节能新方法 循环蓄热式燃烧炉(RTO)助力VOC治理

2016-11-03

VOC有机废气氧化燃烧是借助高温,使有机物氧化分解为二氧化碳、水以及部分化合物,一般氧化处理效率可以达到95~99%,有直接氧化燃烧(TO)和循环蓄热式燃烧(RTO)两种,RTO比TO热交换效率更高,更节能。近十几年来国内技术人员通过消化吸收国外先进技术和使用国外设备总结摸索出来的经验,自行研制生产出来RTO性能已经与进口产品相当,但价格实惠,性价比更高,如杭州天祺环保设备有限公司在使用中RTO就有一百多台。

循环蓄热式燃烧炉(RTO)是把生产排出的有机废气经过蓄热陶瓷的加热后,温度迅速提升,在炉膛内燃气燃烧加热作用下,温度达到680°C-1050℃,有机废气中的VOC在此高温下直接分解成二氧化碳和水蒸气,形成无味的高温烟气,然后流经温度低的蓄热陶瓷,大量热能即从烟气中转移至蓄热体,用来加热下一次循环的待分解有机废气,高温烟气的自身温度大幅度下降,再经过热回收系统和其他介质发生热交换,烟气温度进一步降低,最后排至室外大气。

其优点有运行费用省,有机废气治理效率高,不会发生催化剂中毒现象,因此国际上较先进设备VOC治理较多采用这种方法。

RTO可分为固定式和阀门旋转式两种。


工作原理

其原理是把有机废气加热到760摄氏度以上,使废气中的VOC在氧化分解成二氧化碳和水。氧化产生的高温气体流经特制的陶瓷蓄热体,使陶瓷体升温而“蓄热”,此“蓄热”用于预热后续进入的有机废气。从而节省废气升温的燃料消耗。陶瓷蓄热体应分成两个(含两个)以上的区或室,每个蓄热室依次经历蓄热-放热-清扫等程序,周而复始,连续工作。蓄热室“放热”后应立即引入适量洁净空气对该蓄热室进行清扫(以保证VOC去除率在95%以上),只有待清扫完成后才能进入“蓄热”程序。

适用废气

使用有机废气种类:烷烃、烯烃、、醇类、酮类、醚类、酯类、芳烃、苯类等碳氢化合物有机废气。

有机物低浓度(同时满足低于25%LFL)、大风量

废气中含有多种有机成分、或有机成分经常发生变化

含有容易使催化剂中毒或活性衰退成分的废气

不适用于含有较多硅树脂废气

性能特点

优点:

几乎可以处理所有含有机化合物的废气

可以处理风量大、浓度低的有机废气

处理有机废气流量的弹性很大(名义流量20%~120%)

可以适应有机废气中VOC的组成和浓度的变化、波动

对废气中夹带少量灰尘、固体颗粒不敏感

在所有热力燃烧净化法中热效率最高(>95%)

在合适的废气浓度条件下无需添加辅助燃料而实现自供热操作

净化效率高(三室>99%)

维护工作量少、操作安全可靠

有机沉淀物可周期性的清楚,蓄热体可更换

整个装置的压力损失较小

装置使用寿命长

缺点:

装置重量大,因为采用陶瓷蓄热体

装置体积大,只能放在室外

要求尽可能连续操作,开机预热一次要3-4小时

一次性投资费用相对较高

RTO节能减排核心:对印刷涂布机及涂装设备进排气系统进行优化,达到排放有机废气浓度提升,总排风量减少,设备无功损耗减少,设备投资减少,节能效果更明显。

排出的有机废气VOC浓度较大时,超出RTO自供热平衡点(对二甲苯来说浓度在1.8克每标态立方米,其他气体按其热值可换算)以上热量可回用到印刷涂布烘干箱上,还有从RTO排出来处理后的气体(温度比进气高60°以上),可通过热交换器预热新鲜空气,再把预热后气体送到烘箱,这样可大大节省加热烘箱能耗,为企业创制很大的经济效益,实现了节能减排,值得大力推广。

对于印刷行业,排放浓度如果低于每立方米2.5克,也可选用转轮或活性炭吸附浓缩废气,再把浓缩完气体送到RTO燃烧。

固定式RTO炉体组成部分

如图五所示,3室RTO比2室的多一个室,用于蓄热室"放热"后应立即引入已处理合格的洁净排气的一部分对该蓄热室进行清扫(以保证VOC去除率在97%以上),只有待清扫完成后才能进入"蓄热"程序,而2室的在由进气转化为排气时,气温区没有燃烧的小部分有机废气会排到总排气管里,因此VOC去除率在95%左右,比3室的低些。

1、RTO炉体

氧化室壳体6mm Q235-A碳钢板,外表面设型钢加强筋,壳体良好密封。设检查门。炉体的外表温度为环境温度+25℃且不高于60℃,热桥除外。蓄热室由三个蓄热室组成,分别轮流进行蓄热、放热、清扫。壳体材料6mm Q235-A碳钢板,外表面设型钢加强筋,壳体良好密封,炉蓖支撑陶瓷蓄热体及鞍环陶瓷,材料碳钢。炉体的外表温度为环境温度+25℃且不高于60℃,热桥除外。

2、炉体内保温

炉体氧化室及蓄热室内保温采用耐火硅酸铝纤维,耐热1200℃,绒重220kg/m3,氧化室及蓄热室高温区厚~220mm,蓄热室低温区厚~150mm。内保温共三层,其中含两层硅酸铝纤维毡及一层硅酸铝纤维模块。硅酸铝纤维模块内设置耐热钢骨架,用锚固件固定在炉体壳体上。耐火硅酸铝纤维外表面涂敷耐高温抹面。

3、陶瓷蓄热体

陶瓷蓄热体采用LANTEC产品,该产品是用于RTO设备的比较合适蓄热产品。陶瓷蓄热体其特点是比表面积大680M2/M3,阻力小,热容量大0.22BTU/lb℉,耐温高可达1200℃,耐酸度99.5%,吸水率小于0.5%,压碎力大于4kgf/cm3,热胀冷缩系数小,为4.7×10-8/℃,抗裂性能好,寿命长。

4、燃烧系统

采用燃气比例调节式燃烧器,此燃烧器的特点是可进行连续比例调节(燃气调节范围30:1),高压点火,可适应多种情况。系统含助燃风机(国产)、高压点火变压器、比例调节阀、UV火焰探测器等。供燃料安全阀组含稳压阀,稳定燃气压力;含有高低压保护,假如燃烧器前管路燃气泄露等原因压力过低,低压保护作用;假如燃烧器前管路稳压阀坏掉,或是堵塞管路至使燃气压力超高,高压保护作用;含燃气快速切断阀;含比例调节阀,根据炉膛所需的温度变化来调节其开度,节省燃料,燃料和助燃空气同步变化,稳定燃烧。点火管路含稳压阀,稳定供气压力。点火是高压打火与气路电磁阀同时动作,类似打火机原理。UV火焰探测器时刻对燃烧器火焰进行感应,正常燃烧时,火焰信号显示;当无火焰信号显示时,表示燃烧火焰熄灭,供燃料管路切断阀自动快速关闭,切断燃料,起安全保护作用。配燃烧控制柜,内置时间继电器、高压点火器、高温限制器、火焰控制器等。

5、控制系统

控制要求总述:

本系统采用SIEMENS公司SIMATIC S7-300系列的PLC,对RTO进行自动控制。配SIEMENS公司的人机界面,对整个系统运行工况进行实时监控。炉膛内的高温传感器能反馈炉膛温度信息,变比例控制燃烧器的供热能力,使炉膛温度保持稳定;当炉膛温度超过上限温度时,系统将打开高温排放阀,超过上上限温度时,系统将自动报警,系统将自动停机。RTO采用由废气入口的压力传感器负压信号控制入口风机变频器,从而控制调节入口风机风量。确保生产能安全进行,各种安全保护要周全。执行器的动作要符合工艺要求。

可编程序控制器(PLC)及控制要求

选用SIEMENS SIMATIC S7-300 PLC(带存储卡)。如业主需要,RTO控制系统可与车间中控室通过以太网(TCP/IP)进行通讯,实现高通信容量、高可靠的数据通讯。RTO控制系统与车间中控室的通讯线由业主自理。PLC工作电源、I/O模块电源经过各自的隔离变压器接到电控柜电源总开关的前端。设备正常运行时有运行信号灯显示,当出现异常故障时有相应的显示和报警。每套PLC至少预留10%备用点,所有的备用点都要引到端子上。

触摸屏:

触摸屏选择SIEMENS的10″彩色HMI,带存储卡。控制柜安装人机界面(HMI)设备,作现场操作提示、故障报警、运行参数显示、控制参数设定及设备控制。触摸屏上要显示工艺过程、阀门位置、风机状态、燃烧器状态、系统状态、温度曲线等。可方便进行参数的更改。

电气控制柜要求:

采用国产控制柜2000(H)×800(W)×600(D)。控制箱/柜优先底部进出线。控制箱喷涂颜色:甲方确定。变频器的操作面板为可拆卸式。控制柜内需要预留10A的维修插座。带电扇通风,保证电气控制柜内工作温度小于40摄氏度。柜内保持正压。电缆及桥架:

动力电缆、控制电缆等采用标准产品。模拟信号必须要用屏蔽电缆。现场电缆采用桥架+线管方式敷设。所有电缆两头绑扎永久的电缆号牌。

电机:RTO主风机采用西门子变频器进行控制。变频器的操作面板安装在门上,通过通讯线和变频器相连,便于观察和操作,变频器的操作面板为可拆卸式。助燃风机采用直接启动,有三相过载保护。

电源要求甲方提供的供电电源为380VAC±10%,3相,50HZ。

其它:压缩空气管道安装一只压力开关,作为燃烧器的联锁。安装一块高温限制仪表,作为燃烧器的联锁。每个风机安装压差开关,用于判断风机有无在运转,作为燃烧器的联锁。高温限制热电偶信号直接进仪表。其它的温度和压力传感器带变送器,变送器的输出为4-20m A.

6、风机

主风机,功率较大,防爆,一台。耐温250℃。含减振器。

7、气动阀

主切换阀:风向主切换阀性能好坏对RTO设备的运行非常关键,因此RTO系统采用双通道组合阀,在轴向气缸作用下,阀板前后移动压紧密封圈,且有行程开关监测阀门位置。阀板密封面及密封圈均机加工,保证气密性>99%,寿命长(可达100万次),启闭迅速(≤1s),阀门动作低噪音。RTO需组合提升阀6只DN600。阀体过流部分材料304。进口SMC执行机构。

辅助风门:采用气动通风蝶阀,泄漏量小,启闭迅速(≤1s),运行可靠。气动通风蝶阀2只(废气),2只(旁通),3只(清扫),1只(新风)。阀体材料碳钢。进口ACTREG执行机构,ASCO电磁阀。高温排放阀门:耐温1200℃,进口执行机构。气动二联件采用SMC产品。气动执行机构要求压缩空气压力为5-6bar。每一个气动阀均有阀位信号反馈。限位开关防爆。

每一个气动阀压缩空气入口附近有一个铜球阀。

8、本体管路

高温风管采用6mm钢板制作,内保温硅酸铝模块,耐温1200℃。低温风管采用δ3mm碳钢钢板。含炉体、管道支架。布置区域比较狭窄,需要做底部支架,把RTO炉体立起来,底部设风管。

9、烟囱

碳钢板制作,标高15m。由Q235-A钢板制作;烟囱钢板厚度6mm;设加强圈。烟囱顶部要设置雨帽及避雷装置。10、平台扶梯平台、扶梯及栏杆力求安全可靠、美观大方。

11、保温外护板

烟囱下部及管道均需保温。保温材料为岩棉,厚度100mm,外包δ0.5mm镀锌板/铝板。

阀门旋转式RTO

阀门旋转式RTO不需要像固定式RTO需要气路频繁切换。它的特点就是在蜂窝陶瓷下部有一个旋转的转阀,用它来调节废气进入燃烧室路径和对蜂窝陶瓷进行预热路径。旋转式RTO的结构如图六所示。

这种焚烧炉的结构如图五,图六,图七所示,结构比较复杂。

旋转式RTO的废气室在下方,蜂窝陶瓷在中部,炉膛在上部,结构如图六所示,转阀的结构如图七所示

废气从炉子的下方经过已经预热了的蜂窝陶瓷进入燃烧室燃烧,产生的热量被送到热交换器给涂布机或复合机加热,有部分热量则从燃烧室经蜂窝陶瓷流到下方的废气室,给蜂窝陶瓷预热。为了使进入的废气与流出的热气流分开,同时又要让蓄热室所有的蜂窝陶瓷都能够均匀被预热。废气室被分成多个小格(如12个小格)。它通过旋转使进入的废气和流下的热量每若干秒钟就变换一个小格,这样就使到蜂窝陶瓷被均匀加热,废气从蜂窝陶瓷的进出如图八所示,废气进排气流程如图七所示。

近十几年来国内技术人员通过消化吸收国外先进技术和使用国外设备总结摸索出来的经验,自行研制生产出来RTO性能已经与进口产品相当,但价格实惠,性价比更高,如杭州天祺环保设备有限公司在使用中RTO就有一百多台,其用户如秋雨印刷(上海)有限公司、上海当纳利印刷有限公司、乐凯、中来、福斯特等印刷涂布生产线,还有化工、汽车涂装线上RTO已经达到进口同类产品技术水平。国内还有几十家公司,正在研发生产RTO。