涂装烘干炉能源再生利用实践

恩国环保企业有限公司

应用行业： 金属包装工业

背景介绍

由于第一代的焚烧炉系统已接近使用年限，许多制罐工厂面临维修或替换其现有的空气污染防治系统的问题。

同这个产业许多其他工厂一样，美国中西部一家Silgan 制罐工厂一直使用直燃式焚烧炉(Thermal Recuperative Oxidizer)以直接的热回收来控制其板材涂布生产线所排放的废气。经过十多年的使用，该焚烧炉需要进行维修，所以Silgan 开始寻找有效的、高功能的解决方案。

采取行动

根据过去的经验，直接热回收的直燃式焚烧炉一直是制罐工厂的首选 – 特别是炉火区的操作温度超过177℃(350?)的工厂。

过去，直燃式焚化炉在投资成本上是优于蓄热式焚化炉(RTOs)，且称其对挥发性有机化合物(VOCs)的承载限制有更多的弹性。但是一直以来有一个缺点就是辅助燃料的使用。直燃式焚烧炉内部热回收率最高为70%，而蓄热式焚烧炉则可达到95%以上。

对制罐商而言，这个缺点可以因为加装热回收装置而有所弥补。焚烧炉所释出的高温的、净化的空气直接被引导回燃烧炉区而不会泄露至大气中。这样即可减少直燃式焚烧炉的操作成本，而且在过去几乎一致地要指定这种系统是因为VOCs 的爆炸下限(LEL-Lower Explosive Limit)是在10%以上。

解决方案

基于以上观念，因此当听说Anguil 公司推荐其中西部的涂装工厂采用蓄热式焚烧炉(Regenerative ThermalOxidizer,简称RTO)时，Silgan 的反应是相当怀疑的: “他们推荐什么? 这个RTO 显然是不适用的。”当然依照Silgan 最初采用直燃式焚烧炉时获得到的技术信息，这样的反应是可以理解的。但是这也提供了一个理想的框架来研究过去这十年来焚烧炉在设计上有了什么样的改变，足以扭转如此激烈的最初反应:

●直燃式焚烧炉不再具有投资成本的优势

●拥有热气旁通(hot gas bypass)管及向前供给的技术，RTO 目前的爆炸下限已确定在25%以上。

●由于燃料成本一直不稳定且持续上升，每一个百分比的热回收都具有重大意义。

●VOC 捕集及去除的新需求使得直接热回收逐渐被边缘化，而直燃式与蓄热式焚烧炉两者的操作费用差距也愈来愈大。

Silgan 目前现有的直燃式焚烧炉当初是依据风量、有机蒸气浓度、及期待的去除效率来设计。运转时，VOCs废气进入系统风机然后再排放至热交换器中。废气通过热交换器管面时先被预热然后再进入燃烧器，在此受污染的空气被加温到热燃烧温度(1,200~1,800? / 650~1,000℃)。当含VOCs 的废气被加温到热燃烧温度并停留特定的时间(0.5~2.0 秒)后，即发生放热的反应。空气中的VOCs 转换成二氧化碳及水蒸汽。高温且净化的空气于是通过热交换器的壳面，在此处被释出的热能则用来预热进入的含溶剂的空气，以减少系统燃料的消耗。最后，再将无污染的空气排放到大气中。

所有的直燃式焚烧炉在设计上有一个弱点，就是热交换器内的钢铁是曝露在燃烧室的高温下(通常超过1,600? / 871℃)。Silgan 厂内设备的这个区块历年来都需要不断的维修，因此造成费用的增加并且影响到生产力。Silgan 的工程人员必须修理这老旧的系统，更换一台类似的设备或者寻找替代的方案。

经过几种选项的评估后，RTO 因为其投资成本的优势及操作费用的节省而被选中。这是一套客制化的治理系统，特别针对他们高风量及高浓度所设计的。Anguil 负责设计、制造及安装这套40,000 SCFM 的蓄热式焚烧炉(RTO)及热交换器、热气旁通管及炉内清洗设备。

设备应用

Silgan 新RTO 的运作如下: 含溶剂的制程废气经由一进气管进入焚烧炉，流量控制，Poppet valves 将气体引导到其中一个热回收槽，在此制程废气被预热。制程废气及污染物在流向燃烧室前于入口陶瓷床慢慢加热。VOCs 在燃烧室中燃烧，然后在燃烧室出口流向的陶瓷床上释出热能。出口陶瓷床被加热而废气是冷的，所以出口气体温度只会稍微高于制程废气入口温度。经由流量控制及Poppet Valves 规则地切换气流进入陶瓷床的方向以便增加焚化炉的热能回收量至最大极限。焚化炉的VOC 燃烧及高热能回收减少了辅助燃料的需求并节省了操作费用。例如，在95%的热回收状况下，RTO 出口的温度可能只高于入口的制程废气约40℃（70?)。此焚烧炉可以自我供应能源的方式运作，而在正常作业浓度时不需要任何辅助燃料。

Silgan 工厂所排放的制程废气及炉火区的温度带来了一些挑战，同时也意味着某些契机。

由于制程的爆炸下限高达14%，RTO 的高温因此受到关注。一个热旁通阀可以让RTO 反应炉过多的热气直接排放至排气管，或者当进入的VOCs 量提供超过维持设定温度所需的热能时回到燃烧炉的入口管。因为焚烧炉不需要太多的燃料即可达到理想的温度，这个原始的热回收节省了数千元的操作费用。按照Anguil的设计不会有任何温度滞留时间上的损失，可以确保去除率并消除设备过热的忧虑。不论旁通管是否开放，VOCs 去除效率都是可以保证的。

Silgan 同时还研究其他的节能策略，利用一个二次热交换器来回收RTO 排放烟囱额外的热气。初步估计显示，在焚烧炉排气管使用热交换器可以回收额外6.5 million btu/hr 的热气。新鲜空气(平均室外温度8℃)经过单一通行、效率达50%的热交换器，空气会被加热到大约177℃（350?)。这个回收热能可以使用在生产上或冬季所需的暖气，如此达到显著的节约效果。

此RTO 也包含一个高温bake-out 系统，相当于燃烧炉内自行清洗的功能。这项功能可移除热交换蓄热材冷却面上的有机集结物。在bake-out 模式下，RTO 与制程呈脱机状态。风量减少时，出口温度在气流方向改变前会升高。此热空气将有机微粒物蒸发，彻底清除蓄热床上的阻塞物。气流方向切换，相对的冷却面也被清洗干净。标准的bake-out 会在343℃（650?)时发生，Silgan 系统的蓄热材支撑架及poppet valves 都采用不锈钢材质，因此bake-out 温度可以允许达到427℃（800?），如此更加确保了彻底清洗的效果。设定好的RTO bake-out 可以减少热回收槽的压降。因此，当建议装置bake-out 时，Anguil 会加装必要的传送器来监控蓄热床的压降，同时也提供操作人员连续的记录数据及相关数据。

Silgan 的制造区域经理Dan Gallo 对这个结果非常满意。”我们选择Anguil 是因为他们精湛的技术及对服务的承诺，”他说。”Anguil 不仅有能力解决自己设备的问题，还能够对别家所制造的焚化炉提出操作解决方案。我们非常欣赏他们对完美的追求也非常高兴能成为Anguil 生意上的好伙伴。”