變廢為寶：金屬印涂業(yè)系統(tǒng)性熱能工程實(shí)現(xiàn)大幅降耗 | 邁向環(huán)保之路 ? 廢氣凈化技術(shù)

發(fā)布日期：2022-05-04 17:12 來(lái)源：http://www.kaslomanorlodge.com 點(diǎn)擊：

眾所周知，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中排放的廢氣是大氣污染的重要來(lái)源之一。進(jìn)入21世紀(jì)，國(guó)家加強(qiáng)了環(huán)境立法工作，開始針對(duì)地方排放標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)、工程技術(shù)規(guī)范、檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)方法等制定相應(yīng)的法律法規(guī)。同時(shí)，各級(jí)政府和有關(guān)部門也加大了環(huán)保監(jiān)察力度。近年來(lái)在北京APEC、上海世博會(huì)、廣州亞運(yùn)會(huì)以及杭州G20峰會(huì)的推動(dòng)下，京津冀、長(zhǎng)三角和珠三角等地區(qū)明顯加大了對(duì)大氣污染的聯(lián)防聯(lián)控力度。國(guó)家環(huán)保部將揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）、二氧化硫、顆粒物、氮氧化物一并列為重點(diǎn)大氣污染物與監(jiān)控對(duì)象，自此我國(guó)工業(yè)有機(jī)廢氣治理進(jìn)入了快速推進(jìn)階段。

隨著新技術(shù)、新材料的研發(fā)，以及傳統(tǒng)技術(shù)的改造和提升，催化燃燒技術(shù)（CO），以及直接換熱式直燃爐（DTO）、新風(fēng)間接換熱高溫焚燒爐（TO）和蓄熱式熱氧化器（RTO）等高溫焚燒技術(shù)在不同領(lǐng)域得到了推廣運(yùn)用，其中DTO、TO憑借環(huán)保達(dá)標(biāo)、大幅降耗等優(yōu)勢(shì)有望成為金屬印涂行業(yè)有機(jī)廢氣處理的主流技術(shù)之一。

不同廢氣處理方法的優(yōu)勢(shì)及不足

催化燃燒 這是一種可燃物受催化劑作用，于一定溫度條件下進(jìn)行的燃燒反應(yīng)。有機(jī)廢氣先通過(guò)熱交換器預(yù)熱到300℃～500℃，再進(jìn)入燃燒室，通過(guò)催化劑床時(shí)，碳?xì)浠衔锏姆肿雍突旌蠚怏w中的氧分子分別被吸附在催化劑的表面而活化。由于表面吸附降低了反應(yīng)活化能，碳?xì)浠衔锱c氧分子在較低的溫度下迅速氧化，產(chǎn)生CO₂和水。

催化燃燒的主要問題是催化劑易中毒和不耐高溫。同時(shí)，由于有機(jī)廢氣成分復(fù)雜，某些化學(xué)元素會(huì)導(dǎo)致催化劑凈化效果減弱甚至消失。催化劑一般中后期效果不理想，更換費(fèi)用較高。

直接換熱式直燃爐（DTO）與新風(fēng)間接換熱高溫焚燒爐（TO）二者主要用于處理高濃度有機(jī)廢氣，與RTO焚燒原理相同，是目前國(guó)內(nèi)外比較成熟的有機(jī)廢氣處理方法。其原理是把有機(jī)廢氣加熱到一定溫度使之裂解氧化為無(wú)污染氣體。系統(tǒng)設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，各伺服控制執(zhí)行設(shè)備和元件，如：控制閥門風(fēng)機(jī)頻率、燃燒器輸出功率、風(fēng)量、壓力等保持穩(wěn)定不變的工作狀態(tài)，具有系統(tǒng)運(yùn)行成熟可靠，環(huán)保凈化效果穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)科學(xué)合理的系統(tǒng)工藝，涂裝室中的低濃度廢氣和固化烘箱內(nèi)的高濃度廢氣均可被有效凈化處理，同時(shí)還能綜合利用余熱，變廢為寶達(dá)到最佳的環(huán)保和節(jié)能效果。

憑借安全運(yùn)行、環(huán)保節(jié)能達(dá)標(biāo)、工藝成熟可靠、熱穩(wěn)定性好、涂層產(chǎn)品無(wú)色變、故障率低、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，目前DTO與TO在金屬印涂行業(yè)均已獲得廣泛應(yīng)用。

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圖1 DTO工藝流程圖

圖2 TO工藝流程圖

RTO 目前它在國(guó)內(nèi)的中、低濃度廢氣凈化領(lǐng)域應(yīng)用較為成熟，尤其是大風(fēng)量、低濃度場(chǎng)合，除在焚燒爐內(nèi)安裝了蓄熱體外，其廢氣凈化原理與直接焚燒基本相同。通過(guò)閥門切換氣體流動(dòng)方向，蓄熱體蓄熱、放熱從而達(dá)到節(jié)能目的。

RTO最大的優(yōu)點(diǎn)在于蓄熱體的傳熱面積大、傳熱換熱能力較高，在中、低廢氣濃度場(chǎng)合具有一定的節(jié)能效果。但對(duì)于高濃度環(huán)境來(lái)說(shuō)，節(jié)能優(yōu)勢(shì)不是特別明顯。目前國(guó)內(nèi)RTO在一些薄板線上使用，處于起步探索和優(yōu)化的階段。此外，在使用過(guò)程中也表現(xiàn)出一些不足，如：在高濃度條件下安全性（溫度反應(yīng)滯后、焚燒室溫差變化大）與穩(wěn)定可靠性（閥門機(jī)構(gòu)較多、頻繁切換故障率相對(duì)高）問題；蓄熱體在較高濃度溫變載荷條件下出現(xiàn)碎裂現(xiàn)象（部分客戶使用兩年后就要開始更換蓄熱體，維護(hù)成本高）；燃燒后產(chǎn)物堵塞蓄熱體等。這些不良現(xiàn)象導(dǎo)致RTO還需進(jìn)一步探索和研究改善。

表1 RTO、TO、DTO之間的比較

對(duì)比項(xiàng)	RTO	TO		DTO
結(jié)構(gòu)形式	蓄熱體為陶瓷，可分為旋轉(zhuǎn)式、二腔式、三腔式結(jié)構(gòu)。每種結(jié)構(gòu)的體積重量都較大，需很大的場(chǎng)地	蓄熱體采用耐高溫金屬材料，有列管式、板式、噴流管式三類結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)緊湊，可置于兩條烘房之間
助燃	新風(fēng)助燃，燃燒機(jī)每小時(shí)增加3m3能耗	無(wú)需新風(fēng)助燃，可利用廢氣中的氧含量
冷爐升溫時(shí)間	約2.5～3h	約1.5h	約1h
總耗氣量	無(wú)熱交換器，廢熱不回用直排，總耗氣量較安裝RTO時(shí)，每小時(shí)增加3~10m³（RTO+烘房耗氣）	通過(guò)熱交換器回用廢熱，總耗氣量較安裝前每小時(shí)減少5~10m³（TO+烘房耗氣）	無(wú)熱交換器，廢熱直接回用，天然氣總耗氣較安裝前每小時(shí)減少10~15m³（DTO+烘房耗氣）
裝機(jī)總功率與運(yùn)行費(fèi)用	采用陶瓷蓄熱體阻力較大，導(dǎo)致電機(jī)功率也很大，裝機(jī)總功率為75KW，運(yùn)行費(fèi)用偏高	以金屬材料作為蓄熱體，阻力較小，電機(jī)功率比RTO小，裝機(jī)總功率為61KW，運(yùn)行費(fèi)用較低	以金屬材料作為蓄熱體，阻力較小，電機(jī)功率比TO小，裝機(jī)總功率為48KW，運(yùn)行費(fèi)用更低
投資成本	占地體積大，投資也較大	結(jié)構(gòu)緊湊、占地小。一拖二或一拖一情況下，投資相比RTO略低
維護(hù)費(fèi)用	陶瓷蓄熱體使用一段時(shí)間后頂層與底層會(huì)有粉碎現(xiàn)象，同時(shí)轉(zhuǎn)換閥容易損壞，均需更換	TO與DTO幾乎都沒有維護(hù)費(fèi)用

特別需要說(shuō)明的是，雖然TO與RTO一樣可以處理多臺(tái)涂布線，但不建議一拖多，原因有二。一方面，多條涂布線同時(shí)串聯(lián)的情況下，由于每條涂布線的工作狀況以及涂布產(chǎn)品系列有可能不同，所以極有可能造成一定程度上的管道內(nèi)竄氣。另一方面，在多條線并非全部滿負(fù)荷生產(chǎn)的情況下，TO與RTO的天然氣能耗、電耗將更高，這有悖環(huán)保、節(jié)能的初衷。

廢熱回用可能對(duì)印涂線產(chǎn)生的影響

泛黃（直接與間接） 當(dāng)廢氣燃燒后直接輸向印涂烘房時(shí)，若廢氣未經(jīng)完全燃燒，那么含有廢氣成分的煙氣會(huì)造成白可丁涂料成分出現(xiàn)黃變，對(duì)印涂產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生極大影響。對(duì)上述情況，建議使用間接交換器，讓外界的新鮮空氣通過(guò)與高溫?zé)煔鉄峤粨Q后，升溫達(dá)到烘房所需溫度并輸送至烘房?jī)?nèi)部，如此便可避免上述黃變效應(yīng)。

涂料烘房在工作過(guò)程中揮發(fā)的有機(jī)溶劑主要為甲苯、二甲苯等。這些物質(zhì)在溫度超過(guò)650℃時(shí)開始裂解，并釋放大量的熱。如果焚燒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)無(wú)法滿足裂解所需時(shí)間（＞1秒）或者氧氣含量不夠，那么廢氣就會(huì)因裂解不充分而產(chǎn)生一氧化碳等。一旦上述氣體直接進(jìn)入烘房，就會(huì)使烘房的氧含量不足，導(dǎo)致涂后的產(chǎn)品泛黃。

我司在廢氣處理設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)上已有十多年的歷史，積累了大量廢氣治理經(jīng)驗(yàn)；同時(shí)還長(zhǎng)期致力于印涂烘房的專業(yè)生產(chǎn)，對(duì)烘房工藝有著深刻的認(rèn)識(shí)和理解。在充分了解焚燒爐結(jié)構(gòu)及烘房原理的基礎(chǔ)上，我司生產(chǎn)的TO通過(guò)讓外界新鮮空氣與高溫?zé)煔膺M(jìn)行熱交換后，升溫達(dá)到烘房所需溫度并輸送至烘房?jī)?nèi)部，最終回?zé)崂貌粫?huì)造成印涂產(chǎn)品產(chǎn)生黃變，變廢為寶為客戶節(jié)約能源成本。

水印燃燒器常開大火，導(dǎo)致廢氣在高溫燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定量的高溫水汽H₂O和NOx，如此相結(jié)合會(huì)有一部分稀酸性氣體產(chǎn)生并隨煙氣一同輸送到烘房?jī)?nèi)部，此時(shí)若遇到剛進(jìn)烘房、溫度較低的馬口鐵，可能會(huì)在鐵表面遇冷凝露而使印涂產(chǎn)品表面出現(xiàn)水印，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量造成極大的影響。

針對(duì)這種狀況的建議有二。一是使用大比調(diào)燃燒器，在降低天然氣消耗的同時(shí)，減少因高溫大火而產(chǎn)生的氮氧化物。二是改用間接交換供熱的方式，則可避免可能產(chǎn)生的水印問題。

花架印與皮帶印 因此，花架印和皮帶印問題的根結(jié)仍然是在于上述DTO中存在未經(jīng)高溫裂解燃燒干凈的廢氣成分，建議使用TO。

簡(jiǎn)而言之，新風(fēng)間接換熱可以避免因余熱回用對(duì)烘房?jī)?nèi)部所造成的一系列問題。

雜質(zhì)與塵埃 通過(guò)在進(jìn)氣口增加過(guò)濾網(wǎng)，一定程度上可以規(guī)避回收熱空氣中的雜質(zhì)、塵埃影響烘房清潔度從而損害印涂成品質(zhì)量的問題。

系統(tǒng)性熱能工程帶來(lái)的兩大顯著效益

環(huán)保達(dá)標(biāo) 首先，DTO與TO的排放均符合環(huán)保法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求。

大幅降耗 其次，比裝機(jī)前大幅節(jié)省能耗。以RTO來(lái)說(shuō)，按照24小時(shí)/天，300天/年，天然氣價(jià)格4元/m³（福建地區(qū)價(jià)格），耗氣量取中間值計(jì)算，裝機(jī)后年能耗費(fèi)用=(3+10)÷2×24×300×4=18.72萬(wàn)元，即每年RTO需增加天然氣運(yùn)行費(fèi)用18.72萬(wàn)元。