涂装线燃油(燃气)加热器的设计及应用

涂装线燃油(燃气)加热器的设计及应用

2006年12月15日 9:20

摘要 : 简要介绍了在小型零部件的涂装线中燃油

( 燃气 ) 加热器的应用 , 对加热器的结构进行了剖析 ,

并探讨了计算加热器参数的方法。

关键词: 加热器 ; 应用 ; 结构 ; 参数

0 引言

在涂装线的设计中 , 如何合理地利用热能是一个非常重

要的问题。在我国很多地区 , 由于工业用电比较短缺和昂

贵 , 因此 , 涂装线中的加热器广泛地采用柴油、天然气等作为热源 , 通过合理的设计 , 既极大地降低了运行成本 , 又满足了工艺要求。本文从一个侧面 , 以电视机壳、空调机壳、自行车前叉和车架等小型零部件的涂装线加热器为分析对象 , 简要介绍了燃油、燃气加热器在涂装线中的应用 , 详细阐述了燃油、燃气加热器的结构和参数的计算。

1 燃油、燃气加热器的应用

按照工件的涂层结构进行划分 , 小件涂装线主要有 4 类 , 燃油、燃气加热器在其中的应用见表 1 。

表 1 燃油、燃气加热器在各类小件涂装线中的应用

2 燃油、燃气加热器的设计

2. 1 脱脂用加热器的设计

2. 1. 1 脱脂用加热器的结构

由于小件涂装线的工件表面油污少、外形简单 , 喷淋脱脂比较容易 , 因而前处理一般采用喷淋式 , 配置有燃油、燃

气加热器的脱脂槽一般布置于脱脂喷淋通道的底部。具体结构见图 1 。

1 —循环泵

2 —脱脂槽

3 —燃烧机

4 —热气箱

5 —回流管

6 —烟气排放管

7 —换热管

8 —燃烧室

图 1 脱脂用加热器的结构

脱脂用加热器为间接加热式 , 主要结构是一列管换热器。一般设计为三回程结构 , 第一回程为燃烧室 , 第二、三回程为换热管。其工作原理见图 2 ( 图中受热介质为脱脂液 ) 。

图 2 间接加热工作原理

2. 1. 2 脱脂用加热器的主要参数

图 1 所示脱脂用加热器的主要参数可以通过多种方法进行计算 , 现介绍其中一种比较精确的计算方法。

(1) 首先参照脱脂工序的热能需求量 , 选用合适的燃烧机 , 根据燃烧机技术参数中的火焰尺寸 , 确定燃烧室的长度和直径 :

L = L 火 + 0 . 3 ( 1 )

D = 2 D 火( 2 )

式中: L ———燃烧室的长度 ,m;

L 火———燃烧机火焰的最大长度 ,m;

D ———燃烧室直径 ,m;

D 火———燃烧机火焰的最大直径 ,m 。

(2) 确定换热管的根数 n: 已知燃烧机的有关技术参数 , 设定烟气的排放温度后 , 在传热方程式中 ,

E = U · A ·Δ t (3)

式中 : E ———扣除烟气排放带走的热能后 , 加热器提供的有效热能 , kJ /h;

U ———加热器的传热系数, kJ / t · h ·℃ ;

A ———加热器的传热面积 , h ;

Δ t ———对数平均温差, ℃。

由于A 是 n 的函数 , 可导出 U 与 n 的一个关系式

U = f ( n) (4)

又因为

1 / U = 1 / h 1 + r w + 1 / h

2 (5)

式中 : h 1 ———烟气在换热管内强制对流时的传热膜系数, kJ / t · h ·℃ ;

r w ———管壁热阻 , 可忽略 ;

h 2 ———脱脂液垂直流经换热管束时的传热膜系数, kJ / t · h ·℃。

根据“空气和燃烧气在管内强制对流时的传热膜系数” [ 1 ] 计算式 , 有

式中 : t 1 ———烟气的平均温度, ℃ ;

V ———标准状态下( 0 ℃ , 760 mm 汞柱 ) 烟气流速 ,m / s;

D 内———换热管内径 , 一般选用 0 1 037 m 。

根据麦克亚当斯 (Mcadams) 方程 [ 1 ] , 有

式中 : t 2 ———水膜温度, ℃ ;

V max ———断面处的最大质量流速, kg/h · m 2 ;

D 外———换热管外径 , 一般选用 0 . 04 m 。

而 (6) 式中V 是 n 的函数 , 所以由 (5) 、 (6) 、 (7) 三式 , 可导出U 与 n 的另一个关系式

U = g ( n) (8)

最后 , 由 (4) 、 (8) 两个关系式 , 即可求得换热管的根数 n 。

2. 2 脱水、固化用加热器的设计

在小件涂装线的脱水烘干、固化两工序中 , 主要采用以下 3 种加热器提供热能 : 燃气式红外辐射器、直接加热器和间接加热器。各种加热器的结构、特点和主要参数的计算如下。

2. 2. 1 燃气式红外辐射器

在脱水炉或固化炉的保温板上 , 直接布置所需数量的燃气式红外辐射器 , 如图 3 。由于热空气密度较轻 , 炉体内的气氛温度上高下低 , 因此 , 炉体底部布置的辐射器功率要适当高于在两侧所布置的辐射器功率 , 使炉内气氛的温度尽可能一致。

1 —燃烧器

2 —天然气喷嘴

3 —室体保温板

4 —陶瓷板

图 3 燃气式红外辐射器结构

常用的红外辐射器 , 是首先将天然气或液化气与助燃空气充分混合后 , 导流到多孔陶瓷板的小孔处 , 在板面上形成稳定的无焰燃烧 , 从而发出较强的辐射热 , 达到直接加热工件的目的。由于其具有热能利用率高、加热快和不需大量循环空气流动的特点 , 使其在外形简单的工件上得到了很好的应用效果。但对于有辐射死角或很难使辐射距离大致相等的工件 , 会出现工件脱水不完全、涂层固化不均匀的弊病 , 在这种情况下 , 则应选择其它方式的加热器。

2. 2. 2 直接加热器

将燃烧室直接设计在脱水炉或固化炉的热风循 __ 环管路中 , 在这里 , 燃料燃烧后产生的高温烟气与来自炉内的循环空气混合 , 达到直接加热炉内空气的目的。其结构见图 4 。

1 —燃烧机

2 —火焰喷嘴

3 —燃烧室

4 —回风管

5 —循环风机

图 4 直接加热器结构

在图 4 中燃烧室的尺寸 :

长 = L 火 + 0 . 3 (m) , 宽 = 高 = 2 D 火 (m)