RTO废气焚烧炉烟气余热的综合利用

当前石油化工、轻工、塑料、印刷等行业排放的有机废气处理为直燃式焚烧炉和蓄热式热氧化器(称RTO)。蓄热式热氧化器的蜂窝陶瓷能够将燃烧机的热量储存起来，当陶瓷的温度超过有机废气的着火点时，即使炉内无火，炽热的蜂窝陶瓷也能把有机废气点燃。蓄热式热氧化器具有能耗低、安全性好、应用范围广泛等优点，是一种很有发展前景的VOCs气体处理方法。本文针对汽车涂装自动生产线中RTO废气焚烧炉烟气的余热综合利用做了详细的陈述。

在汽车涂装自动生产线中，烘干设备是主要耗能生产设备之一，通过RTO(蓄热式废气氧化装置)烟气余热利用综合节能技术，对低温排放的烟气进行余热回收和利用，可以提高全厂的热效率，降低总体能耗，提高经济益;而且响应国家节能减排的政策，为社会环境保护作出一定贡献。

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60 JPH纲领的某汽车涂装线项目为例，RTO废气处理量为8万m 3 / 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)/ 8000(天然气热值)= 645120(m3 /a)

645 120(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60 JPH纲领的某汽车涂装线项目为例，车间锅炉房共有5台2.8 MW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，30 min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。

6、结束语

根据理论研究和工程实例表明，安装烟气余热回收装置，可以提高全厂的热效率，降低总体能耗;回收的烟气热量愈大，再利用能量愈多，节约燃料的量愈大。然而回收RTO烟气的余热也有一定限度，过分追求低的排烟温度和热水的温升，容易造成余热利用换热器内部烟气冷凝，从而引起设备腐蚀，这一点必须引起充分的注意。如果能够很好地利用限制之内的余热，不仅对涂装厂的经济效益有很大的提高，而且响应国家节能减排的政策，为社会环境保护作出一定贡献。