SGMW西涂车间烘干炉应用的新技术

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图1 对流加热区

SGMW西部涂装车间是GM全球所有工厂中第一个完全按照GM北美技术中心的GTR（通用技术要求）设计和建造的项目，其中烘干设备作为涂装车间的主要工艺设备之一，有很多新技术突破了国内传统技术的观念。目前该车间已经满负荷（三班）生产3年多，烘干设备仍运行良好，这在以前的国内项目中是罕见的。
SGMW西部涂装车间项目由机械工业第四设计研究院总承包，项目规模年产40万辆，代表了目前汽车行业国际先进水平。技术方案是由GM召集的技术专家和我院技术人员共同组成的设计团队根据GM GTR的技术要求，并结合目前国内外汽车涂装的先进技术联合设计的结果。笔者参与了这个项目烘干专业的方案联合设计、施工图具体设计、现场建设、调试及试生产的全部工作，下面就本项目烘干设备的一些先进技术特点加以简单介绍。
烘干炉气流平衡系统
烘干炉的气流平衡主要是指烘干炉工艺废气排出量和新鲜风补充量的平衡。通过一定量的新鲜风补充及废气排出，使得烘干炉内部能够保持一个合理的新风换气率，有利于油漆溶剂快速挥发，同时也能保证烘道内溶剂的浓度始终保持在一个安全的范围内。表中列出了各种烘干炉的换气率设置。
换气率计算公式：换气率＝每分钟通入烘干炉内的定量（可调节、测量）新鲜风÷烘干炉内净容积。
废气排出量包括了所有的定量送入烘干炉的新鲜风，也包括出入口门洞渗入的冷风，总排废气量的最低标准除了要满足溶剂浓度的国家安全规范，还必须让烘干炉内形成微负压。
升温区是溶剂主要挥发区，烘干炉内车体的顶部为溶剂密度较大的区域，所以排废气口的布置也考虑了这些客观因素。本项目的烘干炉内独立设置了排废气管道系统，这在以往的烘干炉内是从来没有过的，可以根据实际情况灵活调节各区的排废气量。独立的排废气系统能够高效率地排出高浓度的废气，减少了热量的浪费，达到节能的效果。
对流加热的气流方案
升温区采用大风量低速对流，避免了高风速对湿漆膜的冲击，大风量利于溶剂快速挥发；升温段末端设置了高风速大流量的均温区，使得全车身能快速达到工艺烘干温度。升温段后面全是高风速车体保温段，较少的循环风量和很高的风速，既能保证保温区的温度均匀性，又能起到节能的作用。对流加热全部采用下部送风（见图1），高速热风从车体底部吹入，既能保证底部加热，又避免了高速风直接到达车身引起的漆膜质量不平整、不光滑现象。

图2 辐射加热区

带送新鲜风的辐射升温加热区
升温区采用高温烟气辐射加热的方式（见图2），能有效解决对湿漆膜的气流冲击问题，2000年以后这一方式逐步在国内汽车厂得到广泛的应用。这种方案可以避免高速对流气流的存在。根据GM北美技术中心的建议，本项目上，我们第一次在烘干炉辐射区下部设置了新鲜风管，补充加热工艺温度下的新鲜风以增加溶剂挥发速度，同时提高车体底部厚重底梁的升温时间，有效解决了常规情况下车体底部烘烤不足的现象。辐射风箱底部设计了自由滚动的机构，把以往的辐射风箱的滑动摩擦变成了滚动摩擦，改善了辐射风箱的工况，保证辐射风箱受热膨胀时能够自由伸缩。
烘干炉出入口设置热斜顶及热风幕系统
目前涂装车间常用的烘干炉最节能的就是桥式炉和Π形炉，大型涂装车间一般也都采用这两种形式，但出入口顶部容易冷凝滴油的问题也一直是困扰各汽车厂家的重要难题。
本项目上，我们在烘干炉出入口的斜坡段顶部设计了热顶（图3），把加热的新鲜风通入热顶，使得热顶温度高于烘干炉内热风的温度，避免了顶部的凝结滴油现象。新鲜的热风在通过热顶后由管道进入升温区前的烘干炉端口，然后通过过滤器送入烘干炉内。这种从烘干炉端口补充新鲜热风的方案在保证烘干炉负压效果的同时有效减少了端口冷风的吸入，增加了烘干炉内温度均匀性，也使得位于烘干炉端口的加热区仍能达到工艺温度，延长了烘干炉的有效加热长度。

图3 带热顶新鲜风的入口斜坡段

加热装置
图4所示为热风加热装置阀组。对于热风炉，一般人们常关心的是它的热效率和使用寿命问题，很少注意使用性能方面的问题。通常的热风炉燃烧捅温度普遍较高，在使用中容易造成溶剂中部分成分碳化，影响漆膜质量。本项目的热风炉采用了低容积热强度的燃烧室，燃烧桶外壁温度不得高于600℃，避免溶剂碳化现象。为了提高传热效率，通常的换热器一般采用翅片管，但同时存在一个缺点，就是翅片管内容易积灰而且很难清洁，本项目的换热器全部采用了光滑不锈钢管，不容易积灰，易于清洁。传统的热风炉是没有排烟风机的，全靠燃烧器的风机来克服整条燃烧系统的阻力，一旦燃烧风机出现问题，容易造成燃烧桶爆炸，为了确保燃烧器的充分燃烧和安全，我们在每台热风炉上单独设计了一台排烟风机，使得燃气热风炉全部是负压燃烧，燃烧更加充分，安全性能也大大提高。

图4 热风加热装置阀组

此外，燃气阀组第一次增加了VDK监测装置，每次开机时都要测试一遍自动关断阀的密封性，确保安全的情况下才能给燃烧器点火。涂装车间烘干炉的风机使用工况最差，安全性能却要求最高，本项目在国内第一次引进了美国高性能的工业风机Twincity，它除了传统的一些性能较为优越以外，更有皮带自动张紧、机翼型叶轮两项特点。
分区独立供热加集中废气处理相结合
每台烘干炉分多个加热区，每区各设一台燃气加热炉，每条烘干炉独立设一台新鲜风加热炉，供给升温区及出入口斜坡段。所有烘干炉废气通过管网集中引到车间外的废气处理装置（RTO）集中处理。如图5所示，RTO与烘干炉联锁。分区独立加热加上独立的废气处理装置的方案和欧洲国家常用的集中供热方案相比更能减少对生产状况的干扰。因为同一台装置不能同时保证加热工艺状况和废气处理状况，而且集中供热系统的任何一个环节出现问题，整条烘干炉都必须停止工作，所有这些矛盾在我们的独立加热和独立废气处理的方案中得到解决，所以我们的生产线能保证高效率的生产。

图5 集中废气处理装置（RTO）

IMC输送系统
本项目的烘干炉在国内率先采用了目前先进的IMC（反向单轨输送机）输送机，IMC较常规的烘干炉输送机相比具有以下优点：
1．驱动单元、张紧装置、润滑器和所有控制元件布置在烘干炉外，无需耐高温控制元件。
2．输送机本身能够上坡和下坡，因此可以省去耐高温升降机和滚床。
3．输送机本身能够水平回转，因此线路布置灵活，可以是直线、U形或者S形。
4．链条和承载小车由耐高温滚动轴承支撑和导向。轴承采用开放式结构，稀油润滑，故运行平稳、阻力小，能耗低，润滑周期长，润滑油耗量少，运行成本低。
5．链条和承载小车运行稳定，橇体和工件在小车上支撑和定位可靠，故障率很低。
6．橇体和链条之间有较大间距，橇体不易被润滑油污染，洁净度高。
燃烧控制系统
每台烘干炉设一个主控柜（MCP），每台热风炉现场安装一个燃烧控制柜（RCP）。MCP和RCP之间通过总线进行数据交换。燃烧控制系统具有燃烧器点火前的预吹扫、高压点火、燃烧监测、熄火保护、超温报警和超温切断燃料供给等自动功能。MCP控制整条烘干设备的启、停及自动运行，包括与废气处理设备、输送设备的连锁功能，MCP根据各区温度反馈信号连续比例调节各区燃烧器的功率输出。每台烘干炉设一台HMI，能方便地查询、跟踪烘干炉的运行状况及参数设置。
这套烘干加热设备的运行稳定性能及先进的工艺性能已经得到了用户及众多汽车厂家的好评，目前已经成功推广到上汽、南京名爵、海马等厂家的新建项目中。

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