圖1 運行中的華宇RTO

文/許浩然，江蘇華宇印涂設(shè)備集團有限公司

揮發(fā)性有機化合物(Volatile Organic Compounds，VOCs)是石油化工過程以及各種使用有機溶劑的行業(yè)，如噴漆、印刷、制藥、煤化工等行業(yè)排放最常見的污染物。該類化合物多數(shù)具有刺激性氣味和毒性，部分已被列為致癌物，如苯、多環(huán)芳烴、氯乙烯、乙腈等，危害人類健康，污染空氣;此外多數(shù)VOC氣體易燃易爆，對企業(yè)生產(chǎn)安全造成威脅。

環(huán)保承壓，金屬包裝業(yè)亟需解決VOCs的有效治理

由于VOC的危險性，許多國家頒布法令對VOC的排放進行管制。我國頒布的《大氣污染防治法》要求對工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的有毒氣體進行凈化處理，對可燃性氣體要回收利用。《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16297-1996)規(guī)定了33種揮發(fā)性有機物的排放標(biāo)準(zhǔn)，將大部分的其他揮發(fā)性有機物按非甲烷類烴來處理，并規(guī)定了統(tǒng)一的排放標(biāo)準(zhǔn)(

就金屬包裝行業(yè)而言，由于大多數(shù)企業(yè)所用涂料中的有機溶液中含有苯、甲苯、乙酸乙脂、二甲苯、丁酮等成分，因而在表面涂布、烘干等工藝過程中，會存在一定的有害揮發(fā)物，是當(dāng)前環(huán)保管治大戶之一。在環(huán)保高壓下，金屬包裝業(yè)必須解決“彩印、涂布和烘烤中產(chǎn)生的低濃度、大風(fēng)量有機廢氣的有效處理”難題，合理利用資源，保護環(huán)境，顯著提升行業(yè)技術(shù)裝備水平，加速廢氣凈化裝置等相關(guān)配套裝備的更新?lián)Q代，打破國外企業(yè)在該領(lǐng)域的技術(shù)和市場壟斷，提高我國在世界包裝行業(yè)的競爭力。

VOCs三類主要處理技術(shù)路線的優(yōu)劣比較

去除工業(yè)廢氣中VOC的方法可分為破壞性方法和非破壞性方法。在破壞性方法中，有直燃法、催化燃燒法、蓄熱式氧化法三類技術(shù)路線之分，其中催化燃燒技術(shù)和高溫燃燒技術(shù)是目前最常見、有效的VOCs處理技術(shù)。

直燃法是利用熱力燃燒方式氧化分解惡臭氣體，在適當(dāng)?shù)臏囟认拢峁┏渥愕娜紵鯕夂鸵欢v留時間，可高效除臭，凈化率高;同時設(shè)備主機工作穩(wěn)定，不存在堵塞現(xiàn)象，適于含有催化劑失活物質(zhì)(S、重金屬、鹵素)的廢氣，以及粘性大的物質(zhì)如瀝青廢氣等。但設(shè)備占地面積大，成本相對較高。

催化燃燒法采用的是吸附濃縮+催化燃燒組合工藝，整個系統(tǒng)實現(xiàn)了凈化、脫附過程閉循環(huán)，與回收類有機廢氣凈化裝置相比，無需壓縮空氣和蒸汽等附加能源，運行過程不產(chǎn)生二次污染，設(shè)備運行費用較低，適于常溫、大風(fēng)量、中低濃度，易揮發(fā)的有機廢氣。設(shè)備一次性投資成本較高。

蓄熱式氧化法采用預(yù)熱和蓄熱交替切換技術(shù)，換熱效率高達90%以上，節(jié)能效果顯著。具有預(yù)清掃、歇火保護、超溫報警及自動切斷燃料供應(yīng)功能。采用微機自動控制、多點溫控，實現(xiàn)了多種保護動作、運行信息檢索、監(jiān)控信息反饋，使系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠運行。閥門切換更靈敏、迅速。催化劑價格較貴(12萬元/m3)，輔料燃燒成本也很高，適于中高濃度的有機廢氣，以及涂裝線、印刷、化學(xué)合成工藝(ABS合成)、石油煉化工藝各種產(chǎn)生有機廢氣的場所。

總體來看，熱催化燃燒過程中需要對相應(yīng)的燃燒溫度進行加熱，如果廢氣中有機物濃度很高，廢氣燃燒所產(chǎn)生的熱量就可以保持有機物分解所需的反應(yīng)溫度，因而催化燃燒法是一種經(jīng)濟可行的方法。

然而，傳統(tǒng)的催化燃燒技術(shù)和高溫燃燒技術(shù)傳熱效率低。當(dāng)廢氣中有機物濃度較低時，需要大量的能量消耗，運行成本較高。為了提高設(shè)備的熱效率，降低設(shè)備的運行成本，近年來出現(xiàn)了蓄熱式加熱技術(shù)和蓄熱式催化燃燒技術(shù)，把回收煙氣余熱與高效燃燒及降低NO X(熱力型氮氧化物)排放量等技術(shù)有機地結(jié)合起來，實現(xiàn)了節(jié)能和降低污染物排放量的雙重目的。

選擇廢氣處理設(shè)備的評價標(biāo)準(zhǔn)

工業(yè)廢氣處理設(shè)備生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量 設(shè)備生產(chǎn)率與產(chǎn)品質(zhì)量主要是指單位時間的產(chǎn)品產(chǎn)量與設(shè)備質(zhì)量的工程能力。高效率設(shè)備的主要特點是：大型、高速、自動化、電子化。

投資費用 在選擇設(shè)備時，對上述各種因素進行認真評價之后還要考慮設(shè)備的最初投資以及投資的合理平衡，即設(shè)備投資的回收期限以及因采用新設(shè)備帶來的節(jié)約。

工藝性 即設(shè)備滿足生產(chǎn)要求的能力。此外，設(shè)備還要操作方便、控制靈活;產(chǎn)量大的設(shè)備應(yīng)自動化程度高;對有毒有害作業(yè)的設(shè)備則要求自動化控制或者遠距離監(jiān)控等。

維修性 即通過修理和維護來預(yù)防和排除系統(tǒng)、設(shè)備、零部件等故障的難易程度。一般來說，如果設(shè)備設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)簡單，零部件組裝合理，維修時零部件易拆易裝，檢查容易、零件的通用性好、標(biāo)準(zhǔn)性及互換性好，那么設(shè)備的維修性就好。

經(jīng)濟性 選擇設(shè)備時，要求設(shè)備最初的投資少，即設(shè)備的購置費用較低，設(shè)備的生產(chǎn)率高，自然壽命較長，維修及管理費較少，并能節(jié)約勞動力。

安全性 即指選擇在生產(chǎn)中安全可靠的設(shè)備。對于有腐蝕性的設(shè)備，要注意防護設(shè)施的可靠性，以及設(shè)備的材質(zhì)是否滿足設(shè)計要求。此外還應(yīng)注意設(shè)備結(jié)構(gòu)是否先進，組裝是否合理、牢固，是否安裝有預(yù)報和防止設(shè)備事故的各種安全裝置。

環(huán)保性 是指設(shè)備產(chǎn)生和排放的有害物質(zhì)對環(huán)境的污染要符合國家規(guī)定的要求。應(yīng)該選擇不排放或少排放“三廢”的設(shè)備，或者選擇有相應(yīng)治理“三廢”附屬裝置的設(shè)備。還要附帶有消聲、隔音裝置。

成套性 即設(shè)備本身及各種設(shè)備之間的配套情況。在選擇設(shè)備時，應(yīng)避免動力設(shè)備和生產(chǎn)設(shè)備之間“大馬拉小車”或“小馬拉大車”的現(xiàn)象，以及各生產(chǎn)設(shè)備之間“頭重腳輕”等不配套的現(xiàn)象。

可靠性 從廣義上來說是指機器設(shè)備的精度、準(zhǔn)確度的保持，以及機器零件的耐用性、執(zhí)行功能的可靠程度、操作是否安全等。

蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)優(yōu)勢

蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)(High Temperature AirCombustion，HTAC)，是自上世紀90年代以來發(fā)達國家開始普遍推廣應(yīng)用的一種全新燃燒技術(shù)。它能夠?qū)⒅伎諝忸A(yù)熱到800~1000℃或以上，燃燒區(qū)空氣含氧量在2%～21%。與傳統(tǒng)燃燒過程相比，高溫空氣燃燒的最大特點是節(jié)省燃料，減少CO2和NOX的排放，降低燃燒噪音。

國際上十分重視對高溫空氣燃燒技術(shù)的開發(fā)研究，工業(yè)界把推廣應(yīng)用高溫空氣燃燒技術(shù)作為新世紀節(jié)能和環(huán)保的主要任務(wù)之一。2014年，中國有50余家企業(yè)采用此技術(shù)改造印涂鐵涂料烘房，平均節(jié)能效果達到30%，NOX排放指標(biāo)符合政府環(huán)境要求。

蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)的主要特征表現(xiàn)在以下幾方面。

大幅節(jié)能減碳 采用蓄熱式煙氣余熱回收裝置，最大限度地回收高溫?zé)煔獾奈锢頍幔话憧晒?jié)約能源10%～70%，提高熱工設(shè)備熱效率，同時溫室氣體(CO2)減排達10%～70%。

爐內(nèi)溫度分布均勻，大幅減少NOX。通過組織貧氧燃燒，擴展了火焰燃燒區(qū)域，使得爐內(nèi)溫度分布均勻;同時，煙氣中NOX的排放減少 40%以上。

降低設(shè)備造價。由于爐內(nèi)平均溫度增加，加強了爐內(nèi)的傳熱，使相同尺寸的熱工設(shè)備產(chǎn)量提高20%以上，大大降低了設(shè)備的造價。

低熱值燃料的應(yīng)用范圍更廣。低熱值的燃料借助高溫預(yù)熱的空氣或高溫預(yù)熱的燃氣可獲得較高的爐溫，擴展了低熱值燃料的應(yīng)用范圍。

蓄熱式高溫空氣燃燒器技術(shù)方案

我司根據(jù)客戶的技術(shù)特點確定如下蓄熱式燃燒器具體設(shè)計方案：采用空氣單預(yù)熱，預(yù)熱后空氣溫度大于800℃，排煙溫度控制在100℃~200℃;燒嘴采用套筒式結(jié)構(gòu)，雙燒嘴設(shè)計，其中一個燒嘴用于燃燒，一個燒嘴用于排煙;雙蓄熱室設(shè)計，蓄熱室位于燒嘴下方，采用蜂窩式蓄熱體(原因詳見下文);采用旋轉(zhuǎn)式四通換向閥;換向時間定為 40s。

燒嘴 蓄熱燒嘴的設(shè)計遵循高溫低氧空氣燃燒的基本技術(shù)原理，即高效回收煙氣余熱，大幅減少污染物特別是NOX的排放。

蓄熱體材質(zhì) 出于高效節(jié)能的考慮，蓄熱體應(yīng)具有高效蓄熱和高效換熱功能，以及無溫度應(yīng)力限制、高溫結(jié)構(gòu)強度好、抗氧化、抗腐蝕、經(jīng)濟、長壽等特點。蜂窩式蓄熱體(圖3)因優(yōu)點較多最終被選作蓄熱室填充材料，但它的切換時間短(30～70s)，導(dǎo)致切換頻率增大，這勢必增加了換向閥的動作，因此在制作換向閥時要應(yīng)該充分考慮這一點。