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RTO废气焚烧炉烟气余热的综合利用
http://www.31jhsb.com 2020-07-28 16:01:58 烟气余热利用
  当前石油化工、轻工、塑料、印刷等行业排放的有机废气处理为直燃式焚烧炉和蓄热式热氧化器(称RTO)。蓄热式热氧化器的蜂窝陶瓷能够将燃烧机的热量储存起来,当陶瓷的温度超过有机废气的着火点时,即使炉内无火,炽热的蜂窝陶瓷也能把有机废气点燃。蓄热式热氧化器具有能耗低、安全性好、应用范围广泛等优点,是一种很有发展前景的VOCs气体处理方法。本文针对汽车涂装自动生产线中RTO废气焚烧炉烟气的余热综合利用做了详细的陈述。
 
  在汽车涂装自动生产线中,烘干设备是主要耗能生产设备之一,通过RTO(蓄热式废气氧化装置)烟气余热利用综合节能技术,对低温排放的烟气进行余热回收和利用,可以提高全厂的热效率,降低总体能耗,提高经济益;而且响应国家节能减排的政策,为社会环境保护作出一定贡献。
 
  汽车涂装自动生产线上的烘干设备,是主要耗能生产设备之一,所以在满足安全生产并符合环保法规的前提下,烘设备的节能技术改进,是其重要的发展方向。在实际生产中,烘干设备的供热系统和废气处理系统的烟气排放热损失,约占总能耗的25%。虽然这些烟气的排放温度降至200~250℃左右,就满足现在的环保法规要求,但这部分被排放的烟气仍然存在着能量回收的契机。对低温排放的烟气进行余热回收和利用,是涉及烘干设备、公用动力系统、其他区域耗能设备等综合性很强的系统节能技术,是涂装车间能源综合利用的典型课题,本文重点讨论RTO(蓄热式废气氧化装置)烟气余热利用综合节能技术。
 
  1、RTO技术的机理
 
  RTO(蓄热式废气氧化装置)烟气余热利用综合节能技术的机理如下:涂装车间各烘干设备在生产过程中产生的有机废气,通过废气管网集中被送到RTO装置中,进行750℃左右的高温焚烧处理;这些废气燃烧后产生的能量,被RTO内部的陶瓷蓄热体进行热量回用后,最终排入大气的烟气温度,被降到200~250℃之间。
 
  由于安全方面的因素,这部分最终排入大气的温度,必须在120℃以上,但从200~250℃到120℃,这部分依然有能量回收的空间。采用水作为这部分烟气能量回收的介质,利用这些低温烟气的余热来制备热水,烟气的温度被降到120℃左右后排入大气,而制备出的热水,可以输送到热水锅炉或其他需要热水的地方充分利用,从而实现烘干设备烟气排放余热回收利用的目的。
 
  2、排烟余热回收效益
 
  以60 JPH纲领的某汽车涂装线项目为例,RTO废气处理量为8万m 3/h,废气处理后排烟温度约为200℃。在保证烟囱抽力(抽力取决于烟囱高度和气体密度差,高度一定的情况下,排烟温度高抽力大)、防止凝结(温度低,换热器、烟囱内壁容易凝结物质,着火)的基本条件下,可以采用换热器回收部分热量,使排烟温度降至120℃后放。其余热回收经济效益计算公式如下:
 
  80000(m3/h)×1.2×0.24×(200-120)×16(h/d)×250(d/a)×0.7(系统综合利用率)/8000(天然气热值)=645120(m3/a)
 
  645 120(m3/a)×2.86(元/m3)=185(万元/a)
 
  上面计算中,效益随生产线的实际工作时间(年时基数)变化而变化。
 
  这一节能技术,设计之初首先需掌握车间用能设备的能量需求变化规律,以便合理计算水量和配置换热器,合理组织生产(RTO、锅炉与前处理等用能设备的联动),以提高系统能量综合利用率,最大化地回收能量。
 
  3、能量流动结构图
 
  以60 JPH纲领的某汽车涂装线项目为例,车间锅炉房共有5台2.8 MW的燃气锅炉,主要供前处理、空调二次加热和少量其他生活需求。
 
  设计数据显示,烟气回收的能量,占车间热水平均量夏季需求的29%、冬季需求的41%、其他季节需求的54%,现场实际数据还受联动系统生产组织的影响。
 
  在这个能量体系中,RTO最终的排烟温度取决于水路的水量、进出口温差;而现场数据变化,主要取决于动力需求变化。例如:前处理或空调等工艺设备的升温状态、保温状态下不同用能量;生产纲领满负荷生产、不满负荷生产、休息时段的用能量;季节变化车间能量需求不同等等,也就是说该联动系统存在一个综合利用率问题。
 
  4、余热回收系统组成
 
  整个余热利用系统,包括气路、水路、余热换热器和自动化系统等4部分组成(如图2)。
 
  烟气管路包括气动切换阀、及进出口烟气温度探头、压差开关等监测元件;水路系统包括水泵、手动蝶阀、气动三通调节阀、安全阀、压力表、流量开关和进出口水温探头等监测元件。
 
  其中,主体设备是热管换热器,其传热效率高(具有超强的导热性、良好的等温性、热流密度可变性等特质),节能效果显著;具有良好的防腐蚀能力;装置体积小,只是普通热交换器的1/3;使用寿命长,单根热管可拆卸更换,维护简单成本低(如图3、图4)。
 
  热管由管壳、吸液芯和端盖组成,将管内抽成1.3×(10-1~10-4)Pa的负压后,充以适量的工作液体,使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。管的一端为蒸发段(加热段),另一端为冷凝段(冷却段),根据应用需要,在两段中间可布置绝热段(如图5)。
 
  热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的传热元件,具有超常的热活性和热敏感性,遇热而吸,遇冷而放。
 
  5、烟气余热利用系统的控制要点
 
  由于系统涉及多个用能区域,一方面,各区域设备具有相对独立的自动化要求;另一方面,由于生产用能又相互联系,同时余热设备具有热水加热安全保护特性,因此各区域电控柜之间的连锁关系比较复杂,但完善的自动控制,是安全生产的保障。系统控制要注意如下要点:
 
  (1)基本状态。RTO原始状态,烟气管气动阀位置:烟气不经余热换热器;水路原始状态,三通调节阀位置:水始终经过余热换热器。水路系统,调试时水路阀门初始设定水流量原则:排除烟温过低报警(水量过大)和水温过高报警(水量过小)的状况,选取相对合适的水量。
 
  (2)开机、关机信号。RTO接到锅炉房水泵开动信号,流量开关(进水管路)有水流信号,烟气管路气动阀切换,烟气经过余热换热器。RTO接到锅炉房水泵停止信号(水泵待机),烟气管路气动阀切换,烟气不经过余热换热器;锅炉房接到烟气气动阀切换到位信号后,30 min后,水泵停机。
 
  (3)烟温过低(<120℃)报警信号。出余热换热器后,排烟管路上设一个温度探头。当烟温低于120℃时,给锅炉房提供低温报警信号,调节水路三通调节阀,减小经过余热换热器的水量。
 
  (4)水温过高(>95℃)报警信号。出余热换热器后,水管上设一个温度探头。当水温高于95℃时,给RTO提供水温高温报警信号,RTO烟气管路气动阀切换,烟气不再经过余热换热器。
 
  (5)烟气管路自动阀切换要求。自动风阀切换,要求按序执行。为避免自动风阀的故障,引起烘房熄火,在切换自动风阀时,需确保要求打开的风阀打开后,才可关闭需关闭的风阀。
 
  烟气管路气动切换阀:在任何时候与RTO系统相关的换热风阀和旁通风阀,始终有一个处于开到位状态。
 
  (6)设备故障信号。故障信号主要包括:水泵故障、烟气管路气动阀故障、水路三通调节阀故障等,还有一些其他故障。车间压缩空气停止,余热回收系统的换热阀及旁通阀均会关闭,此时会影响RTO系统的运行,需要确认RTO系统的状态。
 
  柜内总线掉站、PLC当机及柜母线跳闸时,可能会导致RTO余热回收阀门状态信号瞬时丢失,影响RTO系统运行,此时需要人员到RTO系统进行状态确认。
 
  6、结束语
 
  根据理论研究和工程实例表明,安装烟气余热回收装置,可以提高全厂的热效率,降低总体能耗;回收的烟气热量愈大,再利用能量愈多,节约燃料的量愈大。然而回收RTO烟气的余热也有一定限度,过分追求低的排烟温度和热水的温升,容易造成余热利用换热器内部烟气冷凝,从而引起设备腐蚀,这一点必须引起充分的注意。如果能够很好地利用限制之内的余热,不仅对涂装厂的经济效益有很大的提高,而且响应国家节能减排的政策,为社会环境保护作出一定贡献。
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