燃烧加热技术在表面处理行业中的应用蔡建宏１前言金属表面处理过程中需要在加热条件下加工的工 序很多。在电镀工艺中例如工件镀前脱脂，电镀，磷化以及钢铁的碱性氧化等；在涂装工艺中例如 工件涂漆的前处理加工，烘烤类型油漆层的干燥，电泳涂层，粉末涂层的固化等等。因此，表面处 理行业也是一个能耗大的行业。各种槽液传统的加热方法是在蛇形管中通蒸汽或用电加热器。烘干 箱传统的加热方法则采用电加热器加热或远红外加热器辐射加对流加热，如果采用蒸汽加热，那么 最好使用过热蒸汽，对于加热温度更高的加工工序，如电泳涂层，粉末喷涂层的固化，只能采用电 加热。总之传统的加热方法离不开蒸汽和电，但蒸汽加热方法使用的范围受到一定的限制，除非是 在集中供热的城市或设有锅炉站的大型工厂中才有可能较大面积的使用蒸汽加热，大多数的企业还 是使用电加热为主。由于表面处理加工用电量大，因此工艺和生产规模就必然受到该城市供电紧张 程度的制约。科技工作者长期以来一直在研究开发节能型工艺如常温脱脂，常温磷化，常温发黑， 低温镀铬，低温烘烤漆等。总的看来取得了不少成果，但是大部分需在加热条件下加工的工序仍然 不能完全被常温或不加热替代，尤其是北方寒冷地区，室温低的时候，加热仍然是不可避免的。另 一方面加热的工艺生产效率高，例如加温脱脂时间、加温酸洗的时间，加温烘烤涂层，涂层的干燥 时间均比常温的时间要短，结合力及耐蚀性能亦比后者好，所以表面处理生产与供电之间矛盾是回 避不了的。随着国民经济的发展，尤其是中国实行改革开放以后，产品在市场上销售竞争很激烈， 产品外销时与同类国外产品相比，外观的差距很大，逐步使大家认识到产品表面处理的重大作用， 并把它看成是参加竞争的主要内容之一，由于需要表面处理加工的产品零部件大量增加以及表面处 理质量要求尽快的提高，使许多生产机电产品轻工产品的工厂面临必须扩大生产规模，对生产线进 行技术改造，或增加新的生产线，这时最棘手问题之一，是如何解决增加能源供应问题以保证表面 处理加热的需要，涂装行业在这方面的矛盾比电镀行业更为突出，还有一个值得注意的问题是电力 价格的上涨，使表面处理生产成本中能源所占的比重亦愈来愈高，有的地方甚至已达到能源成本占 全部表面处理生产成本的３０％～４０％。因此寻求电加热以外的其他方法已不得不提到议事日程 上来，笔者认为积极开发利用燃油及燃气进行燃烧加热的技术代替电加热是一条有效的措施，推广 应用这种加热方法不仅可以缓解争电的矛盾，同时还因为这种加热有它自己的特点而受到青睐，即 使在用电很方便的工业发达国家，燃烧加热方法与电加热方法一样都得到普遍的应用，在我国广东 深圳等地区，由于邻近香港，东南亚，吸收这种技术应用于表面处理生产较早，因此已取得明显的 效果，随着我国的石油工业及石油化工工业的迅速发展，石油燃料的供应已不困难，如柴油等在加 油站已能自由购买，燃气如城市煤气，天然气或液化石油气在各大城市中应用亦愈来愈广泛，液化 石油气能通过公路运输从产地扩散到其他城市，天然气可以通过管道输送到各地去，近几年来许多 城市利用煤资源兴建城市煤气制造厂，所以推广采用燃油或燃气的燃烧加热技术已具备了基本条件 。２燃烧加热的特点及其应用在实际工业生产中应用燃烧加热方法可以划分为二类，一类用燃油如 柴油，重质油作燃料，一类是用燃气如城市煤气，天然气，液化石油气，丙烷、丁烷等气体作燃料 。南京表面处理研究会（邮编２１０００４）２．１燃油燃烧加热的特点及其应用２．１．１用燃 油进行燃烧加热就是将燃油雾化蒸发或雾化热分解呈气态后与空气混合进行燃烧，将燃烧产生的热 能间接或直接用于加热物料，其过程如下：燃油燃烧加热通常较多的是使用间接加热方式进行，加 热是由燃油供给系统，燃烧机，热交换器，废气排放系统，控制系统等部分组成，具有如下优点： ①采用间接热交换时由于燃气不直接与被加热物料接触，因此采用的燃烧品种面宽，燃油中的有害 杂质量不受严格限制，②加热系统简单，设备投资少，上马快，这种加热方法既可应用于表面处理 槽液的加热，亦可以用于加热烘箱内空气，既可一台燃烧机专门加热一只槽子，亦可以加热热载体 ，再用热载体分别加热多个槽子。２．１．２应用于加热表面处理槽液前几年我们曾为深圳一家中 美合资公司设计制造了一条金属件涂漆前处理生产线，生产线中的脱脂槽，中温磷化槽，钝化槽以 及热水槽都是采用燃油燃烧加热方式进行槽液加热的，工艺要求槽子应具有满载工件时槽液能够被 加热到８０℃的能力，槽体内尺寸为２５００×１５００×２７００ｍｍ，槽内盛放８１００Ｌ溶 液，经计算如果采用电加热槽液，在槽内要装每支功率为３ｋＷ（２２０Ｖ）的电加热器５０支， 总功率为１５０ｋＷ时，预计加热时间至少需要５ｈ，才能从室温升到８０℃现在采用燃油燃烧加 热，在槽子上安装一台功率为３５０ｋＷ的进口燃油燃烧机，经实际测试只用了３ｈ，即将８１０ ０Ｌ槽液从室温２０℃加热到８０℃，实际消耗柴油７５Ｌ，当燃烧机停止加热后，在有槽盖的情 况下保温１６ｈ，槽液温度变为７５℃，仅下降１０℃，槽液的温度控制是通过温度传感器给出的 信号控制燃烧机的启动与停止来达到，控制精度与电加热一样，该生产线已在深圳运行近二年，一 直很正常。生产实践证明，既节省了大量电力又降低了运行费用，如采用电加热，电费以０．５０ 元／ｋＷ计，５ｈ将支付电费３７５元，现在采用柴油燃烧加热，油价以２．００元／Ｌ计，３ｈ 共支付油费１５０元运行费用仅为用电费用的４０％。２．１．３应用于烘箱（烘道）内循环空气 加热烘箱中循环空气的加热是通过与燃油燃烧产生的燃烧气体进行间接热交换方式进行加热，钢铁 制品磷化后进行热风吹干用的烘箱，涂漆层烘干箱，电泳涂装层固化烘箱，粉末喷涂层固化烘箱均 可使用燃油燃烧加热，烘箱的结构可以是箱式的，亦可以是通道式的，烘箱循环风量的计算和风流 的组织与电加热烘箱相同，甚至由于箱体内不安装电加热器，使气流的组织更为方便，热交换器的 热交换面积愈大则热能利用愈高，愈节约燃料，由于燃烧气体温度很高与被加热的空气之间温差很 大，因此加热速度很快，只要烘箱保温性能好，烘箱内循环空气的温度可以比较容易地达到２５０ ℃。前几年我们曾为广东江门某汽车厂设计制造了一台燃油燃烧加热烘箱，烘箱的内部尺寸为８０ ００×３６００×３００ｍｍ，要求烘箱内装载有２ｔ重的涂装工件时烘箱具有加热到１４０℃的 能力，产品工件实际烘干温度１００～１２０℃，该烘箱原设计采用电加热的，装机功率预定为２ ２０ｋＷ，由于江门地区供电紧张，厂方要求改用燃油燃烧加热代替电加热，修改设计后为烘箱配 备一台功率为３５０ｋＷ的进口燃油燃烧机，采用燃油燃烧加热。设备建成投产后经测试：烘箱空 载加热，自室温升到１４０℃仅需２８ｍｉｎ；当烘箱中装有将近１４００ｋｇ的工件自室温加热 至１２０℃只用了４５ｍｉｎ，耗油量为２９．５Ｌ，如柴油以２．００元／Ｌ计算，燃料费用仅 ５９元，假如采用电加热运行费用肯定高于燃油的费用，即使按装机容量２２０ｋＷ计算，工作４ ５ｍｉｎ，电费以江门地区价１．００元／ｋＷ计电费为１６５元，燃烧加热的加热费用仅为电加 热的３６％，该烘箱已在广东江门运行一年，一直很正常，生产实践结果同样说明既节省大量电力 ，又降低了运行费用，取得了良好的经济效益和社会效益。２．２燃气燃烧加热的特点及其应用用 燃气进行燃烧加热就是将可燃性气体如城市人造煤气，天然气，液化石油气，丙烷，丁烷等在专门 的燃烧装置中先与空气按最佳的燃烧比例混合后再点火进行燃烧，燃烧产生的热能用于加热物料， 其过程如下：煤气（天然气，液化石油气）→燃烧经燃烧产生的高温气体与烘箱中的循环空气进行 直接热交换，使循环空气温度升高达到工艺规定的温度，使用燃气燃烧加热的烘箱或烘道已成功地 应用于国内自行车，汽车，家电生产行业，由于燃气燃烧的气体中不含任何污染涂层的杂质，因此 能直接与循环空气混合，燃烧产生的热能可以完全利用，达到高度节能的效果。除此之外漆膜在烘 道中干燥时挥发出来的有机溶剂也随着循环空气通过燃烧装置而被烧掉。所以使用这种加热方式的 烘箱（烘道）不存在排放废气和废气处理等环保问题，在华东地区就有二家自行车厂在改造涂装车 间时就采用了这种燃气燃烧加热技术作为自行车车身及零件静电喷漆后和粉末喷涂后涂层的烘干和 固化用烘道的加热代替用电加热，取得了非常好的效果，燃气燃烧装置是采用从日本进口的能产生 ４００ｋＷ功率的燃烧装置，外形尺寸为１５００×９５０×１５２５ｍｍ，装置分为上下二部分 ，上部为燃烧室，下部为空气和燃气按比例定量混合系统和燃烧安全监控系统，空气和燃气分别通 过分配阀门和监控仪表按严格的比例混合后送入燃烧室（混合室），全部燃烧过程受智能安全燃烧 监控系统的控制，因此安全可靠，装置１ｈ消耗液化石油气约３３ｋｇ，以４石元／ｋｇ计算，燃 料费为１４８．５元；如用电，电费以１．００元／ｋｗ计，１ｈ电费将高达４００元，燃气的运 行费用仅为电费的３７％。使用燃气燃烧加热涂装烘箱，烘道的企业，不仅华东有，在广东则更多 ，深圳中华自行车厂，亚洲自行车厂，顺德美的空调器厂等早已使用多年，它们的生产实践证明了 采用燃气燃烧技术的优越性。３燃烧加热技术的安全性在推广应用燃烧加热技术时，首先遇到的思 想障碍是燃烧加热装置在使用过程中是否安全，是否会发生爆炸，是否有可靠的防爆措施，我们认 为８０年代燃烧加热技术之所以能够在国内外迅速发展推广应用，就是因为整个燃烧系统已经具备 了安全可靠运行的这个首要条件。我们知道，爆炸是由于燃烧系统内积聚的燃料和空气的混合气体，其浓度已处在爆炸界限之内，当该空间内一旦出现火种，就会立即发生爆炸，产生爆炸的基本条件是燃料、空气和火源三个因素，缺少其中任何一个因素，爆炸就不能发生，在燃烧系统中要控制空气和火源二个因素是很难做到绝对可靠的，因为空气很容易进入燃烧室内，另一方面只要开动燃
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