涂裝廢氣焚燒爐煙氣余熱利用的改善

李寶玉

（吉利汽車臨海基地涂裝廠，浙江 臨海 317000）

節能與環保是當代全球關注的重要課題。我國是最大的發展中國家，也是能源最匱乏的國家之一，節約能源并為后代保護資源，是每一個人的責任。對企業來說，節省燃料費用支出就能提高經濟效益，增強市場競爭力。隨著我國汽車行業不斷發展壯大，涂裝車間作為汽車制造業的能耗大戶和環境污染源，涂裝走節能、降耗、減排的路勢在必行。以筆者所在單位2013 年的能源消耗統計為例，涂裝生產線的年消耗蒸汽占公司總能耗的31%，占涂裝廠總能耗的42%。本項目就是根據涂裝車間廢氣焚燒爐設備穩定使用的情況，結合焚燒爐設備、前處理加熱設備和熱水站系統的運行特性，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，實現熱水站蒸汽消耗的降低，減少車間的運行成本。

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“燃氣自預熱式廢氣焚燒爐”設備，在生產中大量的廢熱直接排向空氣，余熱資源沒有很好利用，既浪費能源又對環境造成一定的污染。本項目就是將這部分浪費的熱能回收利用，從而進一步提高能源利用率，降低生產成本，減少排放。表1 為涂裝廠目前廢氣焚燒爐的相關參數。

表 1 廢氣焚燒爐現狀Table 1 Present situation of waste gas incinerators

1.1 可回收的熱能

讓4 臺廢氣焚燒爐排放的煙氣經過余熱回收器轉化為熱能而獲得二次利用，將排煙溫度降低到110 °C 后排放。根據熱能轉換效率計算，4 臺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4 臺廢氣焚燒爐回收的總熱量，可以選擇對預脫脂槽或磷化槽液進行加熱。因現場磷化槽的施工管線較長，故預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 方案設計

烘干爐是涂裝生產線中的重要設備之一，其溫度均勻性是保證涂層質量的重要指標，同時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計制造時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，既污染了環境，又浪費了大量的熱能。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；另一方面，前處理工藝又需要大量的熱能對槽液進行升溫。本項目就是利用復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，節約資源，降低生產成本。

2.1 余熱回收的工藝流程

如圖1 所示，在4 臺廢氣焚燒爐的排風口各安裝一套換熱裝置。通過一套管網設備將前處理換熱系統回水溫水引入換熱器，通過加熱后重新送入熱水站，實現降低熱水站蒸汽耗量的目標。計劃全年12 個月(不分季節)余熱回收系統都能夠在正常生產階段向熱水站提供穩定的余熱資源。在降低車間蒸汽總用量的同時，降低蒸汽管網輸送管損，最大程度地減少生產能耗。

具體而言，在每臺烘爐的煙管處各布置一臺YRHS-A 型復合管式余熱回收器，烘爐所排放的高溫煙氣溫度降低至110 °C 左右進行排放，20 °C 的常溫軟水在余熱回收器內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行加熱，被加熱后的槽液回到原槽液管路，此時完成一次循環。原蒸汽加熱工藝作為備用加熱，熱量不足時適量進行補充即可。烘爐煙氣余熱利用系統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 節能效益

3.1 節約蒸汽量

4 臺烘爐進行余熱回收改造后，每小時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，每月可節約蒸汽的量是：2 873 571 ÷ 2 761 440 × 14 × 25 = 364 (t)。每年(12 個月)可節約蒸汽4 368 t。

3.2 經濟效益

年直接減少蒸汽費用 = 年理論可節省蒸汽用量 × 回收系統工作效率 × 蒸汽單價 = 4 368 t × 60% ×200 元/t ≈ 52.4 萬元

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

項目年預計收益 = 年直接減少蒸汽費用 + 年間接減少蒸汽費用 = 52.4 萬元 + 5.24 萬元 = 57.64 萬元。

3.3 投資回報

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

投資回報期 = 總投資金額 ÷ 每年可節約的蒸汽費用 = 90 萬元 ÷ 57.64 萬元/a = 1.5 a。

換言之，約17 個月左右的時間即可收回主體設備投資。考慮到余熱回收系統使用壽命長達10 a 以上，以后每年可節約的前處理加熱所需蒸汽費用達57 萬多元。進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，又可節約燃料，也擺脫了外購蒸汽所帶來的種種限制，經濟效益與社會效益都非常顯著。

4 減排效益

4.1 節省標煤量

根據我國規定每kg 標準煤的熱值為29 288 kJ 計算：

每小時節約標煤量 = 2 873 571 ÷ 29 288 = 98.1 (kg)；

每月節約標煤量 = 98.1 × 14 × = 34 335 (kg)；

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

4.2 溫室氣體減排量

根據1 kg 標準煤排放CO? 2.772 5 kg、SO? 0.008 5 kg 和NOx0.007 4 kg 計算，每年約可減排CO?1142.27 t、SO? 3.50 t 和NOx3.05 t。

5 結語

節能與環保是當今社會永恒的主題，關系著子孫后代的健康，因此涂裝生產必須充分利用資源，提高能源利用率，減少污染氣體的排放，為節約資源和保護環境貢獻一份力量。