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一体式客车喷烘漆房设备的设计与应用

江苏大型客车喷漆房厂家,可设计制造铁路客运客车喷砂-喷烤漆房一体生产线,产品可用于大型公路客运汽车和铁路客运车厢以及大中型工程车辆的首次喷砂清理和喷漆涂装,同时用于二次涂装反新作业,生产线自动化率高,安全环保,节能高效,欢迎咨询了解。

客车喷漆房
客车喷漆房

1 客车车体涂装的现状 

长期以来,传统客车车体喷漆一直是采用油漆喷涂+电加热烘漆的方式,能 耗高,污染重,已经不适应当今倡导的低 碳环保型经济理念。

上海车辆段段段修车间坐落于上海 市静安区,属于人口密集型地区,对环保 排放要求极高。因此以长期稳定达标排 放、节约能源为核心,设计应用了一体式 客车喷烘漆房设备,大大降低客车车体 涂装过程中有机挥发成分的产生,在根 本上解决了 VOC(挥发性有害气体) 排 放量大的问题,减轻了作业环境靠近居 民区的环保压力,实现了在人口密集型 地区依法合规的段修生产。

2 一体式客车喷烘漆房设备的设计应用

2.1 主要工作原理

一体式客车喷烘漆房设备用于客车 车辆车漆喷涂及强制干燥,主要具有通 风、空气净化、漆雾处理及喷漆后的烘干 功能。

根据段修每周进、出车计划,喷烘漆房尺寸为 84×60×6.3(长×宽×高)(m),可 满足三辆车同时喷漆及烘干作业,全室 理论总送风量应达 400 000 m3/h。若采用 集中供风的方式,风量过大,能耗过高。 因此,化整为零,将送排风系统分成 7 套 独立的单元,实现分段送、排风。每套送、 排风机组由 1 台送风机和 1 台排风机组 成。通过控制每套独立单元的风量,以满 足 3 个工位喷漆和烘干各工况下不同风 量的需求,同时实现相对能耗最小化。

在喷漆工况下,送风风阀 F1、排风 风阀 F2 完全打开,循环风阀 F3、废气风 阀 F4 关闭,送、排风机同时工作,通风系 统向室内供应 100%的室外空气,并通过 变频器控制风机保持室内微负压25Pa~ 50 Pa,通风方式为上送下吸。室外新鲜 空气由进风口经过初效过滤器、中效过 滤器、升温段、送风机段进入静压室,静 压室底部的过滤顶棉对气流进行均压, 并阻截尘埃。清洁空气呈层流方式进入 室内,在工件周围形成风幕,使喷漆剩余 漆雾不向四周弥散,以保护作业人员的 劳动安全。此时,室内有载风速为 0.5 m/ s 左右,在气流的作用下喷漆剩余漆雾 将不会在操作者呼吸带附近滞留,而随 气流下降,在排风机的引力作用下,气雾 经过折流、沉降和吸附的处理后经环保 箱净化通过排风烟囱排出室外,废气排 放满足 GB16297-1996 的标准。

在烘干状态下,95%空气循环利用, 5%空气通过废气溢流风机排至室外,保 持室内有一定的气体溢流,避免废气浓 度过高。此时循环风阀 F3、废气溢流风 阀 F4 和送风风阀 F1 开启到设定位置、 排风风阀 F2 关闭,排风机不工作,送风机和废气溢流风机同时工作,送风机通 过变频器调节送风量,废气溢流量约为 5 000 m3/h。

2.2 主要设备说明

一体式客车喷烘漆房内设备主要由 室体、供风加热系统、空气净化系统、排 风及漆雾处理系统组成。配套相应的压 力检测系统、可燃气体监测报警系统、电 控系统、组及电动工作走台。

室体由漆房主体、大门、安全门、照 明装置等部分组成的封闭空间,形成涂 装作业有限场所。室体采用既有房屋结 构,增加顶部钢平台放置送排风机组。在 室体顶部共安装 2 排防爆照明灯组,照 明灯具设置按GB14444-2006《喷漆室安 全技术规定》要求。照明分组控制,每组 照明灯可选择开启数量。室内照度> 500LX,照度均匀。在室体底部两侧共设 置 2 道排风沟,风沟的地板格栅上平面 在±0 处,格栅盖板与钢轨下底面平齐。

供风加热系统共配备了 7 套供风机 组及热泵加热装置。为了满足室内三个 台位的通风换气要求,供风系统与排风 系统配合运行,以保证喷漆作业产生的 有机气体和过喷漆雾被良好捕捉并处 理,使操作环境达到劳动保护要求。通风 方式采用上送下吸式,使室内实现层流 送风,室内平均有载风速为 0.30 m/s 左 右。冬季室外空气温度过低时,启动加热 装置可以实现喷漆作业和烘干作业时环 境温度的提高。

每套供风机组由进风口、吸风道、进 风调节阀、进风过滤系统、加热系统、送 风机、箱体、导流板、顶部静压室、循环风 阀、循环风道组成。全室送风由 7 套供风机组完成,每套供风机组供风量为 60 000 m3/h 左右,选用空调专用风机,具 体参数见表 1。

空气净化系统采用三级过滤方式, 即粗效过滤、中效过滤和高效过滤。粗、 中效过滤设置在风机之前,对空气进行 初级净化,粗、中效过滤采用布袋式过 滤,安装在滑道内,便于更换;高效过滤 安装在静压室底部,对空气进行高效过 滤和均压,过滤后保证进入漆房内的空 气洁净度达到尘埃量不超过 1.5 mg/m3, 15 μm 以上的尘埃 100%过滤。过滤材料 均为阻燃材料,耐温≥100°C,耐湿 100%。

排风及漆雾处理系统主要包括漆雾 过滤装置,活性炭吸附脱附装置及排风 机组成,其作用是使送风气流顺利排出 并处理喷漆剩余漆雾中的有害挥发物。 漆雾在高速气流的作用下落入底部过滤 材料上,其中固体分被阻拦,溶剂中的有 害气体被稀释并经活性炭吸附后达标排 放。在底部两侧地沟内安置有漆雾过滤 装置,用以过滤喷漆剩余漆雾中的树脂 等固体分。

漆雾过滤装置主要采用过滤底棉, 其主要技术指标见表 2。

根据现场涂装工艺状况及空间位 置,对应送风系统,配置了 7 套排风及废 气处理装置,排风机功率为 37 kW,单套 设备处理能力为 60 000 m3/h。当吸附快 饱和时,开启脱附箱进行脱附解析,解析 完后,恢复吸附功能。

在室内两侧设置电动升降台,每组 升降台尺寸根据现场情况制作,承载≥ 300 kg;升降台工作范围为 0.5 m~4.5 m, 便于人工作业。控制系统采用触摸屏+ PLC 控制各执行器自动运行。喷烘漆室内设计配置压力报警装置、温度保护装 置及可燃气体检测报警装置,该保护装 置均与控制系统连锁,以保证设备安全 运行。

2.3 净化处理工艺 

喷漆废气净化处理工艺采用: 干式过滤+活性炭吸附浓缩+催化燃烧解析 的处理工艺。

2.3.1 废气净化处理过程

废气经冷却后由引风机吸至高效过 滤装置,然后进入活性炭吸附箱,此时有 机废气经过活性炭时溶剂即被吸附在活 性炭表面,而洁净气体由后置引风机排 至室外。

2.3.2 废气基本净化工艺原理 

基本原理:利用蜂窝状活性炭多微孔的吸附特性吸附有机废气。蜂窝状活 性炭具有性能稳定、抗腐蚀和耐高速气 流冲击的优点,用其对有机废气进行吸 附使净化效率高达 85%~90%。

整套吸附和催化燃烧过程采用 PLC 电器自动控制。活性碳吸附饱和后用热 空气脱附再生使活性碳重新投入使用, 通过控制脱附过程流量可将有机废气浓 度浓缩 10 倍~20 倍,脱附气流经催化床 内设置的加热装置加热至 250°C左右,在 催化剂作用下起燃,催化燃烧过程净化 效率可达 97%以上,燃烧后生成 CO2 和 H2O 并释放出大量热量,该热量通过催 化燃烧床内的热交换器一部分再用来加 热脱附出的高浓度废气,另外一部分加 热室外来的空气做活性碳脱附气体使 用,一般达到脱附~催化燃烧自平衡过程 须启动加热器 1 h 左右。达到热平衡后 关闭加热装置,这时再生处理系统靠废 气中的有机溶剂做燃料,无须外加能源 基础上使再生过程达到自平衡循环,极 大地减少能耗,并且无二次污染的产 生。

2.3.3 废气深度净化工艺原理 

当活性炭吸附一段时间后即已处于饱和状态不能正常吸附溶剂,此时必须 要对活性炭进行脱附,脱附的介质是热 空气。因此,配置了一套废气脱附催化燃 烧装置,对废气进行深度净化处理,确保既能处理被解析的有机溶剂,又能发出 热能产生热气流对活性炭进行脱附。

废气催化净化装置由主机、引风机 及电控柜组成,净化装置主机由换热器、 催化床、加热组件、阻火阻尘器和防爆装 置等组成,阻火除尘器位于进气管道上, 防爆装置设在主机的顶部。催化燃烧治 理原理是将有机气体源通过引风机作用 送入净化装置。首先通过除尘阻火器系 统,然后进入换热器,再送入到加热室, 通过加热装置,使气体达到燃烧反应温 度,再通过催化床的作用,使有机气体分 解成二氧化碳和水,反应后再进入换热 器与低温气体进行热交换,使进入的气 体温度升高达到反应温度。如达不到反 应温度,这样加热系统就可以通过自控 系统实现补偿加热,使它达到完全燃烧 温度而反应,不但节省了能源,而且也确 保废气有效去除率达到 97%以上,符合 国家排放标准。

2.4 能耗经济分析 

2.4.1 烘漆工艺要求

一体式喷烘漆房设备主要能耗来源 于室内温湿度调节及烘漆过程中加热挥 发,具体温湿度要求见表 3。

2.4.2 加热设备的选型和说明 

烘漆设备需把 1 800 m3 的环境温度从 5°C升温至 50°C计算,则热负荷为: 1800 m3 空气 Q=C×m×(t2-t1)=1.003×1 800×1 000×1.29×45=104 803 kJ。 (空气的比热容 C=1.003J/(kg×K),1 m3 的 空气质量 m=1.29 kg)

热泵烘干机能将周围环境中的低品 位热能转移到高品位热能,通过控制装 置的工况,使干燥室的热干空气的能级 提升,实现直接利用。因此,选用热泵烘 干机循环式机组,机组实物图见图 1。

设备主要说明安装如下:

(1)在喷烘漆房南侧副房房顶上装机组铜管与房内冷媒加热组件对接,蒸 发器交换后的冷量直接排到室外。热泵主机均应 放置在烘房副房顶面用槽钢加固的钢结 构平台上,以分散重力。

(2)系统构成:热泵系统主要由热泵机组模块式组合、加热组件、冷凝管道排 水组件、联接铜管及控制柜组成。

( 3 ) 工 作 方 式 :采 用 强 制 循 环 ,运 行 稳定。

(4)温控系统:热泵由温控柜全自动 控制,升温可在 25°C~50°C之间任意设 定,当使用时,烘干房的温度低于所设定 温度时,系统自动启动,热泵机组工作, 当达到所设定温度时,系统自动关闭,保 证热泵系统全天候供应。

(5)电力需求:主电源总负荷为 150 kW。

2.4.3 经济效益对比 

以冬季三个台位全开全室烘干计算,将常规电加热与热泵进行经济性及 使用性能对比,具体对比见表 4。

一体化客车喷烘漆房利用先进高效 的烘漆加热技术,极大程度地降低了能 耗,节约了成本。

3 结束语 

综上所述,通过深入分析客车车体涂装的既有现状,积极探索改革方向,优 化工艺方案,并在研讨论证的基础上考 虑利用现代先进的科学技术。一体式客 车喷烘漆房设备的设计应用,实现了车 体涂装的技术先进、成本节约、节能环 保、劳效优化的目标。

从事喷砂房-喷漆房涂装线设计制造10年以上,产品覆盖全球,欢迎来厂参观。

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