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【节能降耗】RTO烟气余热利用综合节能技术

时间：2024-06-03 来源： 浏览：

【节能降耗】RTO烟气余热利用综合节能技术

长三角VOCs治理产学研用联盟
长三角VOCs治理产学研用联盟

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长三角VOCs治理产学研用联盟，简称“长三角VOCs联盟”。以长三角VOCs减排监测及恶臭污染防控为主体科研院所、事企业单位等，自愿发起成立的、契约型的、非法人的、非营利性的创新合作组织。

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，烘干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60JPH纲领的某汽车涂装线项目为例，RTO废气处理量为8万m3/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℃后排放。 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）/800 0（天然气热值 ）= 645120（m3/a）
645120（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
能量流动结构图如图1所示。

以60JPH纲领的某汽车涂装线项目为例，车间锅炉房共有5台2.8MW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见表1。

表2中的设计数据显示，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，30min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。

作者：林 骥，发表于《装备制造技术》2012年第5期。

来源：相章分享环保技术

编辑：长三角VOCs治理产学研用联盟

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