涂装生产线及其烘房的优化（4）-涂装烘房热风循环烘干机理

主讲/胡玉兵

1、热风循环方式分析

所谓热风循环，就是送回风口位置、规格、数量、分配风量及选用适当风口型式，以便以最小的风量和成本达到最好的烘干效果。对热风循环的任务、送回风口型式、常用的热风循环形式进行分析，得到烘房最佳的热风循环方式。

按照送、回风口的布置位置和型式的不同，可以有各种各样的热风循环形式。大致可以归纳为以下五种：侧送侧回，上送下回，中送上下回，下送上回及上送上回。

（1）下侧送上侧回

下侧送上侧回布置在烘房的侧面上部，空气横向送出，气流吹到对面上转折下落到工作区以较低速度流过工作区，再由布置在同侧或另侧的出风口排出，使工作区处于回流区。由于送风射流在到达工作区之前，已与烘房空气进行了比较充分的混合，速度场和温度场都趋于均匀和稳定，因此能保证工作区气流速度和温度的均匀性。所以，对于侧送侧回来说，容易满足设计对于速度不均匀系数的要求。

此外，由于侧送侧回的射流射程比较长，射流能够充分衰减，故可以加大送风温差。侧送侧回是用得最多的热风循环形式。

图1 下侧送风上侧回风原理图

（2）上送下回

孔板送风和散流器送风是常见的上送下回形式，这样可以形成平行流流型、涡流少，断面速度场均匀。这种送风方式对于温湿度要求精度高，特别是要求洁净度很高的环境，是理想的热风循环形式。

图2 上送风下侧回风原理图

（3）中送上、下回

对于高大空间来说，送风量往往很大，空间上部和下部的温差比较大，因此将空间分为上下部分是合适的，下部视为工作区，上部视为非工作区。采用中部送风，下部和上部同时回风，形成两个气流区，保证下部工作区达到设计的要求，而上部气流区负责排出余热量，这种送风方式难以及时有效地排除工作区的污染物。

图3 中侧送风上、下回风原理图

（4）下送上回

送风口布置在下部，回风口布置在上部，对余热量大的空间，特别是热源又靠近顶棚场合采用这种热风循环方式是非常合适的。但是对于这种送风方式，在烘房顶部两侧的角上会形成涡流，不利于内部空气的流动。

图4 下送风上回风原理图

图5 下侧送风上回风原理图

（5）上送上回

这种热风循环形式是将送、回风口叠在一起，布置在房间的上部，它对于由于各种原因不能在下部布置回风口的场合比较合适的。但容易出现气流短路现象。

综合考虑上述的几种热风循环方式，根据烘房的实际情况，采取在烘房的下侧部相向送风，送入的新鲜空气因密度大而在烘房的底部，当两侧风相遇，慢慢升起，污染物也同时被携带向烘房的上部移动，脱离下层的烘干车身，从而将余热推向上部。同时将出风口设置在烘房的上侧部，在起到空气流动的同时，方便烘房内余热和污染物及时排除，故烘房通常采取的是下侧送风上侧回风的热风循环形式。

热风系统通过引风机进行循环。首先通过电加热器或燃气换热器将循环的气体加热，然后通过引风机将加热后的热空气引入送风道。由于在风道内所形成的静压力，热风便经过风道上的出风口进入烘房室体，与车身进行热交换。然后，经由回风道返回至加热室完成一个循环过程，烘房由出风道和回风道，热风来回循环。加热循环回来的空气为较热空气，在烘干加热过程中损失了部分热量，但温度仍大大高于室温，这样加热器降低运行负载，用相对较少的能量把较热空气加热到符合温度要求的热空气，从而达到节能的目的，如图6所示。

图6 热风循环示意图

（3）烘干速率

在工件烘干过程中，水分子和有机可挥发分子是先从被烘干工件表面涂膜跑到与烘干空气接触的表面。一旦水分子和有机可挥发分子到达表面，根据空气和表面之间的压差，水分子和有机分子就立即转移到空气中。当空气中汽压达到与被烘干工件表面的气压相同值时，烘干则停止。烘干速率可以受水分子和有机可挥发分子内部迁移速率的控制，或者受其从表面向空气中蒸发的速率控制，取决于烘干的条件。事实上，大多数烘干工件随着烘干过程，是从初始阶段的外部烘干过程向内部烘干过程转变。

对于许多被烘干件来说，烘干速率曲线的形状是相似的。在烘干初始有一个短暂的平衡期（指热力平衡）。之后，水分含量和有机可挥发物分子随时间急速下降，几乎呈线性。这种烘干初期之后，随着车身中水分含量和有机可挥发物分子的减少，烘干速率慢得多。烘干速率是水分含量和有机可挥发物分子随时间变化的斜率。烘干速率曲线见图7，是以烘干速率对水分含量（而不是时间）作图。

图7 烘干速率曲线示意图

由于水分含量和有机可挥发物分子在干燥过程中从高到低，因而图的右边起点给出了初始干燥条件。在初始时，干燥速率几乎是恒定的，直到达到临界水分含量和有机可挥发物分子Xc。Xc表示烘干从恒速到降速变化时的水分含量和有机可挥发物分子含量。这种恒速干燥初期被成为恒速期或CRP。在产品被干燥到水分含量和有机可挥发物分子含量低于Xc后，烘干速率降低，称为降速期或FRP。

2、热风循环烘干机理

其原理是：燃烧机加热的空气，形成热风，热风在压力作用下穿过工件，与工件接触并进行热质交换，工件蒸发的水份和挥发物由热风带出，达到加热烘干目的，如图8所示。

图8 热风循环工作原理图

电机1带动风机1，风机1把室温状态的空气吸入燃烧室内，由燃油加热器加热使空气加热；然后开启风机2，把燃烧室内加热好的高温气体吸入烘房进风道，此时，被吸入的高温气体，通过过滤装置的过滤，进入烘房室体。热风吹到工件上，对工件进行加热烘干，风经过这道工序后由出风道重新进入燃烧室，由于工件和其它热损失，热风温度下降，变成温度较低的循环风重新进行加热（同时由风机1吸入新风），经过相同的过程到风机2、进风道、室体、出风道形成热风循环。同时，在这个热风循环的过程中，有一部分含有有机污染物的废气进入尾气燃烧系统处理。