涂裝廢氣焚燒爐煙氣余熱利用的改善

李寶玉

（吉利汽車臨?；赝垦b廠，浙江 臨海 317000）

節(jié)能與環(huán)保是當(dāng)代全球關(guān)注的重要課題。我國是最大的發(fā)展中國家，也是能源最匱乏的國家之一，節(jié)約能源并為后代保護(hù)資源，是每一個(gè)人的責(zé)任。對企業(yè)來說，節(jié)省燃料費(fèi)用支出就能提高經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)市場競爭力。隨著我國汽車行業(yè)不斷發(fā)展壯大，涂裝車間作為汽車制造業(yè)的能耗大戶和環(huán)境污染源，涂裝走節(jié)能、降耗、減排的路勢在必行。以筆者所在單位2013 年的能源消耗統(tǒng)計(jì)為例，涂裝生產(chǎn)線的年消耗蒸汽占公司總能耗的31%，占涂裝廠總能耗的42%。本項(xiàng)目就是根據(jù)涂裝車間廢氣焚燒爐設(shè)備穩(wěn)定使用的情況，結(jié)合焚燒爐設(shè)備、前處理加熱設(shè)備和熱水站系統(tǒng)的運(yùn)行特性，利用廢氣焚燒爐廢熱來提升前處理加熱管路回流水的溫度，實(shí)現(xiàn)熱水站蒸汽消耗的降低，減少車間的運(yùn)行成本。

1 熱源的基本情況

余熱是指能利用而未被利用的熱能。我公司涂裝車間有“燃?xì)庾灶A(yù)熱式廢氣焚燒爐”設(shè)備，在生產(chǎn)中大量的廢熱直接排向空氣，余熱資源沒有很好利用，既浪費(fèi)能源又對環(huán)境造成一定的污染。本項(xiàng)目就是將這部分浪費(fèi)的熱能回收利用，從而進(jìn)一步提高能源利用率，降低生產(chǎn)成本，減少排放。表1 為涂裝廠目前廢氣焚燒爐的相關(guān)參數(shù)。

表 1 廢氣焚燒爐現(xiàn)狀Table 1 Present situation of waste gas incinerators

1.1 可回收的熱能

讓4 臺(tái)廢氣焚燒爐排放的煙氣經(jīng)過余熱回收器轉(zhuǎn)化為熱能而獲得二次利用，將排煙溫度降低到110 °C 后排放。根據(jù)熱能轉(zhuǎn)換效率計(jì)算，4 臺(tái)廢氣焚燒爐回收的總熱量為287.44 萬kJ/h。

1.2 可利用的熱能

前處理各槽體用蒸汽加熱所需熱量見表2，根據(jù)4 臺(tái)廢氣焚燒爐回收的總熱量，可以選擇對預(yù)脫脂槽或磷化槽液進(jìn)行加熱。因現(xiàn)場磷化槽的施工管線較長，故預(yù)脫脂槽為余熱利用首選槽體，剩余的熱量供脫脂槽液加熱使用。

表2 各槽體所需熱量Table 2 Heat required by each tank

2 方案設(shè)計(jì)

烘干爐是涂裝生產(chǎn)線中的重要設(shè)備之一，其溫度均勻性是保證涂層質(zhì)量的重要指標(biāo)，同時(shí)烘干爐也是涂裝工藝的第一耗能大戶。各類涂裝車間的烘干爐在設(shè)計(jì)制造時(shí)為了防止尾部受熱面腐蝕和堵灰，排煙溫度一般不低于180 °C，有些甚至高于220 °C。目前大都是直接排放，既污染了環(huán)境，又浪費(fèi)了大量的熱能。本廠涂裝車間電泳、中涂與面漆烘爐的煙氣排放溫度約220 °C。一方面，烘干爐中大量的熱能隨著煙氣排放而浪費(fèi)；另一方面，前處理工藝又需要大量的熱能對槽液進(jìn)行升溫。本項(xiàng)目就是利用復(fù)合管余熱回收器回收烘爐的煙氣熱量，將煙氣溫度降到110 °C 左右后排空，回收的熱量用于槽液升溫，減少蒸汽用量，節(jié)約資源，降低生產(chǎn)成本。

2.1 余熱回收的工藝流程

如圖1 所示，在4 臺(tái)廢氣焚燒爐的排風(fēng)口各安裝一套換熱裝置。通過一套管網(wǎng)設(shè)備將前處理換熱系統(tǒng)回水溫水引入換熱器，通過加熱后重新送入熱水站，實(shí)現(xiàn)降低熱水站蒸汽耗量的目標(biāo)。計(jì)劃全年12 個(gè)月(不分季節(jié))余熱回收系統(tǒng)都能夠在正常生產(chǎn)階段向熱水站提供穩(wěn)定的余熱資源。在降低車間蒸汽總用量的同時(shí)，降低蒸汽管網(wǎng)輸送管損，最大程度地減少生產(chǎn)能耗。

具體而言，在每臺(tái)烘爐的煙管處各布置一臺(tái)YRHS-A 型復(fù)合管式余熱回收器，烘爐所排放的高溫?zé)煔鉁囟冉档椭?10 °C 左右進(jìn)行排放，20 °C 的常溫軟水在余熱回收器內(nèi)通過熱交換被加熱至90 °C 左右后去到新增的板式換熱器中加熱前處理槽液回水。

圖1 余熱回收流程示意圖Figure 1 Schematic diagram of waste heat recovery process

2.2 余熱利用的工藝流程

前處理槽液升溫采用蒸汽與板式換熱器進(jìn)行加熱。槽液回水溫度升高，熱水溫度被降低70 °C 左右，降低后的回水再次回到余熱回收器中進(jìn)行加熱，被加熱后的槽液回到原槽液管路，此時(shí)完成一次循環(huán)。原蒸汽加熱工藝作為備用加熱，熱量不足時(shí)適量進(jìn)行補(bǔ)充即可。烘爐煙氣余熱利用系統(tǒng)在未改變原加熱控制工藝的情況下所增加的流程如圖2 所示。

圖2 余熱利用工藝流程示意圖Figure 2 Schematic diagram of waste heat utilization process

3 節(jié)能效益

3.1 節(jié)約蒸汽量

4 臺(tái)烘爐進(jìn)行余熱回收改造后，每小時(shí)一共可回收的熱量為2 873 571 kJ。

蒸汽熱值為2 761 440 kJ/t，回收的熱量為蒸汽加熱水時(shí)的效率為85%(板式換熱器加熱水的效率在85%左右)。

按每天工作14 h，每月工作25 d 計(jì)，每月可節(jié)約蒸汽的量是：2 873 571 ÷ 2 761 440 × 14 × 25 = 364 (t)。每年(12 個(gè)月)可節(jié)約蒸汽4 368 t。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

年直接減少蒸汽費(fèi)用 = 年理論可節(jié)省蒸汽用量 × 回收系統(tǒng)工作效率 × 蒸汽單價(jià) = 4 368 t × 60% ×200 元/t ≈ 52.4 萬元

年間接減少蒸汽費(fèi)用 = 年理論可節(jié)省蒸汽用量 × 回收系統(tǒng)工作效率 × 年均管損比例 × 蒸汽單價(jià) =4 368 t × 60% × 10% × 200 元/t = 5.2 萬元。

項(xiàng)目年預(yù)計(jì)收益 = 年直接減少蒸汽費(fèi)用 + 年間接減少蒸汽費(fèi)用 = 52.4 萬元 + 5.24 萬元 = 57.64 萬元。

3.3 投資回報(bào)

回收效益在電泳烘爐、中涂烘爐和面涂烘爐系統(tǒng)都正常連續(xù)生產(chǎn)的情況下進(jìn)行估算，由表1 可知總煙氣流量為：6 000 × 2 + 5 000 + 5 000 = 22 000 (Nm3/h)。

投資回報(bào)期 = 總投資金額 ÷ 每年可節(jié)約的蒸汽費(fèi)用 = 90 萬元 ÷ 57.64 萬元/a = 1.5 a。

換言之，約17 個(gè)月左右的時(shí)間即可收回主體設(shè)備投資?？紤]到余熱回收系統(tǒng)使用壽命長達(dá)10 a 以上，以后每年可節(jié)約的前處理加熱所需蒸汽費(fèi)用達(dá)57 萬多元。進(jìn)行余熱回收改造后既可降低烘爐的高溫排放所帶來的污染，又可節(jié)約燃料，也擺脫了外購蒸汽所帶來的種種限制，經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益都非常顯著。

4 減排效益

4.1 節(jié)省標(biāo)煤量

根據(jù)我國規(guī)定每kg 標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值為29 288 kJ 計(jì)算：

每小時(shí)節(jié)約標(biāo)煤量 = 2 873 571 ÷ 29 288 = 98.1 (kg)；

每月節(jié)約標(biāo)煤量 = 98.1 × 14 × = 34 335 (kg)；

每年節(jié)約標(biāo)煤量 = 34 335 × 12 = 412 020 (kg) ≈ 412 (t)。

4.2 溫室氣體減排量

根據(jù)1 kg 標(biāo)準(zhǔn)煤排放CO? 2.772 5 kg、SO? 0.008 5 kg 和NOx0.007 4 kg 計(jì)算，每年約可減排CO?1142.27 t、SO? 3.50 t 和NOx3.05 t。

5 結(jié)語

節(jié)能與環(huán)保是當(dāng)今社會(huì)永恒的主題，關(guān)系著子孫后代的健康，因此涂裝生產(chǎn)必須充分利用資源，提高能源利用率，減少污染氣體的排放，為節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境貢獻(xiàn)一份力量。