RTO催化燃燒設(shè)備廠家，RTO蓄熱式催化燃燒，熱氧化器在印鐵行業(yè)中的應(yīng)用

摘要：印鐵涂布和印刷的尾氣中含有大量的VOCs及CO，直接排放會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大污染，如何處理這部分尾氣使之達(dá)標(biāo)排放，并做到資源和能量的綜合利用尤為重要。上海寶鋼包裝股份有限公司在國(guó)內(nèi)首次用蓄熱式熱氧化器（RTO）裝置對(duì)年產(chǎn)500t涂布尾氣進(jìn)行了處理，處理后的尾氣完全達(dá)到GB16297—1996排放標(biāo)準(zhǔn)以及DB31--933--2015上海市大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)。介紹了利用RTO裝置處理印刷和涂布尾氣的工作機(jī)理，從RTO的性能、使用的壽命和日常的維護(hù)費(fèi)用等角度對(duì)該案例進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，RTO優(yōu)于目前其他同類的廢氣環(huán)保處理裝置。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，能源與環(huán)保的結(jié)構(gòu)性矛盾更加突出，節(jié)能與環(huán)保已在社會(huì)形成一種共識(shí)，被推到一個(gè)前所未有的高度。印鐵涂布生產(chǎn)中由于尾氣中含有VOCs成分，因而尾氣的排放一直困擾著印鐵行業(yè)。另外尾氣中含有濃度較高的CO，直接排放也造成了巨大的能源浪費(fèi)。現(xiàn)有的焚燒爐和催化氧化裝置存在節(jié)能效果不夠顯著、運(yùn)行成本較高、設(shè)備運(yùn)行不夠穩(wěn)定等問(wèn)題。鑒于以上情況，上海寶鋼包裝股份有限公司決定采用蓄熱式熱氧化器來(lái)處理印鐵涂布尾氣。

1蓄熱式熱氧化器處理印鐵涂布尾氣

1.1蓄熱式熱氧化器原理簡(jiǎn)介

蓄熱式熱氧化器(RegenerativeThermalOxidizer，以下簡(jiǎn)稱RTO)，是國(guó)際上一種最為有效的VOCs治理技術(shù)裝置，主要用于處理中低濃度揮發(fā)性有機(jī)廢氣。其基本原理是VOCs與O2發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO2和H2O，化學(xué)方程式如式(1)。

aCxHyOz+bO2→cCO2+dH2O(1)

熱氧化器中加入蓄熱體，儲(chǔ)存熱量預(yù)熱VOCs廢氣，對(duì)預(yù)熱后的VOCs廢氣進(jìn)行熱氧化處理。隨著蓄熱材料的發(fā)展，目前蓄熱體的熱回收率已能達(dá)到95%以上，具有顯著的節(jié)能效果。當(dāng)VOCs濃度較高時(shí)，余熱可做二次回收，因而RTO廣泛應(yīng)用于石油、化工、涂裝、涂布、醫(yī)藥等行業(yè)。

典型的兩床式RTO如圖1。RTO啟動(dòng)前先通過(guò)燃燒器對(duì)燃燒室及填料床預(yù)熱;預(yù)熱完成后，含有VOCs的尾氣先進(jìn)入1#填料床預(yù)熱，然后通過(guò)燃燒室，在燃燒室內(nèi)VOCs充分氧化放熱;氧化完成后潔凈的氣體通過(guò)2#填料床冷卻，并將熱量傳遞給2#陶瓷床，隨后潔凈的氣體排入大氣，此過(guò)程為半個(gè)周期。半個(gè)周期結(jié)束后，閥門(mén)切換，含有VOCs的氣體先通過(guò)2#填料床預(yù)熱，然后在燃燒室氧化放熱，再通過(guò)1#填料床進(jìn)行熱交換放熱，放熱完成后，潔凈的氣體排入大氣，至此完成一個(gè)周期循環(huán)。

RTO催化燃燒設(shè)備廠家

1.2蓄熱式熱氧化器處理印鐵涂布尾氣

印鐵涂布尾氣中主要有害成分為苯、二甲苯及其他非甲烷總烴，上海寶鋼包裝股份有限公司針對(duì)500t/a涂布尾氣情況，決定采用蓄熱式熱氧化器(RTO)處理涂布尾氣。為了提高凈化效率，系統(tǒng)采用了三床式RTO，其工藝如圖2。

RTO催化燃燒設(shè)備廠家

1.3蓄熱式熱氧化器模型優(yōu)化

1.3.1熱力計(jì)算及分析

不考慮RTO預(yù)熱階段燃燒室內(nèi)補(bǔ)充的熱量，在投入運(yùn)行時(shí)，印鐵涂布尾氣中的有機(jī)成分氧化所產(chǎn)生的總熱量將達(dá)到熱平衡，穩(wěn)態(tài)流動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的技術(shù)功數(shù)值很小，可以忽略，因此能量守恒如式(2):

RTO催化燃燒設(shè)備廠家

式中:η為尾氣中有機(jī)物的轉(zhuǎn)化效率；ΔHi為單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入RTO有機(jī)物的燃燒熱值;Qj為各箱體表面的散熱量;C為尾氣的比熱容;q1為RTO出口氣體的流量;ΔT1為出口氣體與進(jìn)口氣體的溫度差;q2為通過(guò)RTO高溫旁路氣體的流量，ΔT2為高溫旁路氣體與進(jìn)口氣體的溫度差。

RTO催化燃燒設(shè)備廠家

式中:λ為導(dǎo)熱系數(shù);δ為RTO保溫材料的壁厚;ΔT為RTO爐體內(nèi)外溫度差;A為各箱體散熱面積。

由式(2)、(3)可知，在尾氣中有機(jī)物產(chǎn)生的熱值固定的情況下，為了更好地產(chǎn)生效益，必須減少箱體表面的熱損及直排氣體所帶走的熱量。因此箱體表面積固定時(shí)，選擇導(dǎo)熱系數(shù)低的材料，同時(shí)適當(dāng)增加保溫材料的厚度來(lái)減少熱損。一般要求箱體表面最高點(diǎn)的溫度比環(huán)境溫度高50K。

1.3.2控制模型

影響RTO氧化的主要因素有氣體在RTO燃燒室的滯留時(shí)間及氧化溫度。氣體在燃燒室的滯留時(shí)間由尾氣量及燃燒室容積確定，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)滯留時(shí)間一般在1.2s以上。氧化溫度與尾氣中VOCs的成分有關(guān)，燃燒室的最低溫度一般要高于尾氣中VOCs的自燃點(diǎn);通常情況下，氧化溫度越高，氣體的凈化率越高，但溫度過(guò)高對(duì)設(shè)備的使用壽命有影響，尤其是影響余熱鍋爐的壽命。溫度的控制主要與各填料床的切換周期及熱旁通閥的開(kāi)啟狀態(tài)有關(guān)，表1為三床式RTO在尾氣投入運(yùn)行時(shí)各周期閥門(mén)的邏輯狀態(tài)表。

RTO催化燃燒設(shè)備廠家

2運(yùn)行結(jié)果及分析

上海寶鋼包裝股份有限公司年產(chǎn)500t的VOCs尾氣處理裝置———RTO，自2014年5月投入運(yùn)行至今，已連續(xù)運(yùn)行32個(gè)月，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，其運(yùn)行控制界面見(jiàn)圖3。

RTO催化燃燒設(shè)備廠家

(1)經(jīng)過(guò)多次、隨機(jī)抽查測(cè)量，RTO箱體表面溫度維持在50～70℃之間，滿足最高溫度不高于環(huán)境溫度50K的要求。

(2)燃燒室溫度始終維持在850～950℃之間，保證尾氣中的有機(jī)成分充分氧化。

(3)尾氣直排溫度高于進(jìn)氣溫度10K，完全達(dá)到小于40K的設(shè)計(jì)要求.

(4)煙囪平均出口溫度150℃，低于180℃的設(shè)計(jì)要求。

(5)經(jīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)保部多次抽查，經(jīng)過(guò)RTO裝置處理的印鐵涂布尾氣完全達(dá)到GB16297—1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》，VOCs的凈化率達(dá)到了99%，CO的凈化率達(dá)到了97%。

3與原有廢氣處理設(shè)備的比較

2014年之前，上海寶鋼包裝股份有限公司一直采用直燃式燃燒爐(TO)和催化燃燒爐(CO)兩種環(huán)保技術(shù)，處理能力滿足當(dāng)時(shí)國(guó)家的規(guī)定。隨著國(guó)內(nèi)環(huán)保要求的進(jìn)一步提高，尤其是上海地方標(biāo)準(zhǔn)的提出，公司原有的VOCs環(huán)保處理裝置已很難滿足廢氣排放的要求，因此公司嚴(yán)格按照新的排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)廢氣進(jìn)行處理。

2014上海寶鋼包裝股份有限公司采用的5萬(wàn)m3/h風(fēng)量蓄熱式熱氧化爐(RTO)裝置對(duì)車(chē)間生產(chǎn)VOCs廢氣進(jìn)行處理，該RTO裝置的熱回收率高達(dá)96%以上，在處理過(guò)程中只消耗很少的燃料，而且涂裝生產(chǎn)過(guò)程中廢氣VOCs濃度較高，在經(jīng)過(guò)RTO處理后完全能維持設(shè)備自身的熱能損耗外，還有部分富裕熱值可以供企業(yè)加熱空氣通入烘箱輔助生產(chǎn)。與原有環(huán)保技術(shù)相比除了進(jìn)一步提升環(huán)保性能外，還充分為企業(yè)節(jié)能，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的一舉兩得。

經(jīng)過(guò)實(shí)施驗(yàn)證，自2014年5月8日RTO投入運(yùn)行以來(lái)，上海寶鋼包裝股份有限公司印鐵尾氣達(dá)到了環(huán)保的要求，同時(shí)由于合理的設(shè)計(jì)，運(yùn)行過(guò)程中天然氣和用電量都有一定程度的降低。以印鐵涂布線正常生產(chǎn)為條件，RTO除了啟動(dòng)需要燃料外，滿產(chǎn)運(yùn)行時(shí)不需要補(bǔ)充天然氣，產(chǎn)量不足時(shí)需要補(bǔ)充少量燃料，平均燃?xì)夂牧?m3/h。

若按照每年10次停車(chē)、啟動(dòng)計(jì)算，每次啟動(dòng)時(shí)需要100m3，年正常運(yùn)行8000h，年消耗天然氣41000m3，燃?xì)鈫蝺r(jià)4.2元，年運(yùn)行成本為17.22萬(wàn)元;同時(shí)裝機(jī)容量128kWh，年耗電按照工作小時(shí)約8000h，實(shí)耗為102.4萬(wàn)kWh/a，單價(jià)按上海市現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)0.72元/kWh計(jì)算，年運(yùn)行成本為73.73萬(wàn)元?？偰芎馁M(fèi)用(電+燃?xì)?為90.95萬(wàn)元。以前的涂布線觸媒環(huán)保設(shè)備年能耗費(fèi)用為339萬(wàn)，該項(xiàng)目的實(shí)施每年同比降低能源成本248萬(wàn)元。

4結(jié)論

(1)采用蓄熱式熱氧化器處理涂布印鐵尾氣，可將尾氣的有毒有害成分完全氧化分解，排放達(dá)到GB16297—1996環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)及上海市地方標(biāo)準(zhǔn)要求，可直接排入大氣，減少了對(duì)空氣的污染。

(2)本裝置從性能的可靠性、設(shè)備的使用壽命、日常的維護(hù)費(fèi)用及年度能源損耗等方面都優(yōu)于目前同類其他的廢氣環(huán)保處理裝置，為企業(yè)降本增效做出重要貢獻(xiàn)。