RTO烟气余热利用综合节能技术

发布时间：2023-05-22 07:31:00 点击：

RTO焚烧炉、RTO、RCO专业生成厂家无锡泽川环境2023年5月22日讯 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，提高经济效益；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）/8000（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。

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。
附：RTO蓄热式焚烧炉尾气的4种余热利用方式旋转RTO作为废气VOCs最有效的处理设备，在废气浓度超过1.5~2 g/m³时，不仅能完全分解有机成分达标排放，还有多余热量可供利用。通过配置余热回收装置，利用综合节能技术对800℃的高温烟气进行余热回收，从而提高整厂热效率，提高经济效益。目前余热回收利用方式主要有热水、蒸汽、热风、导热油等。

1、热水通过在RTO高温旁通阀后端配置热管式热水换热器，配置一套水路内循环系统，将多余热量置换为85℃的高温热水储存到热水储箱中；再通过一套水路外循环系统，将热水送到用热设备上。

用热设备包括印刷热风换热器、工业洗涤用热水、及生活用水等，还可与中央空调进行连接，降低空调热负荷，用于车间供暖。因RTO作为末端VOCs处理设备，充足的废气量和足够高的浓度下才有多余的热量产生，为保障在非正常生产条件下的用热要求，通常额外配置一组热水备用热源，在没有足够余热的情况下，与余热回收系统并联工作；泵阀管路及水箱体积等设备根据最大的余热量进行设计选型。

当没有备用热源的情况下，利用RTO的燃烧器产生高温烟气来满足车间用热，此时的泵阀管路及水箱体积等设备应根据最大用热量进行设计选型。热水余热回收方式具有经济简单和投资小的特点，且该设备不属于高压高温的特种设备，不需要进行报检和特殊防护，热水余热利用方式适用于≤75℃的用热工艺温度，目前广泛应用于软包装印刷设备。

2、蒸汽通过在RTO后端配置热管式余热锅炉，可将多余热量转换为高压蒸汽，与厂家原来的蒸汽锅炉或者市政蒸汽并联，使用蒸汽汇集器进行调温调压，再输送到相应的用热设备。

带有备用蒸汽热源的蒸汽供热系统，废气余热满足车间用热时，备用蒸汽热源关闭；废气余热不满足车间用热时，用备用蒸汽热源给补热，用热设备开机速度快、用汽灵活，开机时间不受RTO启炉限制。不带有备用蒸汽热源的蒸汽供热系统，废气余热不满足车间用热时，RTO燃烧器补热，用热设备开机时间受RTO启炉时间限制。

蒸汽供热系统通过压力进行远距离传输，因此不需要泵和储箱等设备，汽、水两相闭环循环；且热管式余热锅炉通过冷凝相变进行传热，具有换热系数高，换热器体积小、温控精度高等优点。蒸汽余热利用方式适用于≤160℃的用热工艺温度，目前广泛应用于软包装、涂布、涂装及食品等行业。3、热风RTO余热利用方式还包括直接给车间输送热风或者给RTO炉补热风，通过高温烟气加环境风进行调温后直接输送到车间或者RTO炉补风，或者通过板式换热器换取100~400℃的新鲜热风，直接通往用热设备。

4、导热油通过在RTO后端配置导热油换热器，将余热转换为高温导热油，若用户具备导热油锅炉及管路系统，则只需将RTO热油换热器与原有系统输出路径进行串联；若用户不具备相应的系统，则重新配置一套导热油系统，与用户用热设备进行连接。

含备用热源的导热油供热系统，包含一台燃气导热油锅炉和RTO配有的导热油余热锅炉，以及油槽、油泵、管路等；导热油余热锅炉与燃气导热油锅炉采用串联形式连接，废气余热够车间用热时，燃气导热油锅炉停炉关火，废气余热不够车间用热时，燃气导热油锅炉给导热油补热。

不含备用热源的导热油供热系统，包含RTO配有的导热油余热锅炉，以及油槽、油泵、管路等；废气余热够车间用热时，RTO导热油余热锅炉直接给车间供热，废气余热不够车间用热时，RTO燃烧器补热，保证车间设备用热。导热油余热利用方式适用于≤250℃的用热工艺温度，目前主要应用于涂布等行业。

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