直燃式焚烧炉改造经验体会(下)

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  【摘 要】直燃式废气焚烧炉由于造价比较低而被许多中小覆铜板企业所采用,但直燃式焚烧炉燃料消耗太高,节能问题一直受各方的重视。由于自由式RTO焚烧炉结构简单,它的蜂窝陶瓷是水平叠放的,最适合于直燃式废气焚烧炉改造。改造费用非常低,而且改造效果非常明显,燃料消耗趋于零。
  【关键词】直燃式废气焚烧炉;自由式RTO焚烧炉
  (接上期)
  三、自由式RTO焚烧炉在直燃式焚烧炉改造中的应用
  由于单塔式和双塔式RTO焚烧炉的结构都很庞大,价格昂贵,现在国内中小型企业大部分都采用直燃式焚烧炉,因此对直燃式焚烧炉的节能改造具有重大意义,特别是对于立式上胶机所采用的直燃式焚烧炉的节能改造意义更加重大。
  由于单塔式和双塔式RTO焚烧炉的蜂窝陶瓷都是直立布置,结构也都很庞大,不适合于直燃式焚烧炉的节能改造。而自由式RTO焚烧炉的蜂窝陶瓷都是平行布置,结构可大可小。因此自由式RTO特别适合于直燃式焚烧炉的节能改造。
  直燃式焚烧炉的节能改造一个方面是设备改造,一个方面是工艺调整。
  (一) 直燃式焚烧炉的设备改造
  1. 上胶机废气量的准确计算是关键
  通过对上胶机废气量的准确计算,确定焚烧炉炉膛的体积和各台风机的风速与流量,是改造的第一要点。
  2. 直燃式焚烧炉的炉膛改造
  直燃式焚烧炉的炉膛是改造的重点,根据对上胶机废气量的准确计算,确定炉膛的体积,并在炉膛中根据废气流量平行布置蜂窝陶瓷。调整各台风机的风速与流量。经由采用自由式RTO改造了的直燃式焚烧炉,由于其废气经过废气管二次预热,蜂窝陶瓷的温度比单塔式RTO焚烧炉还高,废气更加容易自燃。因此经过改造的一拖二(一台焚烧炉拖二台立式上胶机)的直燃式焚烧炉,可以做到一个月或更加长时间的连续生产,都只燃烧废气,不需要启动燃烧机(燃烧机可以拉出到炉外),焚烧炉一直是零耗油,即使当前最昂贵的单塔式焚烧炉也达不到这样的效果,实际这时这台经过改造的直燃式焚烧炉已经变为自由式RTO焚烧炉。
  3. 改造费用
  根据笔者多年工作经验,当前国内许多覆铜板企业的直燃式焚烧炉的炉体,风机等配置都是过量的,将一台焚烧炉对一台立式上胶机,改造为一台焚烧炉对二台立式上胶机,这些配置都还够用,所以用自由式RTO焚烧炉来改造直燃式焚烧炉,只是改造直燃式焚烧炉原来的炉膛,安装蜂窝陶瓷成为蓄热式炉膛,其他方面不需要做太大改动,因此改造费用非常低。
  4. 蜂窝陶瓷粘堵
  经过改造的直燃式焚烧炉,由于它的废气经过二次预热,使废气的温度更加高,低分子物不容易沉积。因此蜂窝陶瓷没有单塔式、双塔式等其他焚烧炉的蜂窝陶瓷那么容易粘堵,生产过程安全性比单塔式、双塔式焚烧炉都要高。当胶液中填料量比较大时,总有一些填料会残留在蜂窝陶瓷上,形成白色粉末,只要用压缩空气吹吹就可以了,但这种情况在单塔式、双塔式RTO焚烧炉上,清理就很困难。
  5. 焚烧炉维修保养费用
  由于经过改造的直燃式焚烧炉的蜂窝陶瓷是平行摆放,人可以自由进出其通道,维修过程非常简单,维修保养费用比单塔式、双塔式等其他焚烧炉低很多,蜂窝陶瓷也非常容易清理。
  (二) 焚烧炉改造中的工艺调整
  焚烧炉的节能,除了焚烧炉必须是蓄热式,焚烧炉的结构与上胶机必须匹配之外,生产过程焚烧炉的工艺调整也起相当重要作用。只有工艺条件合适,才能达到明显降低燃料消耗的目的,因此焚烧炉节能的工艺调整也非常重要。焚烧炉的工艺调整包括上胶机的生产速度的调整、炉膛温度的调整、各台风机工作状态的调整,炉膛压力的调整等等。
  1. 上胶机的生产速度的调整
  由于蓄热式RTO的蜂窝陶瓷必须先蓄上一定热量以后,才能发挥RTO焚烧炉节能效果。因此,上胶机必须有一定的生产速度,保证起码的废气供应量,才能达到燃料很少消耗或零消耗目的。从多次试验结果看,上胶机的生产速度的提高,对于燃烧机的燃料消耗减少,有一个突跃性效果。当上胶机的生产速度提高到一定值以后,焚烧炉油耗就迅速下降并趋于零油耗。
  在生产速度达到突跃点之前,蜂窝陶瓷可以被加入到炙热状态,能够将废气点燃,这时焚烧炉燃烧机进入“熄火状态”。但由于废气量不能够维持稳定量供给,排风机连续带走炉膛热量,使蜂窝陶瓷温度明显降低,不能将废气点燃,这时燃烧机就必须重新点火燃烧。这时燃烧机可以是“小火燃烧”,如果废气量没有达到可以维持只燃烧废气状态,但其量还是会接近突跃点,这时燃烧机将是“熄火——小火”转换,焚烧炉还处于油耗比较低状态。生产速度越接近突跃点,燃烧机“熄火”时间就越长,油耗就越少。
  如果上胶机生产速度比较低,产生的废气虽然可以达到使燃烧机进入“熄火状态”,但由于其量比较少,炉膛温度下降比较快,燃烧机很快由“熄火状态”转变到“小火燃烧”,并很快转变到“大火燃烧”。生产速度越慢,产生的废气量越少,燃烧机大火燃烧时间就越长,焚烧炉油耗就越高。
  2003-2004年,笔者在对一台卧式上胶机进行FVO产品生产试验,在提高生产速度试验时,发现随着生产速度的提高,虽然油耗会逐步减少,当生产速度达到22m/min时,焚烧炉的燃烧机突然停止喷油燃烧,但这时焚烧炉的炉膛仍是通红,即废气产生“自燃”维持焚烧炉正常运转,并且在该条件下,焚烧炉维持了连续一个星期的“自燃”状态,这是我们第一次获得连续生产零油耗,当时都很激动。我们发现,焚烧炉的燃烧机从喷油燃烧到不需要燃烧机点火燃烧,完全由废气连续“自燃”维持焚烧炉运转,上胶机的生产速度有一个突变点。在这个突变点以前,焚烧炉需要燃烧机点火燃烧,到这个突变点以后,燃烧机就进入完全不燃烧状态,当时我们完全没有这方面经验。
  后来笔者在对用于立式上胶机的改造过程,也出现相同情况。当二台立式上胶机的生产速度都达到12m/min以上时(采用一台焚烧炉对二台立式上胶机),焚烧炉的燃烧机就进入不燃烧状态,完全靠废气“自燃”维持焚烧炉正常运转。当上胶机的生产速度低于12m/min时,那怕只低零点几米,焚烧炉的燃烧机就需要点火燃烧才能维持焚烧炉正常运转,并且每小时需要燃烧10-15kg/h柴油。虽然上胶机降低生产速度减少了有机溶剂挥发量,但它与燃烧机柴油消耗突跃增加,是不成比例的。   因此,上胶机生产速度提高对于焚烧炉节能,或进入“自燃”是非常重要的,在接近临界条件时,只适当提高上胶机的生产速度,就可以达到明显降低焚烧炉油耗的效果。并不是所有焚烧炉在上胶机生产速度提高时都能够达到“自燃”状态。首先焚烧炉的炉膛结构必须比较合理,并接近最理想状态;第二是炉膛中蜂窝陶瓷或其他相应的耐火砖的布局比较合理并接近最理想状态。只有在这两个条件都完备以后,上胶机生产速度提高时,焚烧炉的燃烧机才能够达到“自燃”状态。
  2. 炉膛温度的调整
  通常,比较高的炉膛温度,可以使蜂窝陶瓷得到更高的预热温度,炙热的蜂窝陶瓷使有机废气更加容易“自燃”。对于单塔式,双塔式RTO和自由式RTO焚烧炉,炉膛的温度通常达到850-950℃甚至更高。当生产过程,在各方面条件都比较合适,焚烧炉油耗仍达不到理想效果时,可考虑是否是炉膛温度的问题。
  3. 废气温度的调整
  对于改造后的直燃式焚烧炉,提高废气的温度,可以使有机废气更加容易达到“自燃”状态,特别是对于炉膛中摆放有蜂窝陶瓷,或有耐火砖的焚烧炉,其影响更加明显。
  4. 各台风机工作状态调整,炉膛压力调整
  风机工作状态的调整,特别是废气风机的风速风量的调整,保证上胶机的有机废气完全送入焚烧炉,同时保证上胶机烘箱废气浓度在安全范围,这对于上胶生产的安全性是很重要的。炉膛压力的调整,使炉膛处于微负压状态,对焚烧炉安全生产和燃烧机的保护都有重要作用。当焚烧炉燃烧机处于熄火状态时,炉膛处于微负压状态可以避免燃烧机因为“回火”(炉膛火焰压向燃烧机)而使燃烧机线圈被烧毁。炉膛处于微负压状态与废气风机与引风机的风速很有关系,可以通过风机的频率来调节。
  5. 及时清理焚烧炉管路与上胶机与焚烧炉之间的管路
  由于有机废气中包含许多的低分子物,焚烧炉废气通道很容易出现粘堵。笔者在清理一台多年没有清理的焚烧炉废气管路时,有机废气中的低分子物凝结成为块状,大块的接近300-400mm,形状就像用树脂做的假山工艺品一样,半透明的废气通道几乎全被这些东西所被堵塞,焚烧炉随时都有爆炸的危险。焚烧炉的废气通道也出现如图9的堵塞。焚烧炉的废气通路的及时清理,非常重要,它是焚烧炉节能的需要,也是焚烧炉安全生产的需要。
  如果焚烧炉在生产过程长期没有清理,或炉膛温度偏低,都容易出现管路粘堵情况。如双塔式焚烧炉通常在蜂窝陶瓷多孔砖的下方放入部分陶瓷环,陶瓷环的规格多种多样,因使用者要求不同而不同。这些陶瓷环是无序堆放的,它们必须有一个支撑,通常用钢网支撑,这些瓷环,蜂窝陶瓷很容易产生粘堵,必须经常进行清理(见图10)。
  四、蓄热材料的选用
  (一) 蜂窝陶瓷的结构
  由于陶瓷类物质具有耐高温及与放热效果都好等优点,被广泛用来作为RTO焚烧炉的蓄热材料,比较常用的是方形蜂窝陶瓷多孔砖。
  当前,用的比较多的蜂窝陶瓷多孔砖的规格是: 150×150×150、150×150×300(mm),孔数:25×25、40×40、50×50、60×60等。蜂窝陶瓷砖的截面孔主要为正方形,且孔道是相互平行的直线道结构,这种结构大大降低了气孔流经的阻力。 使用时把它堆放起来,让前后每块砖的孔对齐就可以,相当方便。对于直燃式焚烧炉改造,通常采用孔径为2.5 mm的方形蜂窝陶瓷砖,叠放起来比较方便, 蜂窝陶瓷砖的结构示意图见图11。
  对于单塔式和双塔式RTO焚烧炉,由于蜂窝陶瓷是直立叠放,炉膛下部是蜂窝陶瓷的低温区,在这里的蜂窝陶瓷最容易出现粘堵。为了解决这个问题,人们一直在不停的探索,包括在蜂窝陶瓷的低温区应用大孔径蜂窝陶瓷,或将它们做成片式,在它上面压有许多沟槽,当把它一块一块组合在一起时,就形成许多的孔,有人把它称为“饼干式” 蜂窝陶瓷砖。采用“饼干式” 蜂窝陶瓷砖目的是它具有蜂窝式陶瓷多孔砖堆放方便的优点,又比蜂窝式陶瓷多孔砖好清理。但“饼干式”陶瓷砖的孔数太少,蓄热效果低,所以只能作为炉的下层砖。为了提高焚烧炉的热效果,有人在蜂窝陶瓷中加入催化剂,它是一种贵金属,能够降低有机废气在蜂窝陶瓷上“自燃”温度。即使在较低的炉膛温度下,并且没有达到有机废气自燃点,有机废气也能够着火燃烧,进一步提高焚烧炉节能效果,对于这种蜂窝陶瓷,通常它的通孔比较小,如用在汽车尾气处理的一些蜂窝陶瓷。但在FR-4生产中,溴及其他某些化学物质会使催化剂“中毒”,使其失去作用,因此,使用时要慎重。
  (二) 蜂窝陶瓷的材质
  热膨胀系数是选用蜂窝陶瓷的一个重要参数,通常选用热膨胀系数小的陶瓷材料,它是防止蜂窝陶瓷碎裂的一个重要参数。通常是采用高铝土,堇青石,莫来石的混合材料来制造。
  五、自由式RTO废气焚烧炉在含酚废水处理方面的应用
  含酚废水处理一直是酚醛树脂工业的老、大、难的问题。我们曾经试用过“生化法”,“活性污泥法”,“离子交换树脂吸附法”等等,都存在处理不彻底,或产生二次污染的问题。后来我们从日本引进了一台废水焚烧炉,将含酚废水雾化喷入到该炉中焚烧,将有机物烧掉,但耗油量相当大,在能源短缺的时代,也不是一个好方法。后来国内许多酚醛树脂厂,纸基覆铜板厂,三合板厂将含酚废水混在煤中,放入锅炉中烧掉,也有一些厂将含酚废水喷到锅炉中烧掉等方法。将含酚废水混在煤中,甲醛的气味相当大和刺眼,危及操作者健康。我们也试用过将含酚废水用喷枪喷入锅炉的方法,但是含酚废水中存在不少低分子物,很容易堵塞喷嘴,而且,这些含酚废水在锅炉中是否能够彻底燃烧,都没有经过检测。只能说它是一种没有办法的处理方法。
  后来,我们也尝试将含酚废水雾化喷入直燃式废气焚烧炉中焚烧,碰到的第一个问题仍是含酚废水很容易堵塞喷嘴,采用过滤网也不能杜绝这个问题,因为随着低分子树脂进一步反应,还有沉淀产生,还是会产生黏堵,因此直接喷入法不合适,很难连续下去;第二是冷的含酚废水喷入焚烧炉中,炉温下降很快,油耗增加太多,并且也很难连续生产。
  笔者在研究自由式RTO焚烧炉时,也一直在研究含酚废水的处理问题。 因为RTO炉子温度高达850-950℃, 足以将含酚废水中的有机物彻底氧化分解。为了避免含酚废水喷入,冷水喷到炙热的蜂窝陶瓷上面,会造成蜂窝陶瓷碎裂问题,另为了避免含酚废水很容易堵塞喷嘴问题。我们采用将废水先在烟囱预热,由于自由式RTO焚烧炉的蜂窝陶瓷是水平安放,蜂窝陶瓷之间留有通道。因此,可以在自由式RTO焚烧炉的废气室或炉膛中,安装一个废水槽。将废水定量放入到废水槽中,它完全避免了废水碰到炙热的蜂窝陶瓷造成蜂窝陶瓷碎裂问题。
  由于自由式RTO的废气室温度高达600-700℃,炉膛温度更高达850-950℃,废水很快汽化,很容易被烧掉。装置简单,操作容易,废水可以连续处理,因此自由式RTO焚烧炉很适合含酚废水处理。如果要用自由式RTO焚烧炉处理含酚废水,炉膛的结构还需要做简单的调整。单塔式和双塔式RTO焚烧炉由于其蜂窝陶瓷是垂直安放,如果用它来处理含酚废水,避免不了冷水碰到炙热的蜂窝陶瓷造成蜂窝陶瓷碎裂问题,因此这二种焚烧炉不适合于含酚废水处理。
  此外自由式RTO的废气室由于炉膛结构比较小,自由度,灵活度比较高,还可以应用于汽车喷漆、各种类型的喷漆与烤漆、胶粘带或压敏胶带行业、其他有溶剂气体或汽油气体产生的行业。这些行业产生的废气可能是间断性的(如汽车喷漆或各种类型的喷漆与烤漆),产生的废气量可能比较小(如胶粘带或压敏胶带涂胶量比较小,挥发的有机溶剂就比较少),也只有采用自由式RTO比较合适。
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