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(jìn)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(jì)益;而且響應(yīng)節(jié)能減排的政策,為社會環(huán)境保護(hù)作出一定貢獻(xiàn)。
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(jìn),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(jī)。對低溫排放的煙氣進(jìn)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(qiáng)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(jī)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(jī)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(jī)廢氣,通過廢氣管網(wǎng)集中被送到rto 裝置中,進(jìn)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(jìn)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?zé)煔獾挠酂醽碇苽錈崴?,煙氣的溫度被降?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(jì)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?xì)忮仩t,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(jìn)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(fù)荷生產(chǎn)、不滿負(fù)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(jìn)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(jìn)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(hù)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(fù)壓后,充以適量的工作液體,使緊貼管內(nèi)壁的吸液芯毛細(xì)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(hù)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(jī)、關(guān)機(jī)信號。rto 接到鍋爐房水泵開動信號,流量開關(guān)(進(jìn)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(jī)),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(jī)。
(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(dāng)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(dāng)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(rèn) rto 系統(tǒng)的狀態(tài)。
柜內(nèi)總線掉站、plc 當(dāng)機(jī)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(jìn)行狀態(tài)確認(rèn)。
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(jì)效益有很大的提高,而且響應(yīng)節(jié)能減排的政策,為社會環(huán)境保護(hù)作出一定貢獻(xiàn)。