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蓄熱式燃燒技術在金屬表面涂裝中VOCs處理應用

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蓄熱式燃燒技術在金屬表面涂裝中VOCs處理應用

發布日期:2018-11-21 作者:張成剛 點擊:

蓄熱式燃燒技術在金屬表面涂裝中VOCs處理應用


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摘要:爐()是把生產排出的溫度提升到680-1050℃,在此高溫下直接分解成二氧化碳和水蒸氣,大量熱能從煙氣中轉移至蓄熱體,用來加熱下一次循環的待分解有機廢氣。RTO運行費用省,有機廢氣的處理效率可以達到95%-99%,上較先進設備的VOs處理多采用這種方法。VOCs有機廢氣氧化燃燒是借助高溫,使有機物氧化分解為二氧化碳、水以及部分化合物,一般氧化處理效率可以達到95%-99%。燃燒法分直接氧化燃燒(TO)和蓄熱式燃燒(RTO)兩種,RTO比TO熱交換效率更高,更節能。

1 金屬表面處理概述

隨著科學技術的進步,工業生產的發展和人民生活水平的提高,產品和工業設備的質量也發生了變化。產品不僅需要耐腐蝕性和耐久性,而且還需要清潔美觀的外觀,美觀大方,具有一定的觀賞價值。因此,目前表面處理技術已廣泛應用于各種制造業。

⎝⎛im电竞⎞⎠表面處理技術始終在為金屬材料的保駕護航、增值添彩發揮著巨大的作用。一方面,它能顯著降低金屬(特別是鋼鐵)的腐蝕速度,為社會節約大量的財富,并可通過處理使之獲得亮麗的外觀。另一方面,表面處理技術還能設法賦予金屬各種與電、磁、光、聲、化學、機械等有關的新功能。

由于材料的功能多半都體現在其表面層上,因而有可能讓一些低廉的金屬材料經過表面處理而獲得耐磨、減摩、磁化、導電、易焊接、化學催化等特殊功能,得以身價倍增。這就是說,金屬表面處理技術既能為其它加工工藝提供平整、清潔、美觀的表面,又能獨立地形成具有重要價值的新型表面材料。它對制造業發展所起到的作用是不容忽視的。

金屬表面處理技術涉及面廣,涉及面廣,各學科之間的距離很小,很少有人能掌握表面處理技術的全部內容。此外,隨著科學技術的進步和需求的增長,新技術將被添加到列表中。然而,這種復雜而重要的綜合性技術長期以來一直被學術界所忽視。

2 蓄熱式燃燒技術的工作原理

⎝⎛im电竞⎞⎠蓄熱式燃燒技術在蓄熱器中采用熱交換原理。當煙氣排放時,高溫煙氣通過蓄熱器儲存熱量,蓄熱體釋放熱量,將燃燒空氣和氣體預熱到一定溫度,從而大大降低了加熱爐的燃料消耗。這是一種提高加熱爐熱效率、節能環保的新技術操作。

3 蓄熱式焚燒爐(RTO)工藝原理

⎝⎛im电竞⎞⎠兩床RTO 主體結構由高溫氧化室、兩個陶瓷蓄熱體和四個切換閥門組成。當有機廢氣進入蓄熱體1 后, 蓄熱體1放熱,有機廢氣被加熱到800℃左右后在高溫氧化室燃燒燃燒后的高溫潔凈氣體通過蓄熱體2;蓄熱體2 吸熱,高溫氣體則被蓄熱體2 冷卻后,經過切換閥排放。經過一段時間,閥門切換,有機廢氣從蓄熱體2 進入,蓄熱體2 放熱加熱廢氣,廢氣被氧化燃燒后通過蓄熱體1,蓄熱體1 吸熱,高溫氣體被冷卻后通過切換閥排放。這樣周期性地切換,就可連續處理有機廢氣,同時無需或少量補充能量,達到節能效果。

⎝⎛im电竞⎞⎠對VOC 排放濃度和排放速率要求較高的情況下,可設計三個或五個蓄熱床,每個蓄熱床依次進行蓄熱—放熱—清掃的循環過程。 對于高濃度(低于20%LEL)的有機氣體,可對氧化后的熱量進行二次余熱回收,回收方式可以是:加熱導熱油、蒸汽、熱水、熱風、熱風經過濾后直接回用等,如圖所示。

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3.1 蓄熱式焚燒爐(RTO)工藝流程

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4 VOCs 廢氣處理簡介

⎝⎛im电竞⎞⎠金屬涂裝廢氣中VOCs 的組分比較復雜,主要成分有:甲苯、二甲苯、醋酸乙脂、環己酮、丁酮、異丙醇、丁醇等,針對鋁涂裝含VOCs 廢氣的處理,國內不少環保企業研發出多種設備及工藝,主要工藝方式有幾種。

4.1 催化燃燒法

該法的工作原理是:利用廢氣中的VOCs 在催化劑的作用下可以有效降低氧化轉化溫度的特點,在設備內增加催化劑作為觸媒來降低VOCs 的氧化轉化溫度。

⎝⎛im电竞⎞⎠先將廢氣通過外來熱源加熱到催化起燃低溫度280℃導入到裝有催化劑的催化床層,使得含有VOCs 的廢氣與催化劑充分接觸,并保持足夠的停留時間。被加熱后的VOCs依靠催化劑中的活性成分鉑Pt、鈀Pd 的活性作用,使廢氣中的有機物轉化氧化為無害的水和二氧化碳從而達到凈化廢氣的目的。

該方法的缺點是隨著設備周期的延長,催化劑的性能逐漸降低,處理效果也逐漸降低。同時,兩倍的維護成本較高,非甲烷總烴的殘留量超過了標準。

4.2 熱力燃燒法

該法的工作原理是:利用廢氣中的VOCs 在高溫下分子鏈容易被擊破產生氧化轉化的原理,直接采用外來熱源將含有VOCs 的廢氣加熱到低氧化轉化溫度750℃。 先把含有VOCs 的廢氣加熱到低氧化轉化溫度750℃,并且停留足夠的分解時間,使廢氣中的VOCs 充分轉化氧化為水和二氧化碳,從而達到凈化廢氣的目的。 且在合適的條件下可進行余熱利用,不僅凈化廢氣保護環境,同時余熱利用產生一定的經濟效益。 該方法適用于任何廢氣溫度的場合,廢氣VOCs 濃度在中、高低的場合均能獲得較理想的處理效果,由于廢氣的裂解溫度高,燃料消耗較多,對于熱量不能充分利用的場合,造成運行成本高。

4.3 活性炭(碳纖維)吸附脫附

⎝⎛im电竞⎞⎠該法的工作原理:利用活性炭(碳纖維)內部微孔的物理吸附作用,把廢氣中的VOCs 吸附下來,從而達到凈化廢氣的目的。 由于活性炭吸附只是把VOCs 吸附下來,并沒有把VOCs 真正轉化為無害的物質,并且吸附到一定程度會達到飽和,所以必須進行脫附再生。 脫附的方法有飽和蒸汽脫附溶劑溶劑回收法、常壓過熱蒸汽脫附催化凈化法和直接催化燃燒熱空氣連續脫附。

采用活性炭吸附/脫附的方法適用于溫度<50℃且廢氣濃度<1,000mg/m3的場合。若廢氣溫度較高,有機物分子熱運動增強,則活性炭(碳纖維)的吸附效果明顯下降;廢氣濃度較高則活性炭(碳纖維)會迅速飽和,則必須采用連續脫附的方式。該法的缺點是對酮類物質可以吸附但是再生效果很差,活性炭容易飽和,相對凈化效率較底。

⎝⎛im电竞⎞⎠4.4 蓄熱式熱力燃燒

⎝⎛im电竞⎞⎠其廢氣處理的原理和熱力燃燒方法相同。不同的是蓄熱式方法安裝了蓄熱材料代替了熱力燃燒方法的換熱器,由于蓄熱材料具有較大的傳熱面積和熱容量,所以依靠對廢氣進氣/排氣方向的不斷切換,從而使蓄熱材料不斷的吸收熱量和放出熱量,達到節能效果。

⎝⎛im电竞⎞⎠該方法的優點在于安裝了蓄熱材料有效提高了換熱效率,通常高達95%以上,遠高于普通熱交換器的60%以下的換熱效率,在較低的廢氣濃度時可達到低的運行費用,廢氣濃度達到2g/m3 即可實現無功運行,是目前通用且能源消耗低的新型處理VCOs 的工藝方法。

5 RTO 節能減排核心

利用RTO 節能減排的關鍵是優化印刷涂布機和涂裝設備的進排氣系統,提高有機廢氣的排放濃度,減少總排氣量。因此,設備的無功損耗降低,設備投資減少,節能效果更明顯。

⎝⎛im电竞⎞⎠因為,當排出的有機廢氣VOCs 濃度較大時,超出RTO無功運行平衡點(一般濃度在3g/m2)以上的熱量,可回用到印刷涂布烘干箱上,還有從RTO 排出來處理后的氣體(溫度比進氣高60℃以上),可通過熱交換器預熱新鮮空氣,再把預熱后氣體送到烘箱,這樣可大大節省加熱烘箱的能耗,為企業創造很大的經濟效益,實現節能減排,值得大力推廣。

對于鋼桶制造行業,排放濃度低于2.5g/m2,也可選用轉輪或活性碳吸附濃度廢氣,再把濃縮完的氣體適到RTO 燃燒。

6 結語

金屬涂裝線外排廢氣采用蓄熱式焚燒工藝設備進行環保處理是非常合適和理想的,不僅處理效果優異,能夠完全達標排放,而且運行能耗省,是金屬涂裝企業環保處理的優選擇。


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