圖1 運行中的華宇RTO

文/許浩然，江蘇華宇印涂設備集團有限公司

揮發性有機化合物(Volatile Organic Compounds，VOCs)是石油化工過程以及各種使用有機溶劑的行業，如噴漆、印刷、制藥、煤化工等行業排放最常見的污染物。該類化合物多數具有刺激性氣味和毒性，部分已被列為致癌物，如苯、多環芳烴、氯乙烯、乙腈等，危害人類健康，污染空氣;此外多數VOC氣體易燃易爆，對企業生產安全造成威脅。

環保承壓，金屬包裝業亟需解決VOCs的有效治理

由于VOC的危險性，許多國家頒布法令對VOC的排放進行管制。我國頒布的《大氣污染防治法》要求對工業生產中產生的有毒氣體進行凈化處理，對可燃性氣體要回收利用?！洞髿馕廴疚锞C合排放標準》(GB16297-1996)規定了33種揮發性有機物的排放標準，將大部分的其他揮發性有機物按非甲烷類烴來處理，并規定了統一的排放標準(

就金屬包裝行業而言，由于大多數企業所用涂料中的有機溶液中含有苯、甲苯、乙酸乙脂、二甲苯、丁酮等成分，因而在表面涂布、烘干等工藝過程中，會存在一定的有害揮發物，是當前環保管治大戶之一。在環保高壓下，金屬包裝業必須解決“彩印、涂布和烘烤中產生的低濃度、大風量有機廢氣的有效處理”難題，合理利用資源，保護環境，顯著提升行業技術裝備水平，加速廢氣凈化裝置等相關配套裝備的更新換代，打破國外企業在該領域的技術和市場壟斷，提高我國在世界包裝行業的競爭力。

VOCs三類主要處理技術路線的優劣比較

去除工業廢氣中VOC的方法可分為破壞性方法和非破壞性方法。在破壞性方法中，有直燃法、催化燃燒法、蓄熱式氧化法三類技術路線之分，其中催化燃燒技術和高溫燃燒技術是目前最常見、有效的VOCs處理技術。

直燃法是利用熱力燃燒方式氧化分解惡臭氣體，在適當的溫度下，提供充足的燃燒氧氣和一定駐留時間，可高效除臭，凈化率高;同時設備主機工作穩定，不存在堵塞現象，適于含有催化劑失活物質(S、重金屬、鹵素)的廢氣，以及粘性大的物質如瀝青廢氣等。但設備占地面積大，成本相對較高。

催化燃燒法采用的是吸附濃縮+催化燃燒組合工藝，整個系統實現了凈化、脫附過程閉循環，與回收類有機廢氣凈化裝置相比，無需壓縮空氣和蒸汽等附加能源，運行過程不產生二次污染，設備運行費用較低，適于常溫、大風量、中低濃度，易揮發的有機廢氣。設備一次性投資成本較高。

蓄熱式氧化法采用預熱和蓄熱交替切換技術，換熱效率高達90%以上，節能效果顯著。具有預清掃、歇火保護、超溫報警及自動切斷燃料供應功能。采用微機自動控制、多點溫控，實現了多種保護動作、運行信息檢索、監控信息反饋，使系統安全、穩定、可靠運行。閥門切換更靈敏、迅速。催化劑價格較貴(12萬元/m3)，輔料燃燒成本也很高，適于中高濃度的有機廢氣，以及涂裝線、印刷、化學合成工藝(ABS合成)、石油煉化工藝各種產生有機廢氣的場所。

總體來看，熱催化燃燒過程中需要對相應的燃燒溫度進行加熱，如果廢氣中有機物濃度很高，廢氣燃燒所產生的熱量就可以保持有機物分解所需的反應溫度，因而催化燃燒法是一種經濟可行的方法。

然而，傳統的催化燃燒技術和高溫燃燒技術傳熱效率低。當廢氣中有機物濃度較低時，需要大量的能量消耗，運行成本較高。為了提高設備的熱效率，降低設備的運行成本，近年來出現了蓄熱式加熱技術和蓄熱式催化燃燒技術，把回收煙氣余熱與高效燃燒及降低NO X(熱力型氮氧化物)排放量等技術有機地結合起來，實現了節能和降低污染物排放量的雙重目的。

選擇廢氣處理設備的評價標準

工業廢氣處理設備生產率和產品質量 設備生產率與產品質量主要是指單位時間的產品產量與設備質量的工程能力。高效率設備的主要特點是：大型、高速、自動化、電子化。

投資費用 在選擇設備時，對上述各種因素進行認真評價之后還要考慮設備的最初投資以及投資的合理平衡，即設備投資的回收期限以及因采用新設備帶來的節約。

工藝性 即設備滿足生產要求的能力。此外，設備還要操作方便、控制靈活;產量大的設備應自動化程度高;對有毒有害作業的設備則要求自動化控制或者遠距離監控等。

維修性 即通過修理和維護來預防和排除系統、設備、零部件等故障的難易程度。一般來說，如果設備設計合理，結構簡單，零部件組裝合理，維修時零部件易拆易裝，檢查容易、零件的通用性好、標準性及互換性好，那么設備的維修性就好。

經濟性 選擇設備時，要求設備最初的投資少，即設備的購置費用較低，設備的生產率高，自然壽命較長，維修及管理費較少，并能節約勞動力。

安全性 即指選擇在生產中安全可靠的設備。對于有腐蝕性的設備，要注意防護設施的可靠性，以及設備的材質是否滿足設計要求。此外還應注意設備結構是否先進，組裝是否合理、牢固，是否安裝有預報和防止設備事故的各種安全裝置。

環保性 是指設備產生和排放的有害物質對環境的污染要符合國家規定的要求。應該選擇不排放或少排放“三廢”的設備，或者選擇有相應治理“三廢”附屬裝置的設備。還要附帶有消聲、隔音裝置。

成套性 即設備本身及各種設備之間的配套情況。在選擇設備時，應避免動力設備和生產設備之間“大馬拉小車”或“小馬拉大車”的現象，以及各生產設備之間“頭重腳輕”等不配套的現象。

可靠性 從廣義上來說是指機器設備的精度、準確度的保持，以及機器零件的耐用性、執行功能的可靠程度、操作是否安全等。

蓄熱式高溫空氣燃燒技術優勢

蓄熱式高溫空氣燃燒技術(High Temperature AirCombustion，HTAC)，是自上世紀90年代以來發達國家開始普遍推廣應用的一種全新燃燒技術。它能夠將助燃空氣預熱到800~1000℃或以上，燃燒區空氣含氧量在2%～21%。與傳統燃燒過程相比，高溫空氣燃燒的最大特點是節省燃料，減少CO2和NOX的排放，降低燃燒噪音。

國際上十分重視對高溫空氣燃燒技術的開發研究，工業界把推廣應用高溫空氣燃燒技術作為新世紀節能和環保的主要任務之一。2014年，中國有50余家企業采用此技術改造印涂鐵涂料烘房，平均節能效果達到30%，NOX排放指標符合政府環境要求。

蓄熱式高溫空氣燃燒技術的主要特征表現在以下幾方面。

大幅節能減碳 采用蓄熱式煙氣余熱回收裝置，最大限度地回收高溫煙氣的物理熱，一般可節約能源10%～70%，提高熱工設備熱效率，同時溫室氣體(CO2)減排達10%～70%。

爐內溫度分布均勻，大幅減少NOX。通過組織貧氧燃燒，擴展了火焰燃燒區域，使得爐內溫度分布均勻;同時，煙氣中NOX的排放減少 40%以上。

降低設備造價。由于爐內平均溫度增加，加強了爐內的傳熱，使相同尺寸的熱工設備產量提高20%以上，大大降低了設備的造價。

低熱值燃料的應用范圍更廣。低熱值的燃料借助高溫預熱的空氣或高溫預熱的燃氣可獲得較高的爐溫，擴展了低熱值燃料的應用范圍。

蓄熱式高溫空氣燃燒器技術方案

我司根據客戶的技術特點確定如下蓄熱式燃燒器具體設計方案：采用空氣單預熱，預熱后空氣溫度大于800℃，排煙溫度控制在100℃~200℃;燒嘴采用套筒式結構，雙燒嘴設計，其中一個燒嘴用于燃燒，一個燒嘴用于排煙;雙蓄熱室設計，蓄熱室位于燒嘴下方，采用蜂窩式蓄熱體(原因詳見下文);采用旋轉式四通換向閥;換向時間定為 40s。

燒嘴 蓄熱燒嘴的設計遵循高溫低氧空氣燃燒的基本技術原理，即高效回收煙氣余熱，大幅減少污染物特別是NOX的排放。

蓄熱體材質 出于高效節能的考慮，蓄熱體應具有高效蓄熱和高效換熱功能，以及無溫度應力限制、高溫結構強度好、抗氧化、抗腐蝕、經濟、長壽等特點。蜂窩式蓄熱體(圖3)因優點較多最終被選作蓄熱室填充材料，但它的切換時間短(30～70s)，導致切換頻率增大，這勢必增加了換向閥的動作，因此在制作換向閥時要應該充分考慮這一點。