热平衡焚烧炉都是如图所示两种 涂料溶剂的性能对彩涂生产线节能减排的影响

涂料溶剂的性能对彩涂生产线节能减排的影响

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赵永平

(武汉中冶斯瑞普科技有限公司,湖北武汉430073)

摘要:通过分析彩涂生产线中,全新风焚烧、固化系统的热平衡中涂料性能对热平衡的影响,提出涂料性能对生产线节能减排的指导意义。

关键词:烘干炉;焚烧炉;固化炉;VOC热值

中图分类号:TK173 文献标志码:A 文章编号:1002-1639(2012)01-0061-02

随着工业化的发展,市场对彩色涂层带钢质量的要求越来越高,而作为生产线一个关键的系统,全新风烘干、焚烧系统,越发显得至关重要。彩涂生产使用涂料的成膜固体含量约为55%左右,其余均为挥发性的溶剂,它只起到改善黏度,满足涂装工艺需要的作用,在烘干时全部挥发到炉气中,而不参与交联反应,也不会成为干膜的组成部分。各厂家溶剂的成份略有不同,以前大多使用苯类有机物,随着对环保要求的提高,目前大多采用酮酯醚类有机物,所以溶剂气的热值也有着较大的差异,进而对生产线烘干系统也提出了更高的要求。

全新风涂层烘干炉、废气焚烧炉是彩色涂层生产线的关键设备,也是生产线中热量消耗最多的系统设备,与生产运行成本、产品质量及产品合格率密切相关。该涂层固化、焚烧炉系统是废气治理与热量回收功能为一体的环保节能的新型系统。系统能对涂料产生的废气(溶剂蒸汽)进行有效的净化处理,并将废气产生的热量返回至设备中进行使用,很好的补充了涂料在固化时消耗的热量,由废气(溶剂蒸汽)净化返回的热量达到了涂层固化时热量消耗的30%以上,从而大幅度的降低了生产线的运行成本。而该废气(溶剂蒸汽)量及其发热值的大小,直接影响生产线的节能减排效果,及系统的稳定性。

所以,生产线所用涂料溶剂的成份、发热值对整个固化、焚烧系统的稳定及生产线的节能减排有着至关重要的影响。

1·焚烧系统介绍及流程图

全新风固化、焚烧系统主要由初涂固化炉、精涂固化炉、焚烧炉、高效换热气及管道等组成。固化炉采用全新风循环烘烤式,既保证了油漆固化的温度,又保证了带钢表面的清洁度。焚烧采用热力燃烧法是使废气中的VOC达到其裂解氧化的条件,发生充分燃烧,并放出一定的热量,该技术的VOC处理率可达95%,工艺技术可靠,没有二次污染。

初涂固化炉与精涂固化炉的VOC由引风机从固化炉内抽出,进入VOC换热器将其预热,然后送入焚烧炉内进行焚烧;新风风机将新鲜空气鼓入新风换热器中将其预热至480℃左右,然后再分配进入两个固化炉中,为其提供源源不断的热量和新鲜空气。换热器与焚烧炉采用串联连接,将焚烧炉燃烧后的废气热量最大限度的回收,使得排烟温度降低至150℃左右,从而达到节能的目的。系统流程图如图1所示。

图1 系统流程图

图1 系统流程图

2·系统热平衡及其原理

整个系统除了要达到热平衡外,同时要满足安装运行情况下的气体平衡。溶剂挥发后的有机物废气称为VOC,不管哪一类溶剂产生的VOC都是可燃气体。VOC浓度低于爆炸极限浓度的下限或高于爆炸极限浓度的上限就不会发生爆炸,通常采用的安全区域都是将可燃物的浓度控制在其爆炸极限浓度的下限的25%以下,所以要大量的空气来稀释其浓度,这就要求整个系统在满足热平衡的同时,也要满足气体平衡1-2。

根据全新风系统流程设置初始条件:年产10万t,带钢规格0.5cm×1250cm×80m/min,带钢烘干温度≥240℃,热风预热温度480℃,排烟温度≤150℃,VOC预热温度400℃,热平衡(已考虑气体平衡)如下:

(1)热量支出为out=1+2+3

式中:out为系统支出总热量,kJ/h;1为初涂炉支出总热量,kJ/h;2为精涂炉支出总热量,kJ/h;3为焚烧炉及管道支出总热量,kJ/h。

(2)热量收入为in=4+5

式中:in为系统收入总热量,kJ/h;4为VOC燃烧总热量,kJ/h;5为天然气燃烧总热量,kJ/h。

其中,VOC热值按照20925kJ/kg计算,固份含量以初涂45%,精涂55%计算:

计算公式

(3)根据热平衡计算,VOC热值与天然气的关系,如图2所示。

图2 VOC热值与天然气耗量的关系

图2 VOC热值与天然气耗量的关系

图3 吨钢消耗与VOC热值的关系

图3 吨钢消耗与VOC热值的关系

(4)涂料固份含量与吨钢消耗的关系如图4所示。VOC热值按照5000×4.18kJ/kg计算。

图4 吨钢消耗与固份含量的关系

图4 吨钢消耗与固份含量的关系

从图2和图3可以看出,吨钢消耗天然气量基本上与VOC热值成线性比例下降。VOC热值的大小直接影响天然气的用量,进而影响着整个系统的平衡,因为全新风固化、焚烧系统比较复杂,系统的热平衡与气体平衡是至关重要,也是生产中比较难调整的。

从图4可以看出,吨钢消耗天然气量与固份含量基本成反比关系,但由于不同种油漆中固份比例变化不是太大,对吨钢耗气量的影响相对也比较小。

3·生产节能减排的指导意义

综上所述,了解不同涂料中溶剂的性能,对整个系统的平衡,生产线的稳定运行,及节能减排都有着重要的指导意义。

(1)在更换涂料时,如果两种涂料固份含量及VOC热值相差比较大时,提前根据两种涂料的热值找出相应的系统平衡点,进行提前调节或采取调速的方式,以减少在更换涂料后的一段时间里造成的能源浪费。

(2)根据涂料VOC热值,可以高效的设定天然气合适用量,设定燃烧器的合理燃烧功率,缩短系统自我调节的时间,从而避免了系统自我调整过程中多余能量浪费。

(3)考虑到安全因素,在调节整个系统时,先要保证其气体平衡,然后在气体平衡的基础上调节,使其达到热平衡。

参考文献:

[1]陈迪安.彩涂板生产线烘烤炉热平衡校核计算[J].工程与技术,2003(2):35-38.

[2]王秉铨.工业炉设计手册[M].3版.北京:机械工业出版社,2010

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