變廢為寶：金屬印涂業(yè)系統(tǒng)性熱能工程實現(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 來源：http://m.scerm.com.cn 點擊：

眾所周知，工業(yè)生產(chǎn)過程中排放的廢氣是大氣污染的重要來源之一。進入21世紀，國家加強了環(huán)境立法工作，開始針對地方排放標準、行業(yè)排放標準、工程技術(shù)規(guī)范、檢測技術(shù)與檢測方法等制定相應的法律法規(guī)。同時，各級政府和有關部門也加大了環(huán)保監(jiān)察力度。近年來在北京APEC、上海世博會、廣州亞運會以及杭州G20峰會的推動下，京津冀、長三角和珠三角等地區(qū)明顯加大了對大氣污染的聯(lián)防聯(lián)控力度。國家環(huán)保部將揮發(fā)性有機化合物（VOCs）、二氧化硫、顆粒物、氮氧化物一并列為重點大氣污染物與監(jiān)控對象，自此我國工業(yè)有機廢氣治理進入了快速推進階段。

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)在不同領域得到了推廣運用，其中DTO、TO憑借環(huán)保達標、大幅降耗等優(yōu)勢有望成為金屬印涂行業(yè)有機廢氣處理的主流技術(shù)之一。

不同廢氣處理方法的優(yōu)勢及不足

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行的燃燒反應。有機廢氣先通過熱交換器預熱到300℃～500℃，再進入燃燒室，通過催化劑床時，碳氫化合物的分子和混合氣體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活化能，碳氫化合物與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，由于有機廢氣成分復雜，某些化學元素會導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，更換費用較高。

直接換熱式直燃爐（DTO）與新風間接換熱高溫焚燒爐（TO）二者主要用于處理高濃度有機廢氣，與RTO焚燒原理相同，是目前國內(nèi)外比較成熟的有機廢氣處理方法。其原理是把有機廢氣加熱到一定溫度使之裂解氧化為無污染氣體。系統(tǒng)設備正常運行時，各伺服控制執(zhí)行設備和元件，如：控制閥門風機頻率、燃燒器輸出功率、風量、壓力等保持穩(wěn)定不變的工作狀態(tài)，具有系統(tǒng)運行成熟可靠，環(huán)保凈化效果穩(wěn)定等優(yōu)點。通過科學合理的系統(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，同時還能綜合利用余熱，變廢為寶達到最佳的環(huán)保和節(jié)能效果。

憑借安全運行、環(huán)保節(jié)能達標、工藝成熟可靠、熱穩(wěn)定性好、涂層產(chǎn)品無色變、故障率低、使用壽命長等特點，目前DTO與TO在金屬印涂行業(yè)均已獲得廣泛應用。

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圖1 DTO工藝流程圖

圖2 TO工藝流程圖

RTO 目前它在國內(nèi)的中、低濃度廢氣凈化領域應用較為成熟，尤其是大風量、低濃度場合，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。通過閥門切換氣體流動方向，蓄熱體蓄熱、放熱從而達到節(jié)能目的。

RTO最大的優(yōu)點在于蓄熱體的傳熱面積大、傳熱換熱能力較高，在中、低廢氣濃度場合具有一定的節(jié)能效果。但對于高濃度環(huán)境來說，節(jié)能優(yōu)勢不是特別明顯。目前國內(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（溫度反應滯后、焚燒室溫差變化大）與穩(wěn)定可靠性（閥門機構(gòu)較多、頻繁切換故障率相對高）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，維護成本高）；燃燒后產(chǎn)物堵塞蓄熱體等。這些不良現(xiàn)象導致RTO還需進一步探索和研究改善。

表1 RTO、TO、DTO之間的比較

對比項	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	新風助燃，燃燒機每小時增加3m3能耗	無需新風助燃，可利用廢氣中的氧含量
冷爐升溫時間	約2.5～3h	約1.5h	約1h
總耗氣量	無熱交換器，廢熱不回用直排，總耗氣量較安裝RTO時，每小時增加3~10m³（RTO+烘房耗氣）	通過熱交換器回用廢熱，總耗氣量較安裝前每小時減少5~10m³（TO+烘房耗氣）	無熱交換器，廢熱直接回用，天然氣總耗氣較安裝前每小時減少10~15m³（DTO+烘房耗氣）
裝機總功率與運行費用	采用陶瓷蓄熱體阻力較大，導致電機功率也很大，裝機總功率為75KW，運行費用偏高	以金屬材料作為蓄熱體，阻力較小，電機功率比RTO小，裝機總功率為61KW，運行費用較低	以金屬材料作為蓄熱體，阻力較小，電機功率比TO小，裝機總功率為48KW，運行費用更低
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
維護費用	陶瓷蓄熱體使用一段時間后頂層與底層會有粉碎現(xiàn)象，同時轉(zhuǎn)換閥容易損壞，均需更換	TO與DTO幾乎都沒有維護費用

特別需要說明的是，雖然TO與RTO一樣可以處理多臺涂布線，但不建議一拖多，原因有二。一方面，多條涂布線同時串聯(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。

廢熱回用可能對印涂線產(chǎn)生的影響

泛黃（直接與間接） 當廢氣燃燒后直接輸向印涂烘房時，若廢氣未經(jīng)完全燃燒，那么含有廢氣成分的煙氣會造成白可丁涂料成分出現(xiàn)黃變，對印涂產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生極大影響。對上述情況，建議使用間接交換器，讓外界的新鮮空氣通過與高溫煙氣熱交換后，升溫達到烘房所需溫度并輸送至烘房內(nèi)部，如此便可避免上述黃變效應。

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

我司在廢氣處理設備的研發(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；同時還長期致力于印涂烘房的專業(yè)生產(chǎn)，對烘房工藝有著深刻的認識和理解。在充分了解焚燒爐結(jié)構(gòu)及烘房原理的基礎上，我司生產(chǎn)的TO通過讓外界新鮮空氣與高溫煙氣進行熱交換后，升溫達到烘房所需溫度并輸送至烘房內(nèi)部，最終回熱利用不會造成印涂產(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，導致廢氣在高溫燃燒時會產(chǎn)生一定量的高溫水汽H₂O和NOx，如此相結(jié)合會有一部分稀酸性氣體產(chǎn)生并隨煙氣一同輸送到烘房內(nèi)部，此時若遇到剛進烘房、溫度較低的馬口鐵，可能會在鐵表面遇冷凝露而使印涂產(chǎn)品表面出現(xiàn)水印，對產(chǎn)品質(zhì)量造成極大的影響。

針對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，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。

簡而言之，新風間接換熱可以避免因余熱回用對烘房內(nèi)部所造成的一系列問題。

雜質(zhì)與塵埃 通過在進氣口增加過濾網(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)性熱能工程帶來的兩大顯著效益

環(huán)保達標 首先，DTO與TO的排放均符合環(huán)保法規(guī)標準要求。