蓄热式换热系统:提升净化效率

技术领域的持续进展已经开发出一系列用于净化空气的方法,以此确保在表面涂装工艺中创造一个安全洁净的工作环境。蓄热式换热系统的应运而生可以在满足排放限值的前提下,确保将整个操作流程控制在理想的经济层面。——Christoph Osten,Venjakob

木材是一种奇妙的材料:它很容易处理,并且能满足各种功能。但最重要的:木材具有回收再生性,从而能够提供一种环保、具有多重用途的资源,前提条件是它采用了可持续的方式得到种植和加工。 

为了使木材获得理想的外观,可以采用多种方式对其进行精加工处理。其中一种传统的精饰工艺是根据不同的技术要求对木材进行上漆着色,通常会使用到水性或溶剂型的涂装系统。

然而,在使用以溶剂型涂料为基础的自动喷漆系统时,大量有害及对气候造成破坏的污染物会以溶剂蒸气的形式被释放到大气中。

与此同时,这些污染物构成的危险已经清楚地为科学界所意识到。最显着的特征当然还是其气味,它会直接影响到员工和其他周边人员的生活质量。

直接与溶剂接触也会损害皮肤,致使其变得非常干燥。吸入溶剂蒸气会对人体造成一系列负面影响,其中包括头痛和疲劳,甚至严重的器官失调。此外,一些溶剂甚至具有致癌性,因而在处理这些材料时,需要特别小心。

最后,释放到大气中的溶剂负载型气体对气候产生了有害的影响:它不仅具有毒性,并且会加剧全球变暖趋势。此外,这类气体有助于增加地面臭氧,尤其是在阳光直射和在高温情况下,这反过来又会强烈地影响人类的身体和精神方面的运作能力。

 

控制排放水平

因此,在全球许多国家,已经为这类溶剂负载型气体设定了排放限度。其中,在这一领域的先行者是德国,该国多年来都为允许范围内的气体排放率和浓度水平设定了严格的法律规定和准则。10多年前,这些排放限度在很大程度上得到了欧盟立法的采纳。随后,许多欧盟以外的国家也开始纷纷意识到限定气体排放量的需求和重要性。

近年来,全球各国几乎所有新安装的生产设备,其中也包括喷漆线,都是与配置适当的净化设备一起配套交付给客户的。通常来说,发放许可证的地方性管理当局不再允许在没有配置此类净化系统的情况下运行和操作这些生产设备。

归根结底,这是由于来自立法机关不断施加的压力而导致各国开发了一系列旨在清洁和除去空气中有害溶剂的合适设备和系统,其中包括了木材涂装设备。鉴于其在几十年所积累的经验,从全球范围来看,德国机械工程师在该领域发挥了主导作用。

 

旧式的净化系统设计

起初,这类净化设备都配置了旨在吸收空气中的溶剂的简式活性炭过滤器。然而,根据其自身重量,活性炭最多只能吸收20%的溶剂,因而该过滤器必须经常更换。在连续涂装工艺中,这种简单的净化技术还无法被证明具有经济效用性,因为该活性炭在几天甚至几小时内会达到饱和状态。

当然,在某些情况下,操作人员未能及时更换活性炭。其所造成的结果是使该过滤器无法发挥出任何效果和作用,并且存储在过滤器中的溶剂也带来了潜在的火灾风险。

最终,所开发出来的净化系统是基于高效利用溶剂的原理进行操作的。因为总体上看,溶剂基本上都具有易燃性,因而能够释放出热能。

当纯净燃烧时,该反应流程只会留下二氧化碳和水蒸汽等副产物,然后这些副产物再次被排放到大气中,整个过程均不会产生任何残余物。

然而遗憾的是,在涂覆工艺过程中,废气中的溶剂比例是比较低的,从而使废气必须被加热到大约700摄氏度,以保证适当的清洁。虽然该溶剂的燃烧也为实现这种高温工艺流程提供了部分所需的能量,但大量的补充燃料,例如天然气或丙烷也需要被添加进来。因此,除了造成昂贵的成产成本之外,也同时浪费了宝贵的自然资源。

 

蓄热式换热系统

至此之后,工程师们便开始将适当的换热系统引入到焚烧装置中。多年来,管束式换热器得到了广泛的应用,它能够减少工厂的能量需求水平多达70%。在燃料价格便宜的年代,这种方法是具备经济可行性以及易用性的。然而如今,在资源日益稀缺和昂贵的年代,该技术对于大多数公司而言,已经不再具备良好的经济可行性了。

因而,这推动了配置蓄热式换热系统的焚烧装置的发展,有些时候,这些系统也会与其它设备组合使用。如今,在对溶剂污染的空气进行洁化处理时,该工艺仍然代表了这一领域的先进水平。

对于这类空气(过滤)净化设备而言,值得关注的一点是:在采用了正确的工艺条件的情况下,要满足净化废气所需的超过800摄氏度的加工温度能够在不添加燃料的情况下实现。这一过程被称为“热自动补偿 ”。

其结果是,在设备的初始加热阶段以及用于保持操作中断所需的温度方面,仅需要使用最低用量的燃料。尽管基于旧技术的热交换系统在实现工艺温度的过程中能够贡献70%的力量,而蓄热式换热系统在这方面的贡献率超过了95%。其余5%的能源需求则是通过溶剂的燃烧来提供的。

事实上,建造这样的设备需要花费不少的工作量。在设备的设计过程中,最重要的标准是计算出需要被处理的空气量。这一点必须尽可能连同其它基本参数(如温度和湿度)一并得到精准的确定。此外,其它数据包括空气中的溶剂浓度、溶剂的成分以及废气中的灰尘量。

灰尘是涂装过程中因为过量喷涂所产生的一种副产品。灰尘往往具有粘性,因此容易沉淀在设备的某些部件上,并且可能造成这些部件的永久性堵塞。鉴于此,有必要在溶剂清洗系统的上游安装一套合适的粉尘过滤系统。

从喷漆线传来的空气首先会通过防尘过滤器。之后,下游工艺安装的风扇通过实际的清洗设备输送空气。最后,干净的空气通过烟道被驱散到大气中。该清洗系统包括一个涵盖了不同的管道、阀门、蓄热式换热容器和燃烧容器的坚固型钢制壳体。此外,该设备被加上了一道陶瓷隔热层,以防止出现热损失和烧坏等隐患问题。

通常,可以提供两个或三个热交换容器,每一个均包含了许多陶瓷储热元件。一旦设备

通过辅助燃烧装置得到启动后,它便开始处理含有溶剂的废气。气流会穿过朝着燃烧容器方向一端的热交换容器,以便吸收储存在陶瓷隔热层中的热能。在燃烧容器中,温度再次通过辅助燃烧装置,或通过燃烧废气中的溶剂蒸气的方式得到加热。

之后,已得到净化的空气会通过第二个热交换容器流动到外部,并且在此过程中将大部分热量释放到陶瓷元件中。然后,在大约80秒的常规加工时段内,空气流会轮流经过热交换室,从而在系统中创建出相对恒定的温度分布。

尽管进入设备的废气的温度约只有25-30摄氏度,但通过换热处理后,它的温度可以被预先加热到810摄氏度。在实际燃烧室内,通常盛行的温度约为840℃,一旦当空气重新将热量释放到陶瓷储热元件中时,此时的温度则只有大约60-70℃。

除了常规更换过滤器元件之外,这类设备完全采用自动运行模式,并且不需要操作人员。同时,设备也可以通过几个电信号与喷漆系统进行连接,从而使设备的开启和关闭都能够采用自动化模式。另外,在设备发生故障的情况下,废气经由旁路系统被直接排放到大气中,以确保实际的涂装过程不会受到清洗系统的干预。

那么,这样一款蓄热式换热系统的净化容量如何?显然,它高于90%,并且如果配置的是一款更复杂精密的版本,净化容量甚至可以达到98%以上。

从技术上来说,很难测出设备的净化性能究竟有多高,行业达成的一个共识是使用总有机碳(TOC)这个参数来测定净化空气中的残余浓度。然而在涂装过程中,通常记录到的典型浓度值约为300-1,000毫克 /立方米,然而对于净化空气而言,这个浓度值必须低于50毫克/立方米,有时甚至要低于20毫克/立方米。

 

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