次過濾在5區(qū)被風(fēng)機送入噴房。

圖2　水性漆熱閃干系統(tǒng)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(qū)預(yù)熱冷空氣將節(jié)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(jié)能空間分析

噴房熱閃干系統(tǒng)的第二區(qū)間接加熱箱（2#）加熱爐設(shè)備在正常生產(chǎn)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(wěn)定，計劃余熱利用的理論數(shù)據(jù)見表1。理論計算得出：2#加熱爐的余熱每小時可提供相當(dāng)約58.755立方米的天然氣熱量給1#加熱爐，在熱閃干系統(tǒng)獨立計量表會有明顯的收益體現(xiàn)，見表1。

經(jīng)過以上余熱資源分析，可以了解到，第二區(qū)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(tǒng)余熱回收方案確定

3.1節(jié)能原理

經(jīng)過對系統(tǒng)節(jié)能可行性分析，可初步制定以下節(jié)能方案：分別在A線與B線熱閃干系統(tǒng)2#加熱爐廢氣排放煙管處各布置一臺與之相匹配的復(fù)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(huán)水泵送入每臺余熱回收器內(nèi)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(fēng)進行熱交換。高溫?zé)煔獗唤档?，熱水放熱后低溫水再次回到余熱回收器進行加熱，冷風(fēng)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(jīng)高速噴嘴以一定的速度送入烘道內(nèi)部。通過提高進風(fēng)溫度，節(jié)約1#加熱爐天然氣消耗量，降低烘干室廢氣排放，達到節(jié)能減排的目的。節(jié)能原理圖如圖5所示。

3.2余熱回收系統(tǒng)施工方案確定

根據(jù)熱閃干余熱回收系統(tǒng)的節(jié)能原理圖進行分析，余熱回收系統(tǒng)的回收效率主要與換熱方式有著直接的關(guān)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(shè)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(xiàn)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(tǒng)節(jié)能效果跟蹤

經(jīng)過三個月的間斷性施工，余熱回收系統(tǒng)完成硬件安裝和軟件的初步調(diào)試［4］。2016年1月～3月對該熱閃干余熱回收系統(tǒng)進行了調(diào)試和效果跟蹤。調(diào)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(shù)據(jù)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(tǒng)同時投入生產(chǎn)，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(jié)能降耗結(jié)果是：

表2　余熱回收系統(tǒng)節(jié)能效果跟蹤對比表

單臺節(jié)約燃氣量平均下降：

1.92m3-1.25m3=0.67m3

年預(yù)計節(jié)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(jié)束語

本文所研究的水性漆涂裝線熱閃干系統(tǒng)余熱回收項目方案設(shè)計條件為：余熱資源風(fēng)量46000m3/h，溫度80℃，計算的收益為預(yù)期年均節(jié)省約29.7萬m3天然氣，節(jié)能收益約128萬元。（天然氣單價按4.31元/m3計算）。經(jīng)項目實際調(diào)試運行，實際的余熱資源為：風(fēng)量46000m3/h（單線23000m3/h），溫度75℃；收益為年均節(jié)省約26.8萬立方米天然氣，節(jié)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(tǒng)建設(shè)項目對余熱資源溫度評估的偏差，是造成實際收益與預(yù)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(tǒng)的換熱效率等基本達到預(yù)期設(shè)計目標。

［1］孟嘉.工業(yè)煙氣余熱回收利用方案優(yōu)化研究［D］.華中科技大學(xué)，2008.

［2］柳雄斌，過增元.換熱器性能分析新方法［N］.物理學(xué)報，2009.

［3］張蕓豫.換熱器綜合性能的優(yōu)化設(shè)計方法研究［D］.蘭州理工大學(xué)，2009.

［4］徐文棟.煙氣余熱利用技術(shù)及其工程應(yīng)用研究［D］.上海理工大學(xué).2013.

［5］劉紀福等編著.實用余熱回收和利用技術(shù)［M］.機械工業(yè)出版社，1993. ［6］湯學(xué)忠主編.熱能轉(zhuǎn)換與利用［M］.冶金工業(yè)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(chǎn)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