水性漆汽车涂装车间喷房热闪干区余热回收系统改造项目探究

赖毅，莫军，韦金温（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州，545616）



水性漆汽车涂装车间喷房热闪干区余热回收系统改造项目探究

赖毅，莫军，韦金温
（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州，545616）

为了降低天然气的使用量和实现热量重复利用，达到节能降耗的目的，本文以余热回收系统的技术改造为基础，介绍了水性漆热闪干系统工作原理，研究分析了水性漆热闪干系统余热回收可行性；并从项目设计、安装调试、数据跟踪分析等方面进行了阐述，总结了该喷房热闪干区余热回收系统的作用和不足。为同行相关改进项目提供了参考作用。

水性漆；喷房热闪干；余热回收；可行性研究

引言

随着汽车制造企业环境保护意识的提高，水性漆工艺已逐步替代传统溶剂型涂料，成为汽车涂装的主流工艺。水性漆涂料与传统的溶剂型涂料在施工工艺上存在较大差异，这是由于水和有机溶剂的物理特性的差异所引起。水性漆与溶剂型漆施工固体份含量相当，但溶剂挥发性能好，可以通过自然闪干来达到湿碰湿的工艺要求。而水的挥发性差，且表面张力较溶剂大，这就决定了水性漆必须在有限的闪干时间内，通过加热的工艺方式提高闪干效率，达到涂层质量的要求。

热闪干系统是目前汽车水性漆涂装生产线一个常规的烘干设备，也是较溶剂型漆涂装生产线特有的耗能设备。热闪干系统在消耗大量天然气的同时，也会产生大量的高温烟气排放到大气中，造成热能的极大浪费。寻找热闪干系统余热回收能够减少天然气耗量，进一步降低车间运行成本［1］。

1　水性漆热闪干系统工作原理

本文所研究的汽车涂装车间面漆喷房有两条生产线（A/B线）。该水性漆热闪干系统由新鲜空气加热箱（1#）和第二区间接加热箱（2#）组成。

新鲜空气加热箱和其内部风管构成独立的高温热风系统。新鲜空气进入加热箱后，先经过表冷器冷却除湿至18℃，再与天然气燃烧产生的高温烟气间接换热至67℃；热空气由离心风机送入烘道内的送风箱。经过滤后，由高速喷嘴以一定的速度送入烘道内部，与工件对流换热。各工作区的加热箱和其内部送回风管构成独立的热风循环系统。循环空气进入第二区间加热箱，与N天然气燃烧产生的高温烟气间接换热；热空气由离心风机送入烘道内的送风箱，经高速喷嘴以一定的速度送入烘道内部；热空气在烘道内与工件对流换热，换热后的空气由烘道内的回风箱回到加热箱，开始下次循环；部分换热后的空气则通过排风烟囱直接排往大气中，这部分直排的空气温度高达80℃，存在回收利用的空间。水性漆热闪干系统工作原理示意图如图1所示。

图1　水性漆热闪干系统工作原理示意图

2　水性漆热闪干系统余热回收可行性分析

如图2所示，在新鲜空气加热箱的1区30℃的新鲜空气经过过滤器来到2区，经过表冷器的2区空气达到3区时已经被强制降温到18℃（实现空气除湿目的），3区的冷空气再度被加热炉强制升温至67℃，4区空气经过二次过滤在5区被风机送入喷房。

图2　水性漆热闪干系统新鲜空气加热箱示意图

从1#加热箱热闪干温度变化曲线来分析，若有廉价热源在3区预热冷空气将节省天然气消耗。如图3、图4所示。

图3　1#加热箱热闪干温度变化曲线图

图4　1#加热箱热升温过程节能空间分析

喷房热闪干系统的第二区间接加热箱（2#）加热炉设备在正常生产时，每小时均有排放46000m3、80℃的余热废气到大气中。该废气主要成分为水，余热资源比较稳定，计划余热利用的理论数据见表1。理论计算得出：2#加热炉的余热每小时可提供相当约58.755立方米的天然气热量给1#加热炉，在热闪干系统独立计量表会有明显的收益体现，见表1。

经过以上余热资源分析，可以了解到，第二区间接加热箱排放的高温废气，存在较大的余热回收利用空间。

表1　余热资源分析表

3　水性漆热闪干系统余热回收方案确定

3.1节能原理

经过对系统节能可行性分析，可初步制定以下节能方案：分别在A线与B线热闪干系统2#加热炉废气排放烟管处各布置一台与之相匹配的复合管余热回收器（气-液式）［2］。在1#加热炉表冷器后面布置一台盘管空气换热器（水-气式），2#加热炉80℃废气被降至50℃左右进行排空。

常温软水由新增循环水泵送入每台余热回收器内进行加热，被加热到70℃左右去新增空气换热器与表冷器除湿后18℃冷风进行热交换。高温烟气被降低，热水放热后低温水再次回到余热回收器进行加热，冷风吸热后被加热至50℃左右，再通过1#加热炉加热至工艺温度67℃，然后经高速喷嘴以一定的速度送入烘道内部。通过提高进风温度，节约1#加热炉天然气消耗量，降低烘干室废气排放，达到节能减排的目的。节能原理图如图5所示。

3.2余热回收系统施工方案确定

根据热闪干余热回收系统的节能原理图进行分析，余热回收系统的回收效率主要与换热方式有着直接的关系［3-5］。在此项目中，主要有“气-气”换热和“气-水-气”换热两种方案可供选择。

此项目为改造型项目，通过换热效率、设备空间布局等综合对比分析，方案1与方案2的换热效率、投资金额等相差不大，但方案1气-气换热方式的换热器体积庞大，现场空间不支持方案1。所以最终确定选用方案2“气-水-气”换热方式。方案对比如表2所示。

图5　余热回收方案示意图

表2　余热回收方案对比表

4　余热回收系统节能效果跟踪

经过三个月的间断性施工，余热回收系统完成硬件安装和软件的初步调试［4］。2016年1月～3月对该热闪干余热回收系统进行了调试和效果跟踪。调整跟踪分两个阶段:

第一阶段：A线余热回收器单独投入使用阶段（1月29日～2月23日）；

第二阶段： A/B线余热回收器同时投入使用阶段（2月24日～3月9日。

跟踪数据如表3所示。

2015年1～3月平均单台耗量为1.92m³，2016年3月A/B线余热回收系统同时投入生产，单台耗量下降至1.25 m³。即A/B线余热回收器同时投入使用后，节能降耗结果是：

表2　余热回收系统节能效果跟踪对比表

单台节约燃气量平均下降：

1.92m³-1.25m³=0.67m³

年预计节约燃气费用：0.67m³/台*40万台*4.31元/m³=115.5万元（燃气单价按4，31元/m³计算）

5　结束语

本文所研究的水性漆涂装线热闪干系统余热回收项目方案设计条件为：余热资源风量46000m³/h，温度80℃，计算的收益为预期年均节省约29.7万m³天然气，节能收益约128万元。（天然气单价按4.31元/m³计算）。经项目实际调试运行，实际的余热资源为：风量46000m³/h（单线23000m³/h），温度75℃；收益为年均节省约26.8万立方米天然气，节能收益约115万元。（天然气单价按4.31元/m³计算）该余热回收系统建设项目对余热资源温度评估的偏差，是造成实际收益与预计收益偏小的主要原因，但偏差在工程接受范围。余热回收系统的换热效率等基本达到预期设计目标。

［1］孟嘉.工业烟气余热回收利用方案优化研究［D］.华中科技大学，2008.

［2］柳雄斌，过增元.换热器性能分析新方法［N］.物理学报，2009.

［3］张芸豫.换热器综合性能的优化设计方法研究［D］.兰州理工大学，2009.

［4］徐文栋.烟气余热利用技术及其工程应用研究［D］.上海理工大学.2013.

［5］刘纪福等编著.实用余热回收和利用技术［M］.机械工业出版社，1993. ［6］汤学忠主编.热能转换与利用［M］.冶金工业出版社， 2002.

赖毅（1983.7-），男，湖南平江人，硕士研究生，中级工程师，主要从事汽车涂装工艺及生产管理方面的工作。

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