CN101214479B - 彩色钢板惰性气体循环加热固化的方法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢板表面处理、涂料热风加热固化防爆节能技术领域，特别是一种彩色钢板惰性气体循环加热固化的方法及其设备。方法包括在热风式固化炉中进行涂料的加热固化，燃料燃烧后的烟气通过热交换器将空气加热，由鼓风机送入涂料固化炉对带钢进行加热，涂料固化，通过控制燃烧炉和焚烧炉的燃气比，控制废气中的含氧量在12％以下，对废气中的氧含量自动分析，并和风量自动调节、自动报警系统连锁，以气刀实现炉内外气氛的隔离，实现连锁自动控制和自动启动应急。设备包括天然气管路，焚烧炉和燃烧炉，助燃空气管路，换热器，循环风机，涂料固化炉，氧含量自动分析仪、测温装置、测压装置，切断阀，气刀，连锁控制装置。可节约燃料50％，二氧化碳排放量减少一半。相应地成比例降低风机的电力消耗。

Description

彩色钢板惰性气体循环加热固化的方法及其设备

技术领域

本发明涉及钢板表面处理、涂料热风加热固化防爆节能技术领域，特别是一种彩色钢板惰性气体循环加热固化的方法及其设备。

背景技术

目前国内外利用液体涂料生产彩色涂层钢板，主要是采用热风加热固化工艺技术。使用的燃料多为天然气，也有的使用煤气或轻油的。生产涂层钢板的工艺以二涂二烘工艺为主，也有一涂一烘和三涂三烘的。以二涂二烘工艺生产为例，工艺流程如下：

开卷→切头→切尾→缝合(或焊接)→去毛刺→磨刷→脱脂处理→挤干→活套→磷化处理(或表面调整)→水洗→挤干→钝化处理→挤干→一次涂敷→一次烘烤→冷却→吹干→二次涂敷→二次烘烤→压花或印花→冷却→吹干→涂蜡→卷取。

二涂二烘型涂层带钢连续生产线设备布置依次为1-开卷机；2-切剪；3-入口活套；4-脱脂槽；5-化成处理槽；6-1^#辊涂机；7-1^#加热炉；8-冷却器；9-2^#辊涂机；10-2^#加热炉；11-冷却器；12-平整机；13-出口活套；14-涂蜡机；15-切剪；16-卷取机。

其中涂料加热固化是在两个分段控温的热风式固化炉中进行的。燃料燃烧后的烟气通过热交换器将空气加热到450℃左右，被加热的空气由鼓风机送入分作四段或五段结构的涂料固化炉，对涂有液态有机涂料的钢板进行加热。当热风在涂料固化炉内循环加热钢板时，涂料中的有机溶剂逐渐挥发完毕，涂料固化。完成加热后含有有机溶剂的、温度约为350℃左右的热风，被抽风机抽出。较先进的生产线将这种废气送入焚烧炉，燃烧掉其中的有机溶剂蒸气，以降低天然气的消耗和防止对环境的污染。其工艺流程为：燃料供给燃烧炉和焚烧炉，燃烧炉和焚烧炉产生的烟气经换热器由烟囱排放。其助燃空气经换热器预热后供给。作为加热涂料固化的热风，是由空气经换热器加热至450℃送往涂料固化炉，由循环风机对钢板进行循环加热。含溶剂的废气被送往焚烧炉进行焚烧。

根据统计，每生产1吨彩色涂层钢板，共约有15公斤有机溶剂挥发。当考虑到在高速机组上涂敷1吨钢板只需要一两分钟左右，在烘烤固化炉内溶剂的挥发量是相当可观的。烘烤炉内的温度一般在150℃至350℃或更高，在这种较高的温度下、涂料中的溶剂挥发出来，与空气混合后极可能发生爆炸。

根据爆炸原理，当混合气体中可燃气体含量和混合气氛中的氧气含量都同时处在发生爆炸的范围内时才有发生爆炸的可能性。例如，图1示出了当涂料的溶剂是环己烷气氛时，涂料固化炉内氧的浓度和爆炸极限的关系图。图1中的影线部分是发生爆炸的区域。

从图1中可见，当炉中的状态处于A点时，正处于爆炸气氛的范围之内。在B点、C点，是可以使炉子安全地运行的区域。

当使用经过热交换器的气空气作为热媒时，气氛的含氧量在20％左右，在通常的生产中炉气处于爆炸范围内(图中影线区)如A点，为防止爆炸只有在与B点或C点相对应的气氛中进行生产。如在C点，要浓缩炉气中的溶剂，是无法实现的。而在B点要降低炉气中溶剂的浓度，保证加热炉中的溶剂浓度低于爆炸极限(LEL)四分之一的这一要求。现在生产中就是通过供给大量的热风来实现的。

对于一般的涂层加热炉，每小时的溶剂挥发量在400公斤每小时左右，这相当于抽风机必须有在400℃上下，每小时排出废气42吨的能力(相当于每1kg的溶剂要供给75标准立方米的空气)。将空气从室温加热到450℃所需的能量，在数值上为钢材所吸收热量的3倍。为了炉内达到最高温度，如果溶剂同废气必须在850℃通过燃烧进一步氧化处理的话，那么加热空气所需的能量就会达到钢板所吸收热量的10倍。

现有技术的不足：

现在通用的通过热交换加热空气稀释固化炉内气氛，降低有机溶剂浓度即增加热风供应总量以降低其浓度的方法，虽能进行防爆而保证安全生产，但是能源的消耗量大，对环境的污染也大。主要表现在：

1)为了降低炉内有机溶剂的浓度实现防爆，要对固化炉输入过量的热风。为了防止爆炸的发生，实现安全生产，现在通用的方法是向固化炉内供应大量的热空气，从而降低炉气中有机溶剂的浓度，使其浓度降低到爆炸极限下限的1/4之下以防止发生爆炸。也就是说，不论加热钢板和固化涂料需要多少热量(热风)都要向固化炉供应热风以降低有机溶剂的浓度。这样生产中为此要为稀释每公斤溶剂多供应75立方米温度为450℃的热风。

2)由于送风量的增大，送风和排风系统的装机容量增大，电力消耗也相应增大；

3)燃料消耗的增加相应地增加了CO₂的排放量。

发明内容

本发明的目的是针对现在彩色涂层钢板生产中广为应用的热风循环加热和防爆安全工艺技术存在能耗过大和环保上的不足，采用了惰性气体循环的工艺进行热风循环加热固化的彩色钢板惰性气体循环加热固化的方法。通过控制固化炉中气氛的氧气含量实现防爆安全加热，从而大幅度降低天然气的消耗和二氧化碳的排放量，并相应节约风机消耗的电能。

本发明的另一个目的在于提供一种用于完成彩色钢板惰性气体循环加热固化方法的设备。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：

按照本发明的彩色钢板惰性气体循环加热固化的方法，包括在两个分段控温的热风式涂料固化炉中进行涂料的加热固化，燃料燃烧后的部分废气通过循环风机送入涂料固化炉，对涂有液态有机涂料的钢板进行加热，当热风在炉内循环加热钢板时涂料中的有机溶剂逐渐挥发完毕，涂料固化，其特征在于通过控制燃烧炉和焚烧炉的燃气比，控制废气中的含氧量在12％以下，并采用以下新工艺措施：

1)在燃烧炉或焚烧炉上使用仪表对进风量进行控制和氧含量自动分析并通过自动控制系统连锁，使燃烧炉或焚烧炉废气中的氧含量控制在12％之下，

2)在焚烧炉和涂料固化炉的废气管道上安装氧含量自动分析仪，对废气中的氧含量进行自动分析，并和助燃空气量自动调节系统、自动报警系统连锁，

3)设定废气中的含氧量门槛值，在废气中的含氧量超出此门槛值时自动报警，并停止钢板涂敷作业，

4)涂料固化炉的压力控制在正压状态下工作，以气刀，即喷嘴喷射惰性气体的方式实现炉内外气氛的隔离，防止出现炉口区氧含量的升高，

5)实现涂料固化炉内热风供应停止、惰性气体循环风机电力中断与涂层工艺的连锁自动控制，以保证安全防爆运转，在突然停电或主助燃空气风机停车时自动启动应急系统，

6)上述应急系统包括：涂料固化炉门的自动关闭，应急惰性气体的自动供给，涂料固化炉安全阀系统的自动开启，钢板涂敷作业的停止及它们的同步控制。

所述的废气中的氧含量控制在2％～7％的范围内，废气中的含氧量门槛值范围设定为6-7％。

作为最佳选择，所述的废气中的氧含量控制在3～5％的范围内，废气中的含氧量门槛值设定为6.5％。

所述的应急惰性气体的自动供给系统是指具有压力的氮气、水蒸汽或二氧化碳及相应的贮存输送设备和自动阀门。

所述的燃料为天然气、煤气或轻油。换热器3可以是一个或多个。

一种用于完成所述的彩色钢板惰性气体循环加热固化方法的设备，其特征在于包括燃料管路，分别与此燃料管路相连接的焚烧炉和燃烧炉，助燃空气管路，与此助燃空气管路相连接的换热器，通过预热助燃空气管路经循环风机与此换热器相连接的涂料固化炉，此涂料固化炉通过涂料固化炉废气管路与焚烧炉相连接，分别连接所述的换热器和所述的焚烧炉、燃烧炉的预热助燃空气管路和废气管路，设置在所述的焚烧炉、燃烧炉上的氧含量自动分析仪、测温装置、测压装置，设置在所述的涂料固化炉上的氧含量自动分析仪、测温装置、测压装置，设置在所述的燃料管路上的压力测量控制装置、安全阀、切断阀，安装在焚烧炉和涂料固化炉废气管道上的氧含量自动分析仪，设置在所述的涂料固化炉炉口的气刀，连接各氧含量自动分析仪、涂料固化炉炉口的气刀、切断阀、自动应急系统的连锁控制装置。所述的涂料固化炉由粗涂料固化炉和精涂料固化炉所组成，粗涂料固化炉为三段或四段结构，精涂料固化炉为四段或五段结构。所述的自动应急系统包括：涂料固化炉门的自动关闭装置，与所述的涂料固化炉炉口的气刀相连接的应急惰性气体的自动供装置，涂料固化炉的预热助燃空气管路安全阀系统的自动开启装置，涂敷作业线的启动/停止装置及同步控制系统。

燃料和经过热交换的助燃空气由经烧嘴在燃烧炉内燃烧，产生不低于720℃的烟气，进入换热器加热焚烧炉用的助燃空气利用其余热，降温后的部分气体以450℃左右的温度进入固化炉对钢板进行加热并由风机进行循环，加热钢板后温度300℃左右的气体由风机送往焚烧炉由燃料和预热过的助燃空气在850℃左右焚烧，焚烧炉和燃烧炉的烟气继续循环进入涂料固化炉对钢板进行加热。

本发明的有益效果是：使用本发明的工艺技术方案进行彩色涂层钢板生产，节约了用于降低涂料固化炉内溶剂浓度用的热风，比现在通用的热风循环加热工艺至少可节约燃气(料)50％，相应二氧化碳排放量也将减少一半。由于送风量的减少，也相应地成比例地降低了风机的电力消耗。

附图说明

图1为氧的浓度和爆炸极限的关系图。

图2为惰性气体循环加热固化设备结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例进一步说明本发明的的具体实施方式。

按照本发明的彩色钢板惰性气体循环加热固化的方法，包括在两个分段控温的热风式涂料固化炉中进行涂料的加热固化，燃料燃烧后的烟气由鼓风机送入分作四段或五段结构的涂料固化炉，对涂有液态有机涂料的钢板进行加热，当热风在涂料固化炉内循环加热钢板时，涂料中的有机溶剂逐渐挥发完毕，涂料固化，其特征在于通过控制燃烧炉和焚烧炉的燃气比，控制废气中的含氧量在12％以下，并采用以下新工艺措施：

1)在燃烧炉或焚烧炉上使用仪表对进风量进行控制和氧含量自动分析并连锁，使燃烧炉或焚烧炉废气中的氧含量控制在12％之下，

2)焚烧炉和涂料固化炉的废气管道安装氧含量自动分析仪，对废气中的氧含量自动分析，并和风量自动调节、自动报警系统连锁，

3)设定废气中的含氧量门槛值，在废气中的含氧量超出此门槛值时自动报警，并停止涂敷作业，

4)涂料固化炉的压力控制在正压状态下工作，以气刀，即喷嘴喷射惰性气体的方式实现炉内外气氛的隔离，防止出现炉口区氧含量的升高，

5)实现涂料固化炉内热风供应停止、惰性气体循环风机电力中断与涂层工艺的连锁自动控制以保证安全防爆运转，在突然停电或主助燃风机停车时自动启动应急系统，

6)上述应急系统包括：涂料固化炉门的自动关闭，应急惰性气体的自动供给，涂料固化炉安全阀系统的自动开启，涂敷作业的停止及它们的同步控制。

所述的废气中的氧含量控制在2％～7％的范围内，废气中的含氧量门槛值范围设定为6-7％。

作为最佳实施例，所述的废气中的氧含量控制在3～5％的范围内，废气中的含氧量门槛值设定为6.5％。

所述的应急惰性气体的自动供给系统是指具有压力的氮气、水蒸汽或二氧化碳及相应的贮存输送设备和自动阀门。

所述的燃料为天然气、煤气或轻油。

如图2所示，一种用于完成所述的彩色钢板惰性气体循环加热固化方法的设备，其特征在于包括天然气管路10，分别与此天然气管路10相连接的焚烧炉8和燃烧炉9，助燃空气管路1，与此助燃空气管路1相连接的换热器3，通过预热助燃空气管路12经循环风机4与此换热器3相连接的涂料固化炉5，此涂料固化炉5通过固化炉废气管路7与焚烧炉8相连接，分别连接所述的换热器3和所述的焚烧炉8、燃烧炉9的预热助燃空气管路2和废气管路11，设置在所述的焚烧炉8、燃烧炉9上的氧含量自动分析仪、测温装置、测压装置，设置在所述的涂料固化炉5废气管路11上的氧含量自动分析仪、测温装置、测压装置，设置在所述的燃料管路10上的压力测量控制装置、安全阀、切断阀，安装在焚烧炉8和涂料固化炉5的废气管道7上的氧含量自动分析仪，设置在所述的涂料固化炉5炉口的气刀，连接各氧含量自动分析仪、涂料固化炉炉口的气刀、切断阀、自动应急系统的连锁控制装置。换热器3可以是一个或多个。

所述的涂料固化炉由粗涂料固化炉和精涂料固化炉所组成，粗涂料固化炉为三段或四段结构，精涂料固化炉为四段或五段结构。

所述的应急系统包括：涂料固化炉门的自动关闭装置，与所述的涂料固化炉5炉口的气刀相连接的应急惰性气体的自动供装置，涂料固化炉的预热助燃空气管路安全阀系统的自动开启装置，涂敷作业线的启动/停止装置及同步控制系统。

使用本发明的工艺技术方案进行彩色涂层钢板6的生产，节约了用于降低涂料固化炉内溶剂浓度用的热风，比现在通用的热风循环加热工艺至少可节约燃气(料)50％，相应二氧化碳排放量也将减少一半。由于送风量的减少，也相应地成比例地降低了风机的电力消耗。

Claims (7)

1.一种彩色钢板惰性气体循环加热固化的方法，包括在两个分段控温的热风式涂料固化炉中进行涂料的加热固化，燃料燃烧后的烟气通过热交换器将空气加热到440-460℃，被加热的空气由鼓风机送入分作四段或五段结构的涂料固化炉，对涂有液态有机涂料的带钢进行加热，当热风在炉内循环加热钢板时涂料中的有机溶剂逐渐挥发完毕，涂料固化，其特征在于通过控制燃烧炉和焚烧炉的燃气比，控制废气中的含氧量在12％以下，并采用以下新工艺措施：

1)在燃烧炉或焚烧炉上使用仪表对进风量进行控制和氧含量自动分析并连锁，使燃烧炉或焚烧炉废气中的氧含量控制在12％之下，

2)焚烧炉和涂料固化炉的废气管道上安装氧含量自动分析仪，对废气中的氧含量进行自动分析，并和助燃空气量自动调节、自动报警系统连锁，

3)设定废气中的含氧量门槛值，在废气中的含氧量超出此门槛值时自动报警，并停止带钢涂敷作业，

4)涂料固化炉的压力控制在正压状态下工作，以气刀，即喷嘴喷射惰性气体的方式实现炉内外气氛的隔离，防止出现炉口区氧含量的升高，

5)实现涂料固化炉内热风供应停止、惰性气体循环风机电力中断与涂层工艺的连锁自动控制以保证安全防爆运转，在突然停电或主助燃风机停车时自动启动应急系统，

6)上述自动应急系统包括：涂料固化炉门的自动关闭，应急惰性气体的自动供给，涂料固化炉安全阀系统的自动开启，涂敷作业的停止及它们的同步控制。

2.根据权利要求1所述的彩色钢板惰性气体循环加热固化的方法，其特征在于所述的废气中的氧含量控制在12％以下在2％～7％的范围内进行生产，废气中的含氧量门槛值范围为6-7％。

3.根据权利要求1所述的彩色钢板惰性气体循环加热固化的方法，其特征在于所述的废气中的氧含量控制在3～5％的范围内，废气中的含氧量门槛值设定为6.5％。

4.根据权利要求1所述的彩色钢板惰性气体循环加热固化的方法，其特征在于所述的燃料为天然气、煤气或轻油。

5.一种用于完成权利要求1、2、3或4所述的彩色钢板惰性气体循环加热固化方法的设备，其特征在于包括燃料管路，分别与此燃料管路相连接的焚烧炉和燃烧炉，助燃空气管路，与此助燃空气管路相连接的换热器，通过预热助燃空气管路经循环风机与此换热器相连接的涂料固化炉，此涂料固化炉通过涂料固化炉废气管路与焚烧炉相连接，分别连接所述的换热器和所述的焚烧炉、燃烧炉的预热助燃空气管路和废气管路，设置在所述的焚烧炉、燃烧炉上的氧含量自动分析仪、测温装置、测压装置，设置在所述的涂料固化炉废气管路上的氧含量自动分析仪、测温装置、测压装置，安装在焚烧炉和涂料固化炉废气管道上的氧含量自动分析仪，设置在所述的涂料固化炉炉口的气刀，连接各氧含量自动分析仪、涂料固化炉炉口的气刀、切断阀、自动应急系统的连锁控制装置。

6.根据权利要求5所述的用于完成彩色钢板惰性气体循环加热固化的方法的设备，其特征在于所述的涂料固化炉由粗涂料固化炉和精涂料固化炉所组成，粗涂料固化炉为三段或四段结构，精涂料固化炉为四段或五段结构。

7.根据权利要求5所述的用于完成彩色钢板惰性气体循环加热固化的方法的设备，其特征在于所述的自动应急系统包括：涂料固化炉门的自动关闭装置，与所述的涂料固化炉炉口的气刀相连接的应急惰性气体的自动供装置，涂料固化炉的预热助燃空气管路安全阀系统的自动开启装置，涂敷作业线的启动/停止装置及同步控制系统。