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RTO:节能、高效的环保装置 ——兼谈华宇RTO在印铁、涂布行业的应用设计

作者:佚名     来源:网络     点击数:2480     更新时间:2017/4/28

文/ 林海滨( 设计总工),陈杰( 机械工程师),江苏华宇印涂设备集团有限公司


RTO设备

  蓄热式热氧化器(Regenerative Thermal Oxidizer,简称RTO)是一种用于处理中低浓度挥发性有机废气的节能型环保装置。
  原理简介
  它的基本原理是在高温下(≥760℃)使有机废气氧化生成CO2和H2O,从而予以去除。典型的三床式RTO主体结构由一个燃烧室、三个陶瓷填料床和六个切换阀组成(图1)。该装置中的蓄热式陶瓷填充床换热器可使热能得到最大限度的回收(热回收率大于95%),这样在处理VOCs时可不用或使用很少的燃料。
  RTO有三个状态:启动预热状态、运行状态和故障状态。各个过程的流程说明如下。
  启动预热状态RTO启动时,主风机启动,通过6个阀门的周期切换,对RTO燃烧室用新鲜空气进行吹扫。吹扫是出于安全角度考虑,以防止高浓度尾气残留,点火时引爆。
  吹扫结束后,RTO烧嘴系统运行,首先判断天然气压力是否正常,如不正常,则不够点火条件,RTO不会自动点火,此时显示屏幕会报警,排查相应的报警项。点火条件满足后,RTO自动点火,先是母火点燃,母火稳定后,燃气电磁阀动作,将天然气喷入燃烧室内进行燃烧,UV火焰检测器每隔1秒进行火焰检测,点火成功后,直到将燃烧室加热到反应所需的温度。在这个过程中,主风机会一直动作,将干净空气从净化管线输入,通过6个阀门的周期切换,完成3个填料床的预热。
  正常运行状态 废气通过自动切换阀门进入填料床A,被预热到850℃以上,在燃烧室发生氧化反应,经填料床C排除,温度降低后,通过自动切换阀进入烟囱底部排出。由于VOCs浓度较高,热量有过剩,这样燃烧室一部分气体通过高温旁通阀后排入烟囱。
  在此过程中,另有干净的空气从填料床B进入燃烧室,用来吹扫上一过程在填料床B中滞留的废气。
  在达到循环时间(T)后,通过3个填料床底部的9个自动切换阀门由PLC程序控制切换,废气由填料床C进入,从填料床B排出,填料床A进行吹扫程序。通过PLC程序控制自动切换阀门的切换,就可完成废气的连续净化。
  故障状态 当出现故障及停车检修时,打开排空阀门,关闭RTO进废气,RTO离线,废气直接排空。此时要对RTO燃烧室进行冷却吹扫,主风机继续运行,新鲜空气通过6个切换阀门的周期切换,对燃烧室及陶瓷进行冷却,冷却到所需的温度后,系统停止。
  印铁涂布行业主要是在马口铁表面进行油墨印刷和涂布,再进入烘房进行表面烘干,在烘干过程中马口铁表面的溶剂挥发产生VOCs,通过排气风机将废气收集进入RTO废气总管。一般印铁厂都有若干条生产线,经过集中收集来集中处理VOCs。

  RTO装置的优点
  RTO装置具有如下优点:第一,操作费用低,超低燃料费,当有机废气浓度在450PPM以上时,RTO装置不需添加辅助燃料;第二,净化率高,三床式RTO净化率在99%以上;第三,不产生NOX等二次污染;第四,全自动控制、操作简单;第五,可以用废溶剂作为燃料;第六,彻底去除臭味;第七,对烘房所做产品无任何副作用;第八,维护费用低;第九,安全性高。
  华宇公司RTO系统简介
  华宇公司设计的RTO的设计热效率为95%,燃烧室温度为815℃,VOCs去除率为99%以上。华宇公司RTO系统的设计方案根据“技术要求表”和RTO设计的基本要求来制定,最终结果取决于工程要求。
  蓄热室 蓄热室四周采用连续焊保证气密性。每个蓄热室内保温,保温材料采用陶瓷纤维软制品。所有的蓄热室包括一个用不锈钢棒做支撑的蓄热床以及满足所需热效率的一批陶瓷填料。
  蓄热填料 华宇公司既可提供传统的散装鞍环填料,又可提供MLM规整蜂窝填料。这两类填料在急热急冷时都具有化学和物理稳定性,由于填料表面积大,故具有较大的传热能力。
  在湿度较大,气流中有颗粒物以及需要反烧操作时,传统的陶瓷鞍环比蜂窝填料有优势。
  采用MLM的RTO由于压降小,热效率高,故运行成本低。采用MLM的RTO,蓄热室会减小,从而使设备的尺寸减小,重量也会减轻,这对于RTO放在建筑物项上有好处。但在颗粒物含量较大时,用MLM的效果不如用鞍环。可根据应用工况的不同选用最适合的蓄热填料。
  燃烧室 每个蓄热室均与一个共同的燃烧室相连,燃烧室位于蓄热室顶部,各室的法兰面采用连续焊以保证气密性,各室须有足够的强度以承受RTO系统风机产生的最大压力,燃烧室有一个或几个燃烧器。燃烧室各个侧面采用陶瓷纤维软制品内保温。燃烧室有一个或几个人孔,每个人孔必须紧固并带有易移动的吊架。
  内保温 RTO设备的侧壁和炉顶都用陶纤软制品保温,保温材料中的保温钉等采用不锈钢,在运输前保温须作好。有些情况下,蓄热室的底部支承需用耐热钢和不锈钢。
  当RTO直立安装时,保温材料必须填实,耐火材料能耐1260℃高温。在正常运行时。
  进出口管路的制作需符合工艺设计要求,采用全焊接结构,在净化气出口和检查口处设盲板,若需要可设加强筋和波纹管型膨胀节。
  烟囱 烟囱为可选件,需按地方法规和法令来设计,设计时需知道当地的地震情况和风向载荷,烟囱上需设两个或多个取样口(彼此间隔90℃)。
  阀门 对于RTO的主要阀门,本公司可提供蝶阀和提升阀。提升阀的泄漏率低,蝶阀的压降小,安装灵活性大。另外,在处理非常脏的气流时,蝶阀具有较高的可靠性。可根据用户给定的条件,优化选择阀门形式。
  氧化器系统风机、电机与变频器 根据RTO设计基础中的工艺条件,RTO系统可包含一个或几个排气风机,风机设计静压必须考虑到有机物在蓄热床的堆积会随着时间的延长而增大阻力,同样风机的电机也应相应地增大以满足风机静压。
  RTO的风机可由变频器来控制,它可以根据气流的大小自动调节电机转速。变频器可根据压力传感检测RTO出口压力,发出4~20MA的信号。
  变频器可根据事先给定的压力来调节风机转速,这些可以在RTO的HMI控制面板上显示出来。


图1 典型的三床式RTO主体结构示意图

  燃烧器和燃料管线 可提供一台或几台燃烧器来维持RTO燃烧室的设计温度。燃烧器的能力大小取决于加热清洁空气(无工艺气附加能量)的能量。另外,工艺气体的湿度大小和不燃物的浓度也要考虑。
  燃烧器在燃烧室的位置须考虑热流分布要均匀,每个燃烧器独立配制,都需安全装置,RTO燃烧系统必须包含燃烧风机。另外,也需要燃烧器的操作平台。
  标准的控制系统 一个独立的双开门控制柜可放在RTO设备旁边,或放在RTO控制室内。控制柜用碳钢材料制作,外表面须涂2遍面漆,内表面涂亮光白漆。控制柜须预留10%的空间以便将来再安装其他控制设备用。控制柜中布置所有的接线端子。燃烧控制和安全装置的配线须用硬线,控制柜在发货前须进行试验,并使工厂现场的接线最少,所有配线两端须有标识,标识应与配线示意图相对应,所有配线是铜芯的,耐压600V。下面板有一个PLC控制器,一个Honeywell数字火焰安全装置,进口压力传感器,所有的继电器,接线端子,保险丝等。所有的系统功能都可在面板的PLC控制器操作界面操作来实现。
  操作界面上有许多图标和图示表示RTO各部位的监测和控制,若要操作主风机、燃烧器、风压,或者按程序开车,操作者只需按一下触摸屏或功能键即可,操作界面也有PID图以及控制参数。PLC操作界面负责处理每个燃烧器操作温度控制以及控制入口管道压力。
  通过4~20MA的电流输出直接对应于不同频率的转动速度来控制入口压力,该输出以及类似的运行控制输出来自PLC的信号输出。
  在控制柜的前门设有一个火焰强度计,一个紧急停车按钮开关,一个主要的切断开关,两个微处理器控制仪,用来监测燃烧室温度和风机进口温度,这些控制仪在温度偏移过大时可关闭。微处理器控制仪易于设置单个显示,可显示热电偶故障。可自检,时间比例(继电)输出。
  热旁通(可增设余热回收系统) 一个高温调节阀装在热旁通管线上,用来连接燃烧室和出口总管或烟囱,当废气浓度高时该,阀用来调节燃烧室温度,使部分燃烧室气流直接排出到设备外。旁通的气流热量未回收,结果是降低了热效率,防止了装置过热(当废气浓度高时)。热旁通阀的开度是自动实现的。


图2 运行中的华宇RTO  

  蓄热床反烧 反烧是一种清洁积聚在蓄热床入口侧有机物的维护方法,当RTO停车或小流量运行时,主阀按次序切换,使一个蓄热床在较长的周期内处于出口循环,这会导致该床温度和出口气流温度逐渐升高,随着温度的升高,附在该床冷侧、管道和阀门上的有机物开始氧化燃烧,当该床底部的温度达到预定温度后继续保持30分钟后,阀切换,另一蓄热床开始反烧。
  每次一个蓄热床反烧,蓄热床反烧、阀门的切换完全是自动完成,当最后一个床完成反烧后,阀自动恢复到初始循环状态。持续时间依有机物在蓄热床的积累情况而定,若积累量大,反烧时间长才能彻底清洗蓄热床,反烧程序总共需2~3小时,反烧程序持续时间可通过增加反烧操作频率来缩短。
  蓄热室净化系统 该氧化器有一条净化管线通过切断阀与每室的进出口管线相连。其组成包含:手动蝶阀、切断阀、净化管线。
  刷漆 所有碳钢表面在运输前应涂一遍底漆和一遍面漆,若无其它特殊要求,表面处理符合SP-6。底漆(无机锌涂料)厚0.1mm,面漆(丙烯酸类涂料)厚0.1mm,在全部安装完成后根据情况可再涂一层面漆,所有OEM设备应保持出厂原状况。
  附加的安全控制装置 系统中所有组合安全控制装置都取得了相关安全规范的认可,由于地方法规或条令要求附加的一些安全控制装置可作为合同价的追加项。

 
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