余热利用助力设备节能改造

宁波海得工业控制系统有限公司 汪木根

近年来电力供应紧张，很多静电喷涂设备已采用燃油加热或燃气加热。但对余热的利用却不够重视，通过对余热利用方式、控制方式的研究及燃油加热烘道和固化炉的节能改造，取得了一定成效。

目前国内涂装行业静电喷涂的前处理加热多采用电加热为主，设备采用燃油加热或燃气加热，工件的烘干与喷粉后及固化后的余热大都直接排放掉。笔者通过对燃油加热和固化炉余热利用方式的研究，为企业节省了大量的能源成本，取得了良好的效益。喷涂流水线如图1所示。

图1

从烘道和固化炉流出的烟气温度＞300℃，如将此高温烟气流经前处理液，可使前处理液升温40～80℃，起到节电效果。

一、前处理加热计算

前处理程序一般有六道：除油、二道水洗、磷化、水洗、钝化，即有六槽需要加温。

1.前处理液加热所需电力计算。

式中：Q——耗电量，kW·h;

c——水的比热，1kcal/（kg·℃）；

m——质量，kg；

△t——温差，℃；

864——热功当量，1W·h=3 600J=864cal。

若六槽水质量为6t，则加热1h温升40℃需要的电力经计算为（1×6 000×40/864）278kW·h。

若每天开机一次，则仅仅温升40℃就需278kW·h电，未包括保温所需电力。

2.前处理换热器散热表面的相关计算。

式中：△t——平均温差；

Q——热负荷（根据功率大小计算热负荷）；

m——质量；

Cp——流体比定压热容；

K——传热系数；

F——传热面积 。

求出F面积后，即可选择换热器管直径并计算出长度。

3.前处理液温度。一般要求温度在30～50℃，热交换器的内外温差＞250℃。除油后两道水洗，第一道水洗温度50～60℃，第二道水洗温度30～50℃效果较好（前处理液厂家有特别要求除外）。利用＞300℃的高温烟气对前处理液进行加热足以满足前处理液的升温需求。

4.前处理槽加热管道（图2）。槽内管子与槽外管子采用联动蝶阀，两管直径相同，当槽内管子阀门打开时，外管阀门关闭，当槽内管子阀门关闭时，外管阀门打开，烟气的风阻不变，流量恒定。温度控制器控制气缸的二位三通阀，使气缸带动齿条产生伸缩运动，联动蝶阀的齿轮由连接在气缸上的齿条驱动（如图3所示）。

图2

图3

二、烘道及固化炉的功率核算

燃烧室的热交换器与前处理槽中的热交换器有所不同，燃烧器喷出的火焰温度高达1 000℃以上，与燃烧器连接处的热交换器管要用5mm厚的不锈钢310S制作气流拐弯处角度最好90°连接，以大圆弧拐弯减少风阻。

烘道室体采用保温壁板拼装结构，型钢支撑框架，室体内壁采用0.6mm以上镀锌钢板，外壁采用0.5mm以上波纹型钢板，整体布局合理，保温层厚120mm，断热口隔板50mm（两面镀锌0.5mm）、内填充优质岩棉，保温性能上佳，能防止热空气外溢，减少热能的流失。

烘道内设布局合理的热风循环系统，循环风要全部经过热交换器，使热交换器表面上的热量能及时被循环风带走，进入热风循环系统，烘道内热风出口布局要合理并且能微调，使得温度分布均匀。

选择燃烧器的功率大小时按加热功率的二倍选择燃烧器最大功率。

设在体积为V的烘道内，1h内温升要达到△t，需要的功率计算如下。

式中：Q散——设备室体散热量；

K——保温层散热系数，0.05W/m2℃，相当于0.05J/m2℃；

A——设备室体保温层面积之和；

△t——温升。

式中：Q吸——工件吸热量；

Cp铁——铁比热，0.46kJ/（kg·℃）；

m——工件重量(含烘箱内壁和通过烘箱的输送链)；

△t——温升。

式中：Q加——设备室内空气加热量；

Cp气——空气比热，1kJ/kg℃；

ρ——密度，1.293kg/m3；

V——体积；

△t——温升。

总耗热量：

若1kWh电能所产生的热量为3 600kJ；发热体热效率取80%；则加热总功耗为：Q总×3 600/80%。

保温时需要的热量：

式中：Q补加——补充的新鲜空气加热量。

加热温升时的功率一般远大于保温时的功率，核算时只要温升在1h内达到额定值功率就够了，温升过程中要预缓冲，即在到达额定温度前要停止加热一段时间，以防因热惯性的缘故温度上升超过额定值。

三、综述

公司对某工厂喷涂流水线进行余热利用改造后，能源成本大幅降低，平均节电500kW·h/天，5～10万kW·h/年（未满负荷开班），占车间用电量的70%以上，一个月节省下来的电费就足以收回铺设的管道成本。

[1]刘燕春.换热器设计、运行及CAD系统[M].北京：冶金工业出版社，1998.2.

[2]钱颂文.换热器设计手册[M].北京：化学工业出版社，2002.8.

[3]邝国熙.塑料静电喷涂[M].北京：国防工业出版社，1980.5.