朱躍華

(廣州能源檢測(cè)研究院，廣東 廣州 511447)

RTO尾氣回收在印制電路板行業(yè)中的應(yīng)用

朱躍華

(廣州能源檢測(cè)研究院，廣東 廣州 511447)

印制電路板產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物，不僅直接危害到人們的身體健康，而且會(huì)對(duì)PM2.5產(chǎn)生定量貢獻(xiàn)，造成大氣環(huán)境污染。積極尋求有機(jī)廢氣的有效治理方案已成為當(dāng)前亟待解決的重要問(wèn)題。本文介紹了一種蓄熱式氧化焚燒爐在廢氣處理上的應(yīng)用，通過(guò)新增RTO及余熱回收系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了有機(jī)廢氣地高效凈化，節(jié)約能源消耗。

蓄熱氧化爐；揮發(fā)性有機(jī)物；印制電路板；熱能回收；尾氣治理

揮發(fā)性有機(jī)物(Volatile Organic Compounds，簡(jiǎn)稱VOCs)是一種常見(jiàn)的大氣污染物，來(lái)源十分廣泛，它包括各種脂肪烴、鹵代烴、芳香烴和烴的衍生物等。在工業(yè)生產(chǎn)中，涂覆工序會(huì)產(chǎn)生大量的揮發(fā)性有機(jī)物，其成分復(fù)雜且具有不穩(wěn)定性，導(dǎo)致廢氣處理難度大。近年來(lái)，蓄熱式氧化爐(Regenerative Thermal Oxidizer)簡(jiǎn)稱“RTO”，因其凈化效率高、熱回收效率高、適用面廣、維護(hù)成本低等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中的有機(jī)廢氣處理[1-2]。它既可以有效地處理有機(jī)廢氣使其滿足環(huán)保要求后達(dá)標(biāo)排放，又使得低溫?zé)煔庵刑N(yùn)含的余熱能量得以有效回收。本文探討了RTO尾氣余熱回收技術(shù)在PCB(Printed Circuit Board，印制電路板，又稱印刷線路板)工程中的實(shí)際應(yīng)用。

1 RTO技術(shù)工藝特點(diǎn)

低溫有機(jī)廢氣經(jīng)預(yù)熱室吸熱升溫后，進(jìn)入燃燒室(氧化室)高溫焚燒(加熱升溫至800℃)，使廢氣中的VOCs在氧化室氧化分解成CO2和H2O。氧化后的高溫氣體流經(jīng)另一個(gè)蓄熱室，與其中的陶瓷蓄熱體進(jìn)行熱交換后排放。蓄熱室蓄存的熱量則用于預(yù)熱新進(jìn)入的有機(jī)廢氣，經(jīng)過(guò)周期性地改變氣流方向從而保持爐膛溫度的穩(wěn)定。

熱氧化法是應(yīng)用熱氧化和催化氧化技術(shù)來(lái)破壞排放物中的有機(jī)物的方法，同其他熱氧化技術(shù)相比，RTO的典型特征在于它使用了蓄熱陶瓷材料或其他高密度惰性材料吸收排放的廢氣能量并存儲(chǔ)，再將能量釋放給進(jìn)來(lái)的低溫氣體，而非采用管殼式換熱氧化技術(shù)進(jìn)行兩種流體間的換熱，其本質(zhì)是將有機(jī)廢氣分解成無(wú)毒無(wú)害的CO2和H2O，RTO熱回收效率可達(dá)到98%以上。

圖1 兩室RTO余熱利用結(jié)構(gòu)示意圖

2 印制電路板行業(yè)廢氣特點(diǎn)及處理現(xiàn)狀

PCB按布線層次可分為單面、雙面印制線路板及多面板三類。線路板生產(chǎn)工序復(fù)雜，涉及工藝范圍廣。譬如，從簡(jiǎn)單的機(jī)械加工到復(fù)雜的機(jī)械加工，既有普通的化學(xué)反應(yīng)，還有光化學(xué)、電化學(xué)、熱化學(xué)等一系列工藝。單面線路板一般生產(chǎn)工藝流程及廢氣來(lái)源分析見(jiàn)圖2。

PCB生產(chǎn)過(guò)程中，主要大氣污染源有：生產(chǎn)過(guò)程中蝕刻工序產(chǎn)生的酸、堿性廢氣；線路板開(kāi)料、切割過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵；線路板印刷及烘干過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)廢氣；抗氧化過(guò)程產(chǎn)生的酸霧廢氣等。根據(jù)PCB制造行業(yè)的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，可將廢氣分大致分為三種類型，即：酸、堿性化學(xué)廢氣；粉塵廢氣；揮發(fā)性有機(jī)廢氣。

圖2 單面線路板一般生產(chǎn)工藝流程及廢氣來(lái)源分析

線路板生產(chǎn)過(guò)程中涂膠、烘烤等工序產(chǎn)生的有機(jī)廢氣全部揮發(fā)，因此有機(jī)廢氣產(chǎn)生量大。通常這部分廢氣要么未經(jīng)處理直接排放，要么采用高效活性炭吸附處理后高空排放。目前，處理VOCs的技術(shù)工藝有多種，不同技術(shù)的特點(diǎn)和適用范圍也不同。吸附、催化燃燒、生物處理、熱力燃燒、等離子體等方法在國(guó)內(nèi)外工業(yè)VOCs氣體處理領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。采用活性炭吸附法以其投資省、見(jiàn)效快，處理效果好而成為目前電路板印制行業(yè)凈化有機(jī)廢氣的主要方法，但該法容易飽和，且產(chǎn)生較多的廢活性炭，造價(jià)高。催化燃燒、熱力燃燒、吸附對(duì)所處理的VOCs 種類表現(xiàn)出普適性，而生物處理、冷凝、膜分離則表現(xiàn)出一定的偏好和選擇性[3]。

3 RTO尾氣處理在線路板生產(chǎn)工藝上的應(yīng)用

以廣東某PCB生產(chǎn)項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目RTO有機(jī)廢氣處理量為10000 Nm3/h，有機(jī)廢氣經(jīng)能量回收處理后最終排煙溫度可降低至125℃。

圖3 余熱鍋爐

本工程根據(jù)RTO煙氣余熱利用技術(shù)的機(jī)理：將涂膠生產(chǎn)線所在車間涂膠、烘烤(烘烤工序熱源為飽和水蒸汽)等設(shè)備連接風(fēng)管，采用密閉方式收集各工序揮發(fā)產(chǎn)生的有機(jī)廢氣(約150～160℃)，并在引風(fēng)機(jī)的作用下，通過(guò)涂膠生產(chǎn)線連接至RTO。先以天然氣引燃啟動(dòng)RTO系統(tǒng)，進(jìn)行高溫焚燒處理，使氧化爐內(nèi)的溫度達(dá)到 800℃左右。廢氣燃燒分解后產(chǎn)生的大量熱能，一部分熱量被RTO內(nèi)部的陶瓷蓄熱體蓄存，用以維持蓄熱氧化室自身較高的溫度，確保涂膠生產(chǎn)線一旦運(yùn)轉(zhuǎn)，有機(jī)物便可在焚燒爐內(nèi)氧化分解生成二氧化碳和水；其余部分熱量則輸送到RTO余熱鍋爐用于產(chǎn)生飽和蒸汽，回送到生產(chǎn)車間作為烘烤工序的熱源，最后煙溫降至250℃后外排。

煙氣換熱器出口的煙溫較高，將影響排煙余熱利用的經(jīng)濟(jì)性。理論上，250℃的廢氣仍然有一定的能量梯度利用空間，也就是說(shuō)煙溫仍可進(jìn)一步降低。然而，值得一提的是，RTO回收煙氣熱量有一定限度，并非排煙溫度越低越好，低溫?fù)Q熱器表面金屬壁溫度一旦低于煙氣露點(diǎn)溫度，將很容易造成換熱器內(nèi)部煙氣冷凝，從而導(dǎo)致設(shè)備堵塞和低溫腐蝕。安全起見(jiàn)，最終排入大氣的煙溫必須控制在120℃以上，考慮到低溫腐蝕的影響，并預(yù)留5℃以上的裕量，本項(xiàng)目控制煙囪出口排煙溫度在125℃。

圖4 RTO尾氣余熱利用系統(tǒng)能流示意圖

圖5 RTO尾氣余熱利用系統(tǒng)示意圖

圖6 熱管換熱器

為了充分利用250℃到125℃這部分煙氣熱能，進(jìn)一步回收RTO余熱鍋爐尾部煙氣能量，通過(guò)在RTO余熱鍋爐新增旁路排煙管道上安裝一臺(tái)熱管省煤器和一臺(tái)熱管蒸發(fā)器，同時(shí)將引自軟水箱的65℃軟水作為介質(zhì)，軟水被加熱轉(zhuǎn)換成0.7MPa的低壓飽和蒸汽，輸送至主機(jī)房供溴化鋰制冷機(jī)組使用，能量得到充分利用，無(wú)富裕蒸汽排放。此時(shí)煙溫降低到125℃后排入大氣，不僅有效回收了熱能，而且溴化鋰制冷機(jī)組可代替原有電能制冷機(jī)組制冷，節(jié)約電能。

4 經(jīng)濟(jì)性分析

RTO尾氣余熱利用系統(tǒng)煙氣放熱量：

Qg=CρV(t2-t1)

式中，Qg-煙氣放熱量，kJ/h；

C-煙氣比熱容，查表取值1.042 kJ/(kg·℃)；

ρ-煙氣密度，取值1.295 kg/m3；

V-煙氣流量，為10000 Nm3/h；

t2-換熱器進(jìn)口煙氣溫度，250℃；

t1-換熱器出口煙氣溫度，125℃。

也即，RTO尾氣余熱利用系統(tǒng)每小時(shí)回收煙氣熱量：

Qg=1.042 kJ/(kg·℃)×1.295 kg/m3×10000 Nm3/h×(250℃-125℃)

=1686.7×103kJ/h

RTO尾氣余熱利用系統(tǒng)按年運(yùn)行7920h計(jì)算，折標(biāo)煤系數(shù)取0.03412 kg標(biāo)準(zhǔn)煤/百萬(wàn)kJ，則每年可回收的煙氣熱量為：1686.7×103kJ/h×7920 h=13358.66 GJ，折算節(jié)約標(biāo)煤456t。

根據(jù)企業(yè)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)資料核算節(jié)約費(fèi)用。項(xiàng)目改造后，每小時(shí)回收的熱量大約產(chǎn)生 445.4RT的 7℃冷水，相當(dāng)于節(jié)約用電負(fù)荷320.7 kW，而采用RTO尾氣余熱利用系統(tǒng)后，新增給水泵電力負(fù)荷6 kW。工業(yè)電價(jià)按照0.7元/kW·h計(jì)算，即實(shí)際年節(jié)省電費(fèi)：

(320.7kW-6kW)×7920h×0.7元/kW·h =174.5萬(wàn)元

RTO尾氣余熱利用系統(tǒng)項(xiàng)目總投資340萬(wàn)元，兩年左右即可收回投資成本。

5 結(jié)論

PCB生產(chǎn)中，線路板絲印過(guò)程油墨固化所需時(shí)間較長(zhǎng)，為規(guī)避因建設(shè)較長(zhǎng)的烘烤通道而擴(kuò)大生產(chǎn)線占地面積，企業(yè)通常都使用間歇式烘箱，間歇式烘烤的特性使得有機(jī)廢氣濃度產(chǎn)生間歇性變化，通過(guò)在RTO裝置前增加緩沖罐可改善氣量波動(dòng)大和RTO裝置運(yùn)行不穩(wěn)定的問(wèn)題。工程實(shí)踐證明，項(xiàng)目符合工廠實(shí)際，不失為一種處理有機(jī)尾氣行之有效之途徑，RTO余熱鍋爐排放的廢氣溫度和濃度較高，還可進(jìn)行二次余熱回收，使能量盡可能得到充分利用，基本實(shí)現(xiàn)無(wú)二次污染排放。

[1] 萬(wàn) 林，王 浩，胡慶年. 醫(yī)化行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)廢氣(VOCs)排放特征及防治對(duì)策[J].中國(guó)環(huán)境管理，2011(4)：64-69.

[2] 蓄熱式熱氧化器(RTO) [J]. 中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2003(3)：40.

[3] 席勁瑛，武俊良，胡洪營(yíng)，等. 工業(yè)VOCs 氣體處理技術(shù)應(yīng)用狀況調(diào)查分析[J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2012，32(11)：1955-1960.

(本文文獻(xiàn)格式：朱躍華.RTO尾氣回收在印制電路板行業(yè)中的應(yīng)用[J].山東化工,2017,46(13):170-171,173.)

Application of RTO Tail Gas Recovery in the Field of Printed Circuit Board

ZhuYuehua

(Guangzhou Institute of Energy Testing，Guangzhou 511447，China)

VOCs is generated from PCB,not only is it could be directly harmful to human health, but possibly contribute to PM2.5 quantitatively as well,and ultimately lead to environmental pollution.So,how to work on actively seeking treatment scheme of VOCs has currently become an important issue which needs to be resolved urgently. This paper introduced the application of RTO in PCB production line. Based on newly constructing RTO and waste heat device for secondary recovery energy, achieving the goal of purifying volatile organic compounds and energy consumption-saving is realized.

RTO; VOCs; PCB; heat recovery; tail gas treatment

2017-06-20

朱躍華(1985—)，男，河南周口人，碩士研究生，主要從事節(jié)能低碳技術(shù)服務(wù)。

X796

A

1008-021X(2017)13-0170-02