涂裝線燃油(氣)加熱器的設(shè)計(jì)及應(yīng)用
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摘要：簡(jiǎn)要介紹了在小型零部件的涂裝線中燃油(燃?xì)?加熱器的應(yīng)用,對(duì)加熱器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了剖析,并探討了計(jì)算加熱器參數(shù)的方法。
關(guān)鍵詞：加熱器;應(yīng)用
引言
在涂裝線的設(shè)計(jì)中,如何合理地利用熱能是一個(gè)非常重要的問題。在我國(guó)很多地區(qū),由于工業(yè)用電比較短缺和昂貴,因此,涂裝線中的加熱器廣泛地采用柴油、天然氣等作為熱源,通過合理的設(shè)計(jì),既極大地降低了運(yùn)行成本,又滿足了工藝要求。本文從一個(gè)側(cè)面,以電視機(jī)殼、空調(diào)機(jī)殼、自行車前*和車架等小型零部件的涂裝線加熱器為分析對(duì)象,簡(jiǎn)要介紹了燃油、燃?xì)饧訜崞髟谕垦b線中的應(yīng)用,詳細(xì)闡述了燃油、燃?xì)饧訜崞鞯慕Y(jié)構(gòu)和參數(shù)的計(jì)算。
1 燃油、燃?xì)饧訜崞鞯膽?yīng)用
按照工件的涂層結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分,小件涂裝線主要有4類,燃油、燃?xì)饧訜崞髟谄渲械膽?yīng)用
2 燃油、燃?xì)饧訜崞鞯脑O(shè)計(jì)
2.1 脫脂用加熱器的設(shè)計(jì)
2.1.1 脫脂用加熱器的結(jié)構(gòu)
由于小件涂裝線的工件表面油污少、外形簡(jiǎn)單,噴淋脫脂比較容易,因而前處理一般采用噴淋式,配置有燃油、燃?xì)饧訜崞鞯拿撝垡话悴贾糜诿撝瑖娏芡ǖ赖牡撞俊?/FONT>
1—循環(huán)泵2—脫脂槽3—燃燒機(jī)4—熱氣箱
5—回流管6—煙氣排放管7—換熱管8—燃燒室
脫脂用加熱器為間接加熱式,主要結(jié)構(gòu)是一列管換熱器。一般設(shè)計(jì)為三回程結(jié)構(gòu),第一回程為燃燒室,第二、三回程為換熱管。其工作原理見圖2(圖中受熱介質(zhì)為脫脂液)。
2.1.2 脫脂用加熱器的主要參數(shù)
圖1所示脫脂用加熱器的主要參數(shù)可以通過多種方法進(jìn)行計(jì)算,現(xiàn)介紹其中一種比較精確的計(jì)算方法。
(1)首先參照脫脂工序的熱能需求量,選用合適的燃燒機(jī),根據(jù)燃燒機(jī)技術(shù)參數(shù)中的火焰尺寸,確定燃燒室的長(zhǎng)度和直徑:
L=L火+0.3(1)
D=2D火(2)
式中:L———燃燒室的長(zhǎng)度,m;
L火———燃燒機(jī)火焰的最大長(zhǎng)度,m;
D———燃燒室直徑,m;
D火———燃燒機(jī)火焰的最大直徑,m。
(2)確定換熱管的根數(shù)n:已知燃燒機(jī)的有關(guān)技術(shù)參數(shù),設(shè)定煙氣的排放溫度后,在傳熱方程式中,
E=U·A·Δt(3)
式中:E———扣除煙氣排放帶走的熱能后,加熱器提供的有效熱能,kJ/h;
U———加熱器的傳熱系數(shù),kJ/t·h·℃;
A———加熱器的傳熱面積,h;
Δt———對(duì)數(shù)平均溫差,℃。
由于A是n的函數(shù),可導(dǎo)出U與n的一個(gè)關(guān)系式
U=f(n)(4)
又因?yàn)?/FONT>
1/U=1/h1+rw+1/h2(5)
式中:h1———煙氣在換熱管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流時(shí)的傳熱膜系數(shù),kJ/t·h·℃;
rw———管壁熱阻,可忽略;
h2———脫脂液垂直流經(jīng)換熱管束時(shí)的傳熱膜系數(shù),kJ/t·h·℃。
根據(jù)“空氣和燃燒氣在管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流時(shí)的傳熱膜系數(shù)”[1]計(jì)算式,有式中:t1———煙氣的平均溫度,℃;
V———標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(0℃,760mm汞柱)煙氣流速,m/s;
D內(nèi)———換熱管內(nèi)徑,一般選用01037m。
根據(jù)麥克亞當(dāng)斯(Mcadams)方程[1],有式中:t2———水膜溫度,℃;
Vmax———斷面處的最大質(zhì)量流速,kg/h·m2;
D外———換熱管外徑,一般選用0.04m。
而(6)式中V是n的函數(shù),所以由(5)、(6)、(7)三式,可導(dǎo)出U與n的另一個(gè)關(guān)系式U=g(n)(8)
最后,由(4)、(8)兩個(gè)關(guān)系式,即可求得換熱管的根數(shù)n。
2.2 脫水、固化用加熱器的設(shè)計(jì)
在小件涂裝線的脫水烘干、固化兩工序中,主要采用以下3種加熱器提供熱能:燃?xì)馐郊t外輻射器、直接加熱器和間接加熱器。各種加熱器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和主要參數(shù)的計(jì)算如下。
2.2.1 燃?xì)馐郊t外輻射器
在脫水爐或固化爐的保溫板上,直接布置所需數(shù)量的燃?xì)馐郊t外輻射器,如圖3。由于熱空氣密度較輕,爐體內(nèi)的氣氛溫度上高下低,因此,爐體底部布置的輻射器功率要適當(dāng)高于在兩側(cè)所布置的輻射器功率,使?fàn)t內(nèi)氣氛的溫度盡可能一致。
1—燃燒器 2—天然氣噴嘴 3—室體保溫板 4—陶瓷板
常用的紅外輻射器,是首先將天然氣或液化氣與助燃空氣充分混合后,導(dǎo)流到多孔陶瓷板的小孔處,在板面上形成穩(wěn)定的無(wú)焰燃燒,從而發(fā)出較強(qiáng)的輻射熱,達(dá)到直接加熱工件的目的。由于其具有熱能利用率高、加熱快和不需大量循環(huán)空氣流動(dòng)的特點(diǎn),使其在外形簡(jiǎn)單的工件上得到了很好的應(yīng)用效果。但對(duì)于有輻射死角或很難使輻射距離大致相等的工件,會(huì)出現(xiàn)工件脫水不完全、涂層固化不均勻的弊病,在這種情況下,則應(yīng)選擇其它方式的加熱器。
2.2.2 直接加熱器
將燃燒室直接設(shè)計(jì)在脫水爐或固化爐的熱風(fēng)循__環(huán)管路中,在這里,燃料燃燒后產(chǎn)生的高溫?zé)煔馀c來(lái)自爐內(nèi)的循環(huán)空氣混合,達(dá)到直接加熱爐內(nèi)空氣的目的。其結(jié)構(gòu)見圖4。
1—燃燒機(jī) 2—火焰噴嘴 3—燃燒室4—回風(fēng)管 5—循環(huán)風(fēng)機(jī)
在圖4中燃燒室的尺寸:
長(zhǎng)=L火+0.3(m),寬=高=2D火(m)
該加熱器的優(yōu)點(diǎn)是熱能利用率高、熱響應(yīng)速度快以及初期設(shè)備投資較低等。缺點(diǎn)是高溫?zé)煔庵泻形⒘康臒焿m,當(dāng)它通過熱風(fēng)循環(huán)管路進(jìn)入爐體后,會(huì)對(duì)爐內(nèi)空氣的潔凈度產(chǎn)生一定的不利影響。因此,在脫水爐或?qū)t內(nèi)空氣潔凈度要求不高的固化爐中,可用直接加熱器提供熱能。而對(duì)于空氣潔凈度要求較高的固化爐,當(dāng)熱源為燃?xì)鈺r(shí),雖可使用該加熱器,但在使用過程中,需用高溫過濾器對(duì)高溫?zé)煔膺M(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^濾;當(dāng)熱源為燃油時(shí),由于煙氣中的煙塵較重,無(wú)法用過濾解決,在這種情況下,則不能使用直接加熱器,而應(yīng)使用間接加熱器。
2.2.3 間接加熱器
將加熱器設(shè)計(jì)在固化爐熱風(fēng)循環(huán)管路中,依靠加熱器中的一列管換熱器對(duì)循環(huán)空氣進(jìn)行加熱。其工作原理見圖2(圖中受熱介質(zhì)為循環(huán)空氣),結(jié)構(gòu)見圖5。
1—燃燒機(jī)2—燃燒室3—循環(huán)風(fēng)機(jī)4—熱氣箱
5—煙氣排放管6—換熱管7—回風(fēng)管
該加熱器的優(yōu)點(diǎn)是煙氣不進(jìn)入固化爐,因而使?fàn)t內(nèi)空氣具有高潔凈度。缺點(diǎn)是熱能利用率較低、熱響應(yīng)速度慢以及初期設(shè)備投資較大等。因而,該加熱器一般應(yīng)用于對(duì)空氣潔凈度要求較高的固化爐。
該間接加熱器的換熱管數(shù)量,可參照2.1.2節(jié)的方法進(jìn)行計(jì)算,由于受熱介質(zhì)是循環(huán)空氣,計(jì)算時(shí)要將式(5)、(7)更換為式中:h2′———循環(huán)空氣垂直流經(jīng)換熱管束時(shí)的傳熱膜系數(shù),m2·h·℃;
cP———?dú)怏w的定壓比熱,1kJ/kg·℃;
(qm)max———斷面處的最大質(zhì)量流速,kg/h·m2。
2.3 間接式加熱器的一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例
一個(gè)電視機(jī)殼噴漆線的固化爐,爐體容積250m3,固化溫度80℃,循環(huán)風(fēng)量45000m3/h;熱源采用BT40G型單段火柴油燃燒機(jī),輸出功率范圍237～400kW,耗油范圍20～34kg/h,燃?xì)獗?0∶1,煙氣排放溫度設(shè)定為280℃。
根據(jù)燃燒機(jī)的火焰參數(shù),由式(1)、(2)可得燃燒室的直徑為0.5m,燃燒室或換熱管的長(zhǎng)度為1.3m。選用換熱管的規(guī)格為外徑0.04m,管壁厚度0.0015m。將有關(guān)參數(shù)代入(3)式,導(dǎo)出關(guān)系式U=f(n)為:
U=13100/(n+12.5)(11)
將有關(guān)參數(shù)代入式(6)、(9)、(10)式,導(dǎo)出關(guān)系式U=g(n)為:
分別作出公式(11)、(12)的U—n曲線,如圖6,可得交點(diǎn)坐標(biāo)(62,176)。由此可知,該加熱器換熱管數(shù)量應(yīng)為62根,總傳熱系數(shù)是176kJ/m2·h·℃。
3 結(jié)語(yǔ)
(1)通過以上的計(jì)算和分析,可以比較準(zhǔn)確地對(duì)燃油、燃?xì)饧訜崞鬟M(jìn)行設(shè)計(jì)。在兼顧熱能利用率的同時(shí),使加熱器的設(shè)計(jì)趨于合理。
(2)為了提高熱能的利用率,可以適當(dāng)增加加熱管的數(shù)量。但是,要注意由于熱能利用率的提高,煙氣的排放溫度會(huì)降低,當(dāng)?shù)陀诼饵c(diǎn)時(shí),煙氣中的水蒸氣會(huì)出現(xiàn)冷凝,從而腐蝕加熱器。
(3)設(shè)計(jì)涂裝線時(shí),在滿足涂裝質(zhì)量要求的前提下,要優(yōu)先考慮熱能利用率高、加熱快的加熱器,盡可能地節(jié)約能源。
(4)由于柴油、天然氣等燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣溫度極高,加熱器的制作材料一般采用1Cr18Ni9Ti。各部位材料的厚度如下:燃燒室一般是4mm,熱氣箱一般是3mm,換熱管一般是1.5mm。使加熱器既具有良好的抗氧化性,又具有較理想的熱傳導(dǎo)性。
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