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蓄热式燃烧技术在金属表面涂装中VOCs处理应用

文章出处:未知 人气:发表时间:2021-01-14 14:56

摘要: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。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。
 

1 金属表面处理概述

随着科学技术的进步,工业生产的发展和人民生活水平的提高,产品和工业设备的质量也发生了变化。产品不仅需要耐腐蚀性和耐久性,而且还需要清洁美观的外观,美观大方,具有一定的观赏价值。因此,目前表面处理技术已广泛应用于各种制造业。

表面处理技术始终在为金属材料的保驾护航、增值添彩发挥着巨大的作用。一方面,它能显著降低金属(特别是钢铁)的腐蚀速度,为社会节约大量的财富,并可通过处理使之获得亮丽的外观。另一方面,表面处理技术还能设法赋予金属各种与电、磁、光、声、化学、机械等有关的新功能。

由于材料的功能多半都体现在其表面层上,因而有可能让一些低廉的金属材料经过表面处理而获得耐磨、减摩、磁化、导电、易焊接、化学催化等特殊功能,得以身价倍增。这就是说,金属表面处理技术既能为其它加工工艺提供平整、清洁、美观的表面,又能独立地形成具有重要价值的新型表面材料。它对制造业发展所起到的作用是不容忽视的。

金属表面处理技术涉及面广,涉及面广,各学科之间的距离很小,很少有人能掌握表面处理技术的全部内容。此外,随着科学技术的进步和需求的增长,新技术将被添加到列表中。然而,这种复杂而重要的综合性技术长期以来一直被学术界所忽视。

 

2 蓄热式燃烧技术的工作原理

蓄热式燃烧技术在蓄热器中采用热交换原理。当烟气排放时,高温烟气通过蓄热器储存热量,蓄热体释放热量,将燃烧空气和气体预热到一定温度,从而大大降低了加热炉的燃料消耗。这是一种提高加热炉热效率、节能环保的新技术操作。

 

3 蓄热式焚烧炉(RTO)工艺原理

两床RTO 主体结构由高温氧化室、两个陶瓷蓄热体和四个切换阀门组成。当有机废气进入蓄热体1 后, 蓄热体1放热,有机废气被加热到800℃左右后在高温氧化室燃烧燃烧后的高温洁净气体通过蓄热体2;蓄热体2 吸热,高温气体则被蓄热体2 冷却后,经过切换阀排放。经过一段时间,阀门切换,有机废气从蓄热体2 进入,蓄热体2 放热加热废气,废气被氧化燃烧后通过蓄热体1,蓄热体1 吸热,高温气体被冷却后通过切换阀排放。这样周期性地切换,就可连续处理有机废气,同时无需或少量补充能量,达到节能效果。

对VOC 排放浓度和排放速率要求较高的情况下,可设计三个或五个蓄热床,每个蓄热床依次进行蓄热—放热—清扫的循环过程。对于高浓度(低于20%LEL)的有机气体,可对氧化后的热量进行二次余热回收,回收方式可以是:加热导热油、蒸汽、热水、热风、热风经过滤后直接回用等,如图所示。

 

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3.1 蓄热式焚烧炉(RTO)工艺流程

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4 VOCs 废气处理简介

金属涂装废气中VOCs 的组分比较复杂,主要成分有:甲苯、二甲苯、醋酸乙脂、环己酮、丁酮、异丙醇、丁醇等,针对铝涂装含VOCs 废气的处理,国内不少环保企业研发出多种设备及工艺,主要工艺方式有几种。

 

4.1 催化燃烧法

该法的工作原理是:利用废气中的VOCs 在催化剂的作用下可以有效降低氧化转化温度的特点,在设备内增加催化剂作为触媒来降低VOCs 的氧化转化温度。

首先将废气通过外来热源加热到催化起燃最低温度280℃导入到装有催化剂的催化床层,使得含有VOCs 的废气与催化剂充分接触,并保持足够的停留时间。被加热后的VOCs依靠催化剂中的活性成分铂Pt、钯Pd 的活性作用,使废气中的有机物转化氧化为无害的水和二氧化碳从而达到净化废气的目的。

该方法的缺点是随着设备周期的延长,催化剂的性能逐渐降低,处理效果也逐渐降低。同时,两倍的维护成本较高,非甲烷总烃的残留量超过了标准。

 

4.2 热力燃烧法

该法的工作原理是:利用废气中的VOCs 在高温下分子链容易被击破产生氧化转化的原理,直接采用外来热源将含有VOCs 的废气加热到最低氧化转化温度750℃。首先把含有VOCs 的废气加热到最低氧化转化温度750℃,并且停留足够的分解时间,使废气中的VOCs 充分转化氧化为水和二氧化碳,从而达到净化废气的目的。且在合适的条件下可进行余热利用,不仅净化废气保护环境,同时余热利用产生一定的经济效益。该方法适用于任何废气温度的场合,废气VOCs 浓度在中、高低的场合均能获得较理想的处理效果,由于废气的裂解温度高,燃料消耗较多,对于热量不能充分利用的场合,造成运行成本高。

 

4.3 活性炭(碳纤维)吸附脱附

该法的工作原理:利用活性炭(碳纤维)内部微孔的物理吸附作用,把废气中的VOCs 吸附下来,从而达到净化废气的目的。由于活性炭吸附只是把VOCs 吸附下来,并没有把VOCs 真正转化为无害的物质,并且吸附到一定程度会达到饱和,所以必须进行脱附再生。脱附的方法有饱和蒸汽脱附溶剂溶剂回收法、常压过热蒸汽脱附催化净化法和直接催化燃烧热空气连续脱附。

采用活性炭吸附/脱附的方法适用于温度<50℃且废气浓度<1,000mg/m3的场合。若废气温度较高,有机物分子热运动增强,则活性炭(碳纤维)的吸附效果明显下降;废气浓度较高则活性炭(碳纤维)会迅速饱和,则必须采用连续脱附的方式。该法的缺点是对酮类物质可以吸附但是再生效果很差,活性炭容易饱和,相对净化效率较底。

 

4.4 蓄热式热力燃烧

其废气处理的原理和热力燃烧方法相同。不同的是蓄热式方法安装了蓄热材料代替了热力燃烧方法的换热器,由于蓄热材料具有较大的传热面积和热容量,所以依靠对废气进气/排气方向的不断切换,从而使蓄热材料不断的吸收热量和放出热量,达到节能效果。

该方法的优点在于安装了蓄热材料有效提高了换热效率,通常高达95%以上,远高于普通热交换器的60%以下的换热效率,在较低的废气浓度时可达到最低的运行费用,废气浓度达到2g/m3 即可实现无功运行,是目前国际通用且能源消耗最低的新型处理VCOs 的工艺方法。

 

5 RTO 节能减排核心

利用RTO 节能减排的关键是优化印刷涂布机和涂装设备的进排气系统,提高有机废气的排放浓度,减少总排气量。因此,设备的无功损耗降低,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,值得大力推广。

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。

 

6 结语

金属涂装线外排废气采用蓄热式焚烧工艺设备进行环保处理是非常合适和理想的,不仅处理效果优异,能够完全达标排放,而且运行能耗最省,是金属涂装企业环保处理的最优选择。

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