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RTO煙氣余熱利用綜合節(jié)能技術(shù)
在汽車涂裝自動生產(chǎn)線中，烘干設(shè)備是主要耗能生產(chǎn)設(shè)備之一，通過 RTO(蓄熱式廢氣氧化裝置)煙氣余熱利用綜合節(jié)能技術(shù)，對低溫排放的煙氣進行余熱回收和利用，可以提高全廠的熱效率，降低總體能耗，提高經(jīng)濟益;而且響應(yīng)國家節(jié)能減排的政策，為社會環(huán)境保護作出一定貢獻。
關(guān)鍵詞：RTO;能量流動;熱管換熱器;自動控制
汽車涂裝自動生產(chǎn)線上的烘干設(shè)備，是主要耗能生產(chǎn)設(shè)備之一，所以在滿足安全生產(chǎn)并符合環(huán)保法規(guī)的前提下，烘設(shè)備的節(jié)能技術(shù)改進，是其重要的發(fā)展方向。在實際生產(chǎn)中，烘干設(shè)備的供熱系統(tǒng)和廢氣處理系統(tǒng)的煙氣排放熱損失，約占總能耗的 25 %。雖然這些煙氣的排放溫度降至 200～250 ℃左右，就滿足現(xiàn)在的環(huán)保法規(guī)要求，但這部分被排放的煙氣仍然存在著能量回收的契機。對低溫排放的煙氣進行余熱回收和利用，是涉及烘干設(shè)備、公用動力系統(tǒng)、其他區(qū)域耗能設(shè)備等綜合性很強的系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)，是涂裝車間能源綜合利用的典型課題，本文重點討論 RTO(蓄熱式廢氣氧化裝置)煙氣余熱利用綜合節(jié)能技術(shù)。
1 RTO 技術(shù)的機理
RTO(蓄熱式廢氣氧化裝置)煙氣余熱利用綜合節(jié)能技術(shù)的機理如下：涂裝車間各烘干設(shè)備在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的有機廢氣，通過廢氣管網(wǎng)集中被送到RTO 裝置中，進行 750℃左右的高溫焚燒處理;這些廢氣燃燒后產(chǎn)生的能量，被 RTO 內(nèi)部的陶瓷蓄熱體進行熱量回用后，終排入大氣的煙氣溫度，被降到200～250 ℃之間。
由于安全方面的因素，這部分終排入大氣的溫度，必須在 120 ℃以上，但從 200～250 ℃到 120 ℃，這部分依然有能量回收的空間。采用水作為這部分煙氣能量回收的介質(zhì)，利用這些低溫煙氣的余熱來制備熱水，煙氣的溫度被降到 120℃左右后排入大氣，而制備出的熱水，可以輸送到熱水鍋爐或其他需要熱水的地方充分利用，從而實現(xiàn)烘干設(shè)備煙氣排放余熱回收利用的目的。
2 排煙余熱回收效益
以 60 JPH 綱領(lǐng)的某汽車涂裝線項目為例，RTO廢氣處理量為 8 萬 m3/ h，廢氣處理后排煙溫度約為200 ℃。在保證煙囪抽力(抽力取決于煙囪高度和氣體密度差，高度一定的情況下，排煙溫度高抽力大)、防止凝結(jié)(溫度低，換熱器、煙囪內(nèi)壁容易凝結(jié)物質(zhì)，著火) 的基本條件下，可以采用換熱器回收部分熱量，使排煙溫度降至 120 ℃后放。其余熱回收經(jīng)濟效益計算公式如下：
80 000(m3/h)×1.2×0.24×(200 - 120)×16(h/d)×250(d/a)×0.7(系統(tǒng)綜合利用率)/ 8 000(天然氣熱值)= 645 120(m3/a)
645 120(m3/a)×2.86(元 / m3 )= 185(萬元 /a)
上面計算中，效益隨生產(chǎn)線的實際工作時間(年時基數(shù))變化而變化。
這一節(jié)能技術(shù)，設(shè)計之初首先需掌握車間用能設(shè)備的能量需求變化規(guī)律，以便合理計算水量和配置換熱器，合理組織生產(chǎn)(RTO、鍋爐與前處理等用能設(shè)備的聯(lián)動)，以提高系統(tǒng)能量綜合利用率，大化地回收能量。
3 能量流動結(jié)構(gòu)圖
能量流動結(jié)構(gòu)圖如圖 1 所示。
以 60 JPH 綱領(lǐng)的某汽車涂裝線項目為例，車間鍋爐房共有 5 臺 2.8 MW 的燃氣鍋爐，主要供前處理、空調(diào)二次加熱和少量其他生活需求見表 1。
表 2 中的設(shè)計數(shù)據(jù)顯示，煙氣回收的能量，占車間熱水平均量夏季需求的 29 %、冬季需求的 41 %、其他季節(jié)需求的 54 %，現(xiàn)場實際數(shù)據(jù)還受聯(lián)動系統(tǒng)生產(chǎn)組織的影響。
在這個能量體系中，RTO 終的排煙溫度取決于水路的水量、進出口溫差;而現(xiàn)場數(shù)據(jù)變化，主要取決于動力需求變化。例如：前處理或空調(diào)等工藝設(shè)備的升溫狀態(tài)、保溫狀態(tài)下不同用能量;生產(chǎn)綱領(lǐng)滿負荷生產(chǎn)、不滿負荷生產(chǎn)、休息時段的用能量;季節(jié)變化車間能量需求不同等等，也就是說該聯(lián)動系統(tǒng)存在一個綜合利用率問題。
4 余熱回收系統(tǒng)組成
整個余熱利用系統(tǒng)，包括氣路、水路、余熱換熱器和自動化系統(tǒng)等 4 部分組成(如圖 2)。
煙氣管路包括氣動切換閥、及進出口煙氣溫度探頭、壓差開關(guān)等監(jiān)測元件;水路系統(tǒng)包括水泵、手動蝶閥、氣動三通調(diào)節(jié)閥、安全閥、壓力表、流量開關(guān)和進出口水溫探頭等監(jiān)測元件。
其中，主體設(shè)備是熱管換熱器，其傳熱效率高(具有*的導(dǎo)熱性、良好的等溫性、熱流密度可變性等特質(zhì))，節(jié)能*;具有良好的防腐蝕能力;裝置體積小，只是普通熱交換器的 1/3;使用壽命長，單根熱管可拆卸更換，維護簡單成本低(如圖 3、圖 4)。
熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成，將管內(nèi)抽成1.3 ×(10 -1 ～10 -4 )Pa 的負壓后，充以適量的工作液體，使緊貼管內(nèi)壁的吸液芯毛細多孔材料中充滿液體后加以密封。管的一端為蒸發(fā)段(加熱段)，另一端為冷凝段(冷卻段)，根據(jù)應(yīng)用需要，在兩段中間可布置絕熱段(如圖 5)。
熱管是依靠自身內(nèi)部工作液體相變來實現(xiàn)傳熱的傳熱元件，具有超常的熱活性和熱敏感性，遇熱而吸，遇冷而放。
5 煙氣余熱利用系統(tǒng)的控制要點
由于系統(tǒng)涉及多個用能區(qū)域，一方面，各區(qū)域設(shè)備具有相對獨立的自動化要求;另一方面，由于生產(chǎn)用能又相互聯(lián)系，同時余熱設(shè)備具有熱水加熱安全保護特性，因此各區(qū)域電控柜之間的連鎖關(guān)系比較復(fù)雜，但完善的自動控制，是安全生產(chǎn)的保障。系統(tǒng)控制要注意如下要點：
(1)基本狀態(tài)。RTO 原始狀態(tài)，煙氣管氣動閥位置：煙氣不經(jīng)余熱換熱器;水路原始狀態(tài)，三通調(diào)節(jié)閥位置：水始終經(jīng)過余熱換熱器。水路系統(tǒng)，調(diào)試時水路閥門初始設(shè)定水流量原則：排除煙溫過低報警(水量過大)和水溫過高報警(水量過小)的狀況，選取相對合適的水量。
(2)開機、關(guān)機信號。RTO 接到鍋爐房水泵開動信號，流量開關(guān)(進水管路)有水流信號，煙氣管路氣動閥切換，煙氣經(jīng)過余熱換熱器。RTO接到鍋爐房水泵停止信號(水泵待機)，煙氣管路氣動閥切換，煙氣不經(jīng)過余熱換熱器;鍋爐房接到煙氣氣動閥切換到位信號后，30 min 后，水泵停機。
(3)煙溫過低(<120 ℃)報警信號。出余熱換熱器后，排煙管路上設(shè)一個溫度探頭。當煙溫低于 120℃時，給鍋爐房提供低溫報警信號，調(diào)節(jié)水路三通調(diào)節(jié)閥，減小經(jīng)過余熱換熱器的水量。
(4)水溫過高(>95 ℃)報警信號。出余熱換熱器后，水管上設(shè)一個溫度探頭。當水溫高于 95 ℃時，給 RTO 提供水溫高溫報警信號，RTO 煙氣管路氣動閥切換，煙氣不再經(jīng)過余熱換熱器。
(5)煙氣管路自動閥切換要求。自動風(fēng)閥切換，要求按序執(zhí)行。為避免自動風(fēng)閥的故障，引起烘房熄火，在切換自動風(fēng)閥時，需確保要求打開的風(fēng)閥打開后，才可關(guān)閉需關(guān)閉的風(fēng)閥。
煙氣管路氣動切換閥：在任何時候與 RTO 系統(tǒng)相關(guān)的換熱風(fēng)閥和旁通風(fēng)閥，始終有一個處于開到位狀態(tài)。
(6)設(shè)備故障信號。故障信號主要包括：水泵故障、煙氣管路氣動閥故障、水路三通調(diào)節(jié)閥故障等，還有一些其他故障。車間壓縮空氣停止，余熱回收系統(tǒng)的換熱閥及旁通閥均會關(guān)閉，此時會影響 RTO 系統(tǒng)的運行，需要確認 RTO 系統(tǒng)的狀態(tài)。
柜內(nèi)總線掉站、PLC 當機及柜母線跳閘時，可能會導(dǎo)致 RTO 余熱回收閥門狀態(tài)信號瞬時丟失，影響RTO 系統(tǒng)運行，此時需要人員到 RTO 系統(tǒng)進行狀態(tài)確認。
6 結(jié)束語
根據(jù)理論研究和工程實例表明，安裝煙氣余熱回收裝置，可以提高全廠的熱效率，降低總體能耗;回收的煙氣熱量愈大，再利用能量愈多，節(jié)約燃料的量愈大。然而回收 RTO 煙氣的余熱也有一定限度，過分追求低的排煙溫度和熱水的溫升，容易造成余熱利用換熱器內(nèi)部煙氣冷凝，從而引起設(shè)備腐蝕，這一點必須引起充分的注意。如果能夠很好地利用限制之內(nèi)的余熱，不僅對涂裝廠的經(jīng)濟效益有很大的提高，而且響應(yīng)國家節(jié)能減排的政策，為社會環(huán)境保護作出一定貢獻。