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蜂窝陶瓷在焚烧炉的应用
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蜂窝陶瓷在焚烧炉的应用

2019-09-13      阅读:
 “蜂窝陶瓷”具有许多小孔,把焚烧炉燃烧过程产生的热量蓄存在“蜂窝陶瓷”中,当这些“蜂窝陶瓷”蓄聚相当多的热量,并达到或超过有机废气的着火点时,即使燃烧机不点火,也能把有机废气燃烧起来,因此,“蓄 热式” 废气焚烧炉特别省能源。防止“蜂窝陶瓷”中的小孔被粘堵,是提高RTO焚烧炉热效率,提高焚烧炉安全生产 的重要措施。蜂窝陶瓷砖的结构的改进,对于防止“蜂窝陶瓷”中的小孔被粘堵,提高RTO焚烧炉的热效率,起到非常 良好的作用。
覆铜板制造中采用废气焚烧炉来处理有机废气 是当前比较有效和比较经济做法:第一,有机废气 在高温下被彻底氧化分解为对环境没有污染的水和 二氧化碳排放;第二,焚烧炉产生热量被回收给设 备用热,不需要增加锅炉等其他供热设备;第三, 如果有机废气比较充分,焚烧炉仅以有机废气为燃 料就能维持焚烧炉连续生产,不需要补充燃料,非 常经济。因此焚烧炉使用越来越得到用户重视!
当前覆铜板生产是采用湿法生产,胶水中含有 30%~40%有机溶剂。基材在上胶机浸胶烘干过程,这些溶剂挥发到空气中,对环境造成很大的污染。将 这些含有大量有机溶剂的废气送人到废气焚烧炉中, 把它烧掉。由于焚烧炉的炉膛具有很高的温度,可以 将这些有机废气彻底氧化分解为对环境没有污染的水和二氧化碳排放,焚烧炉产生热量又回受给上胶机供 热,因此焚烧炉是很经济的环保设备。
1  传统的废气焚烧炉
早期废气焚烧炉是直燃式,这种焚烧炉通常 有两种结构:一种是燃烧室与炉膛是联在一起; 一种是燃烧室与炉膛之间隔一道墙[图1(A)和图 1(B)];这种焚烧炉的燃烧室和炉膛都是空的。
废气在燃烧室与燃烧机喷出火焰一起燃烧,然后进 入炉膛继续氧化燃烧。由于炉膛是空的,废气在这 里停留时间很短,大部分的废气还来不及进一步燃 烧,就被排走,有机废气的热值得不到充分利用, 因此这种焚烧炉的燃料消耗很大。通常“一对一” (一台焚烧炉对一台上胶机)其燃料消耗按柴油计算的话,柴油消耗耗量在80kg/小时左右。
蜂窝陶瓷在焚烧炉的应用蜂窝陶瓷在焚烧炉的应用
图1   直燃式焚烧炉示意图 
由于这种焚烧炉的燃料消耗太大,所以人们研究出了RTO焚烧炉。
2  RTO 废气焚烧炉
RTO焚烧炉,也被称为“蓄热式”焚烧炉。这种焚烧炉在炉膛中安装了相当数量的蓄热材料。由 于陶瓷类物质具有耐高温及蓄热效果都好等优点, 被广泛用来作为RTO焚烧炉的蓄热材料。这些陶瓷材料被做成许多的小孔,就像蜂窝一样,增加其表面 积,增加蓄热效果。所以这些陶瓷材料被称为“蜂 窝陶瓷”。
RTO焚烧炉在使用过程,“蜂窝陶瓷”的这许多小孔,能够把焚烧炉燃烧过程产生的热量蓄存在 “蜂窝陶瓷”中,当这些“蜂窝陶瓷”蓄聚相当多 的热量,达到织热的状态,并达到或超过有机废气 的着火点时,即使燃烧机不点火,也能把有机废气 燃烧起来,因此,“蓄热式” 废气焚烧炉就特别省能源。
当前比较常见的RTO废气焚烧炉有双塔式(图 2)与单塔式(图3)。单塔式RTO废气焚烧炉底部有一个转阀,依靠转阀的不停转动来分配炉膛内热气 体流经蜂窝陶瓷路径,以在一定时间内将蜂窝陶瓷 全部加热,以减少燃料消耗,因此单塔式RTO废气焚 烧炉也称为转阀式RTO废气焚烧炉。
蜂窝陶瓷在焚烧炉的应用
              图3   单塔式RTO焚烧炉 
节能效果比较突出的RTO废气焚烧炉,在稳定生产过程其燃料消耗可以达到零油耗(即只燃烧有机 废气,不需要燃烧燃料)。有些厂则采用每米半固化 片消耗多少燃料来表示,如对于每小时燃料消耗在 (10~15)kg/h,一台RTO废气焚烧炉带动3台上胶机来 计算。如果上胶机平均生产速度为18 m/min,那么三台 上胶机每小时半固化片生产量为3240 m/h,平均每米半 固化片燃料消耗为(3~4.5)g/m,燃料消耗非常低。
3  “蜂窝陶瓷”的粘堵问题
在覆铜板,绝缘材料生产用的RTO焚烧炉,传统 的“蜂窝陶瓷”砖规格有150 mm×150 mm×150 mm、 150 mm×150 mm×300 mm,孔数:25×25、40×40、 50×50、60×60等,它的孔径从0.5 mm ~ 4 mm。蜂窝陶瓷砖的截面孔主要为正方形,且孔道是相互平行的 直通道结构(传统蜂窝陶瓷砖结构见图4)。
蜂窝陶瓷在焚烧炉的应用
“蜂窝陶瓷”的小孔越小,其表面积越大,蓄 存的热量越多,但废气流动阻力也越大,胶液中的 一些低分子物很容易沉积在这些小孔上,产生“堵 孔”现象。当“蜂窝陶瓷”部分小孔被低分子物堵 塞,出现“堵孔”时,废气流动速度就会减缓,进 入焚烧炉的有机废气量减少,导致焚烧炉燃料消耗 量明显上升。如原来每小时燃料消耗(10~15)kg/h 焚烧炉,此时燃料消耗可上升到(30~40)kg/h甚至 更高,RTO焚烧炉出现粘堵情况。
产生蜂窝陶瓷“堵孔”主要原因为:第一,由 于RTO焚烧炉的蓄热效果与炉膛中摆放蜂窝陶瓷砖数量有关。蜂窝陶瓷摆放的数量越多,其蓄热效果 就越好。当前RTO焚烧炉的“蜂窝陶瓷”都是立式 摆放,多数焚烧炉都采用4层蜂窝陶瓷,每块蜂窝陶 瓷砖的高度为300 mm,其总高度达到1200 mm。通常上层蜂窝陶瓷的温度比较高,低分子树脂在这里 为气态,不会产生沉积。但下层蜂窝陶瓷的温度比 较低。低分子树脂这这里可能是液态甚至固态,因 此低分子树脂很容易沉积在这里而出现“堵孔”; 第二,胶液中经常添加了一定数量填料,部分填料 会随有机废气流动,当它们到达“蜂窝陶瓷”时, 蜂窝陶瓷上小孔的拦截作用,这些填料就会沉积在 “蜂窝陶瓷”小孔处,造成“堵孔”。
当蜂窝陶瓷出现“堵孔”时,不仅增加了燃料 消耗,并且由于废气流动量降低,上胶机产生的有 机废气没有及时全部排出,使生产线潜在一定安全 隐患。
4  解决蜂窝陶瓷“堵孔”方法
有些用户采用提高蜂窝陶瓷的温度,特别是提 高蜂窝陶瓷下层温度来减少蜂窝陶瓷的“堵孔”现 象。但由于直立摆放蜂窝陶瓷总高度达到1200 mm,其下层温度偏低现象无法彻底解决,所以采用提高 下层蜂窝陶瓷温度来降低蜂窝陶瓷“堵孔”问题, 只能起到减缓蜂窝陶瓷“堵孔”时间,无法从根本 上解决蜂窝陶瓷“堵孔”问题。
由于蜂窝陶瓷的“堵孔”危害性很大,除用户 非常重视之外,也引起设备制造商,“蜂窝陶瓷” 制造厂家的高度重视。如有些设备厂家在蜂窝陶瓷 下层放入部分瓷环,以降低蜂窝陶瓷高度(最下面 一层为瓷环,上面三层为每块砖高度为300 mm蜂窝陶瓷,以降低蜂窝陶瓷总高度),由于瓷环孔排列是无序的,不会出现粘堵问题,但瓷环强度比较低, 容易被压碎,因此这种办法没有得到进一步推广。
曾经有一同行向笔者介绍了他们采用 “饼干型
蜂窝陶瓷砖”方法。他们在平板型的陶瓷上压一些 比较宽的沟槽,当他们摆放到一起时,这些沟槽就 是废气通道。由于这些沟槽比较大,就不会出现粘 堵。将它们放在蜂窝陶瓷砖最下层,可以解决瓷环 强度比较低,容易被压碎问题。但由于其孔径比较 大,蜂窝陶瓷的表面积减少了,降低了蜂窝陶瓷蓄 热能力,因此这种“饼干型蜂窝陶瓷砖”使用也没 有得到推广。
笔者最近到福建省宁德俊杰瓷业有限公司进行 考察时,发现他们在蜂窝陶瓷的结构上做了许多的 改进:
(1)整体槽孔型蜂窝陶瓷砖。
整体槽孔型蜂窝陶瓷砖保留了传统蜂窝陶瓷砖 结构,即“蜂窝陶瓷”砖规格仍为150 mm×150 mm× 150 mm、150 mm×150 mm×300 mm,孔数:25×25、 40×40、50×50、60×60等,孔径从0.5 mm ~ 4 mm结构,砖的截面仍为正方形。但他们将蜂窝陶瓷砖分 成五个单元(单元数视生产工艺需要或用户需要来 确定)。由于每个单元的孔侧向是互相联通的(图 5),在使用过程中,即使蜂窝陶瓷砖的一些孔被粘堵,气流可以通过侧向向其他方向流动,不会影响 到废气在整个蜂窝陶瓷的流通量,比较有效地解决 了蜂窝陶瓷的堵孔问题。
此外,传统型蜂窝陶瓷砖在安装时上下砖的孔 必须对得很正,才能保证废气正常流通,设备安装 要求很高。特别是在使用了一段时间以后,部分蜂 窝陶瓷出现的碎裂,需要更换,要保证补充进去的 蜂窝陶瓷的孔必须与原来蜂窝陶瓷孔对正,其操作 难度更加大,增加了维护费用。
采用整体槽孔型蜂窝陶瓷砖,则在安装时以及 维修过程补充新的蜂窝陶瓷进去,即使孔与孔没有对

正,由于其侧向也互相联通,所以即使上下砖的孔没 有对正,也不会影响到气流流通。大大减少了设备安 装难度以及大大减少了设备维护费用很高问题。
即采用整体槽孔型蜂窝陶瓷可以大大降低RTO 焚烧炉安装成本与降低RTO焚烧炉维护费用⋯⋯。
(2)分层式蜂窝陶瓷。
在整体槽孔型蜂窝陶瓷基础上研制了分层式蜂 窝陶瓷(图6)。即在整体槽孔型蜂窝陶瓷侧面开有若干槽,增加了气体在塔内的横向扩散。它适合于 填料量比较多场合,部分填料会被排到侧向槽,改 善RTO使用过程中的填料堵塞问题,提高了RTO焚烧炉热效率。

图6    分层式蜂窝陶瓷 
(3)组合式蜂窝陶瓷
针对于上面提到的所谓饼干式蜂窝陶瓷存在问 题,该公司将其发展为组合式蜂窝陶瓷砖(图7)。
它在保持整体槽孔型蜂窝陶瓷砖所具有的侧向联通,不容易出现堵孔特点基础上,也改变了传统蜂 窝陶瓷砖尺寸为150 mm×150 mm这一模式。让该产品尺寸具有可以按用户需求,组合成各种规格模 块,提高其安装与维护方便性。

4  蜂窝陶瓷材质要求
由于RTO废气焚烧炉炉膛的温度高达850℃ ~ 950 ℃,因此要求这些“蜂窝陶瓷”必须有足够高的使用温度,和比较好的尺寸稳定性,在高低温变换 过程不会出现开裂⋯⋯。
由于含铝质陶瓷材料具有较好的耐热性、蓄热 性,堇清石,莫来石除了具有优良耐热性、蓄热性 之外,并且具有很好的尺寸稳定性。所以高端“蜂 窝陶瓷”通常采用高铝石,堇清石,莫来石等材料 制造。

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