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行业新闻

涂装行业VOCs治理新技术 ——旋转式RTO处理技术

摘要:介绍了旋转式RTO的基本工作原理、结构特点及技术优点,与其他燃烧法的性能对比。旋转式RTO是涂装行业VOCs治理新技术,作为技术先进的第三代RTO在净化效率、热回收效率及运行费用等方面具有突出优点。


关键词:涂装,  VOCs治理,旋转式RTO


引言

随着我国表面工程行业发展迅速,国家产业政策鼓励表面工程产业向高技术方向发展,而涂装行业作为表面处理行业的重要组成部分。涉及涂装工艺的汽车制造、木质家具、工程机械、船舶制造、钢结构等生产企业形成快速发展的趋势,汽车制造行业显得尤为突出。目前,全国有1.3万家汽车及零部件制造企业,3400家木质家具生产企业、600家船舶制造企业、1300家工程机械制造企业、5000家钢结构生产企业,而涂装是生产制造工艺的重要组成部分,是对金属和非金属表面覆盖保护层或装饰层,其技术质量对企业后期运行产生重要影响。而在传统制造中,溶剂型涂料的主要成分——有机溶剂和稀释剂不属于成膜物质,最终会以挥发性有机化合物(VOCs)的形式进入空气,严重降低空气质量。
     VOCs在大气污染形成过程中起着关键作用,VOCs的光氧化过程是二次有机气溶胶形成的重要原因,是造成PM2.5、臭氧污染的重要前体物。与此同时,人们对于环境尤其是空气质量的关注度越来越高,雾霾、PM2.5、AQI空气质量指数已成为天气预报不可缺少的内容,而年空气优良天数也成为各级政府工作业绩的重要考核指标。目前各地方政府都相继出台了针对表面涂装中有机物排放标准以及挥发性有机物排污收费实施办法,即从立法上确保企业必须减少挥发性有机废气的排放,做到合法排放。燃烧法中的旋转式RTO彻底解决了企业所面临的VOCs排放问题,实现达标排放,经济运行。旋转式RTO在处理效率,热效率,占地面积等各个方面都明显优于燃烧法中的其他方式。
      1. 涂装行业VOCs排放概述
涂装过程中产生的挥发性有机化合物(VOCs)主要有甲基异丁基酮、乙酸正丁酯、正丁醇、乙二醇、丁醚、甲苯、二甲苯等,具体产生VOCs的工序如图1所示。涂装车间产生有机废气的主要来源有喷漆室、流平室和烘干室。烘干室废气的特点是风量小、浓度高,一般采用高温氧化焚烧处理,在高温条件下挥发性有机物氧化分解,产生的热量可作为烘干室所需的热源,净化后的空气可以达到国家和地方发布的排放标准。而喷漆室、流平室产生的有机废气由于风量大、浓度低,在满足国家法规的情况下一般都采用高空直接排放,从而造成严重的环境污染。近几年,许多地方政府相继出台了地方法规,对有机废气排放制定了更严苛的标准,大部分地区要求VOCs排放浓度低于30mg/m3。为满足这些要求,喷漆室所排放的有机废气也必须进行有效治理。

2. 旋转式RTO工作原理及结构
     2.1 基本工作原理
旋转式RTO(即Regenerative Thermal Oxidizer),也称旋转式蓄热氧化炉,图2所示。其原理是有机废气经过旋转分配阀进入蓄热室预热,然后进入氧化室,加热升温到800℃以上使有机废气氧化分解成CO2和H2O;从而净化废气,并回收废气分解时所释放出来的热量,废气分解效率高达99.5 %,热利用效率达到95%以上。

2.2 结构特点
旋转式RTO自上而下依次分为氧化室、蓄热室、分配室、出入室和吹扫室,主要核心部件有旋转分配阀、燃烧器、陶瓷蓄热体、工艺风机、炉体、保护装置等等。
2.2.1旋转式RTO使用12个装有蜂窝陶瓷的固定蓄热室,废气在5个蓄热室预热后进入氧化室。氧化室内燃气燃烧使室内温度达到氧化温度。废气氧化后的高温气体经过另5个蓄热室冷却排出,另外两个,1个蓄热室为吹扫区,另1个蓄热室为死区。废气通过旋转分配阀交替均匀的进入12个蓄热室,控制废气在蓄热室不断切换,实现了连续平稳的蓄热、放热工况切换。
2.2.2将废气分成三个独立区域,实现废气、氧化分解后的净化气、吹扫空气不漏气,采用特殊密封材质及结构,确保三个独立区域密封不串气,获得更高的净化效率。
2.2.3旋转式RTO使用全新的气体隔离技术,使进出口的气流波动小,对前端工艺生产线不会造成影响。旋转式RTO实现炉体和阀门的相对独立,同时便于安装与维护,运行更加平稳。
2.2.4旋转阀匀速旋转,运行平缓无冲击性,集成旋转阀体安装空间小,便于安装,全新结构设计,旋转阀维护更换方便,减少停机时间。
2.2.5 12 室之间有保温结构,保温采用硅酸铝板,炉体蓄热体处安   装人孔(检修孔),便于维修和更换底部陶瓷蓄热体。
2.2.6采用美国摩根优选保温棉,保温棉的密度240kg/m³,保温性能极高,保温棉填装结构采用“S”型模块填装,自膨胀挤紧,热量损失少;模块固定采用隐藏抓钉结构,安装强度高,避免抓钉与高温空气接触,减少热传递。
2.2.7炉膛到烟囱中间有高温旁通阀,在废气入口有新风阀,当温度过高超温时,通过进新风降温,温度过高高温旁通阀会自动打开释放过多的热量,保护炉膛。
      3 旋转式RTO的技术优点
旋转式RTO主要优点为:
3.1旋转式RTO是第三代的最先进技术的RTO,具有12室。
3.2旋转式RTO散热面积小,12个蓄热室交替工作,节约能耗。
3.3废气通过连续运转的旋转分配阀交替均匀引入,气流顺畅,实现连续平稳的蓄热、放热工况切换,就像12缸的发动机一样,运行稳定,净化效率高达99.5%。
3.4旋转式RTO的结构紧凑,占地面积小,节省土建及钢结构平台投资。
3.5旋转式RTO的进出口废气温差小于20℃,最大限度的回收热量,综合热效率达到95%以上,自运行所需废气浓度低。
3.6采用旋转阀,进气、排气连续,管道压力波动只有25Pa,彻底解决了两床式和三床式RTO产生很大的气压波动问题;管道压力波动小,废气不倒灌,有利于前端处理设备稳定运行。
3.7旋转分配阀采用航天特种材料制造,密封面经过精密研磨,阀组旋转体经动平衡校验,具有长达10年以上的生命周期。
3.8节能优化新技术,闷炉技术的开发,实现停机后炉体进行保温,减少炉内热量流动,再启动时极大的降低了能源消耗,间断工作更节能。
3.9增加旋转式RTO蓄热陶瓷填充量,采用新型积木式排列结构,形成高效蓄热。
3.10自动化程度高,一键式操作,超百项安全互锁程序,预警功能及保护装置完善,安全性高。
      4 旋转式RTO与热回收式直燃炉(TNV)的比较
针对涂装行业烘干室排放的有机废气具有风量小、温度高、浓度中高且含有油烟的特点,在以往的VOCs治理案例中,部分业主选择了TNV进行VOCs治理和热能回收;在新建项目上,作为最先进技术的旋转式RTO已逐步应用到实际案例中,旋转式RTO相对于TNV具有更高的废气处理效率,更高热回收效率。烘干室排放的有机废气经过具有保温层的管道收集后进入旋转式RTO直接高温氧化分解,有机废气产生的热量一部分用于RTO自身运行,余热用于加热烘干室的新风和前处理槽液的加热,最大限度的回收热能。

TNV系统是将烘干室有机废气经引风机送入到焚烧炉内置换热器预热后,到达燃烧室内,再通过燃烧机加热到760℃左右,将有机废气进行氧化分解为CO2和H2O。产生的高温烟气通过炉内的管式换热器和主烟气管道排出,排出的烟气作为烘干室热源进行多级换热器利用。两者具体比较如表1所示:

5 旋转式RTO与床式RTO的比较
床式RTO主要分为两床式、三床式以及多床式RTO,两床式RTO的原理是待处理的有机废气经引风机进入蓄热室A进行预热,然后进入氧化室,加热升温使有机废气氧化分解成CO2和H2O。净化后的高温废气离开氧化室,进入蓄热室B,释放热量。一个循环完成后,进气与出气阀门进行一次切换,改变气流方向(进入下一循环);废气由蓄热室B进入,净化后的气体由蓄热室A排出。三床式RTO在两床式RTO的基础上增加1个蓄热室作为吹扫功能,提高了净化效率。
床式RTO的提升阀震动大,气体间隔性脉冲,影响管道压力波动大。同时,提升阀在开关动作的过程中容易造成气体泄露串气,降低了净化效率。床式RTO是多阀联动,控制点较多,频繁执行开关动作,易造成故障,使用寿命上远低于连续运转的旋转阀。陶瓷蓄热体也是频繁放热蓄热,缩短了使用寿命。

旋转式RTO是第三代RTO,在各方面性能及后期维护费用上都全面优于床式RTO,表2为旋转式RTO与传统两床、三床RTO的性能对比。

针对涂装行业常规废气,旋转式RTO自运行浓度仅需1200mg/m³,表3为旋转式RTO热平衡计算表。

6.结语
      为了保护生态环境,实现经济社会的可持续发展,需要在涂装工序中的各环节都尽量减少污染物使用量,同时在污染物排放末端要进行净化处理,以尽量减少污染物排放。采用旋转式RTO对涂装车间废气进行处理后,有机废气净化效率高,热效率高,运行成本低,设备运行稳定可靠,性能明显由于其他燃烧法,可大大减少了VOC排放总量,保持空气清洁度,防止雾霾产生。具有较大的社会效益和经济效益。

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