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2017年01月02日 来源: 包装前沿 作者:杨峥雄

简介: 蓄热式燃烧炉(RTO)是把生产排出的有机废气温度提升到680~1050℃,在此高温下直接分解成二氧化碳和水蒸气,大量热能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。RTO运行费用省,有机废气的处理效率可以达到95%~99%,国际上较先进设备的VOCs处理多采用这种方法。本文详细介绍了RTO的工作原理、性能、结构及使用要点

VOCs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%。燃烧法分直接氧化燃烧(TO)和蓄热式燃烧(RTO)两种,RTO比TO热交换效率更高,更节能。

一、RTO的优势及分类

1、优点

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680~1050℃,有机废气中的VOCs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,有机废气的处理效率高,不会发生催化剂中毒现象,因此国际上较先进设备的VOCs处理较多采用这种方法。

2、分类

RTO可分为固定式和阀门旋转式两种。

二、RTO的工作原理

RTO工作原理是:把有机废气加热到760℃以上,使废气中的VOCs氧化分解成二氧化碳和水。氧化产生的高温气体经特制的陶瓷热体,使陶瓷体升温而“蓄热”,此“蓄热”用于预热续进入的有机废气,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VOCs去除率在95%以上),只有待清扫完成后才能进入“蓄热”程序。

三、RTO适用条件及性能

1、适用条件

适用有机废气种类包括: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的废气。

2、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VOCs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量高(>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除,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

3、RTO节能减排核心

利用RTO节能减排的关键点在于:一定要对印刷涂布机及涂装设备进排气系统进行优化,提升排放的有机废气的浓度,而总排风量减少,这样,设备无功损耗减少,设备投资减少,节能效果更明显。

因为,当排出的有机废气VOCs浓度较大时,超出RTO无功运行平衡点(一般浓度在3g/m2)以上的热量,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的能耗,为企业创造很大的经济效益,实现节能减排,值得大力。

对于钢桶制造行业,排放浓度低于2.5g/m2,也可选用转轮或活性碳吸附浓度废气,再把浓缩完的气体适到RTO燃烧。

 

四、固定式RTO炉体组成部分

如图5所示,三室RTO比二室的多一个室,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VOCs去除率在97%以上),只有待清扫完成后才能进入“蓄热”程序,而二室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理,因此VOCs去除率只有95%左右,比三室低一些。

1、RTO炉体

*氧化室

壳体采用6mm的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

由三个蓄热室且成,分别轮流进行蓄热、放热、清扫。壳体材料良好密封,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湿采用耐火硅酸铝纤维,耐热1200℃,绒重220kg/m2,氧化室及蓄热室高温区厚约220mm,蓄热室低温区厚约150mm。内保温共三层,其中含两层硅酸铝纤维毡及一层硅酸纤维模块。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,该产品用于RTO

设备比较合适的蓄热产品。惚瓷蓄热体其特点是比表面积大680m2/m2,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,则起低压保护作用;假如燃烧器前管理稳压阀坏掉,或是堵塞管路致使燃气压力超高,则起高压保护作用;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张开的角度,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。

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:系统采用SIEMENS公司SIMATICS7-300系列的PLC,对RTO进行自动控制。配SIEMENS公司的人机界面,对整个系列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,改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播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。

可编程序控制器(PLC)及控制要求:

*选用SIEMENSSIMATICS7-300DPLC(带存储卡)。

*如企业需要,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。

*PLC工作电源、I/O模块电源经过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。

触模屏:

*触摸屏选择SIEMENS的10?彩色HMI,带有储存卡。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、控制参数设定服设备控制。

*触模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。

*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℃。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。

其它:

*压缩空气管道安装一保压力开关,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4~20mA。

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:内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精加工,保证气密性>99%,寿命长(可达100万次),启闭迅速(≤1s),阀门动作低噪间。RTO需组合提升阀9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容气压力为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,废部设风管。

9、烟囱

*碳钢板制作,标高15m。由Q235-A钢板制作;烟囱钢板厚度为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、保湿外护板

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

 

五、阀门旋转式RTO

阀门旋转式RTO不像固定式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6所示。

这种焚烧炉的结构如图7、图8、图9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7所示,转阀的结构如图8所示。

废气从炉子的下方经过已经预热了的蜂蜜陶瓷进行燃烧室燃烧,产生的热量被送到热交换给涂布机或复合机加热,,有部分热量则从燃烧室经蜂蜜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7所示,废气进排气流程如图9所示。

六、结语

国内进口RTO不少,如安装在3M公司的涂布线、某些企业的汽车涂装线、外资制药化工企业的生产线、德国漆包生产线等。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,自行研制生产出来的RTO,性能已经与进口产品相当,但价格实惠,性价比更高。国产RTO已经达到进行同类产品技术水平。目前,国内还有几十家企业,正在研发生产RTO。随着VOCs治理技术的进步,相信RTO也会走入更多的企业。

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