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蜂窩陶瓷在焚燒爐的應用
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蜂窩陶瓷在焚燒爐的應用

2019-09-13      閱讀:
 “蜂窩陶瓷”具有許多小孔,把焚燒爐燃燒過程產生的熱量蓄存在“蜂窩陶瓷”中,當這些“蜂窩陶瓷”蓄聚相當多的熱量,并達到或超過廢氣的著火點時,即使燃燒機不點火,也能把廢氣燃燒起來,因此,“蓄 熱式” 廢氣焚燒爐特別省能源。“蜂窩陶瓷”中的小孔被粘堵,是提高RTO焚燒爐熱效率,提高焚燒爐生產 的重要措施。蜂窩陶瓷磚的結構的改進,對于“蜂窩陶瓷”中的小孔被粘堵,提高RTO焚燒爐的熱效率,起到非常 良好的作用。
覆銅板制造中采用廢氣焚燒爐來處理廢氣 是當前比較有效和比較經濟做法:一,廢氣 在高溫下被氧化分解為對環境沒有污染的水和 二氧化碳排放;二,焚燒爐產生熱量被回收給設 備用熱,不需要增加鍋爐等其他供熱設備;三, 如果廢氣比較充分,焚燒爐以廢氣為燃 料就能維持焚燒爐連續生產,不需要補充燃料,非 常經濟。因此焚燒爐使用越來越得到用戶重視!
當前覆銅板生產是采用濕法生產,膠水中含有 30%~40%溶劑。基材在上膠機浸膠烘干過程,這些溶劑揮發到空氣中,對環境造成很大的污染。將 這些含有大量溶劑的廢氣送人到廢氣焚燒爐中, 把它燒掉。由于焚燒爐的爐膛具有很高的溫度,可以 將這些廢氣氧化分解為對環境沒有污染的水和二氧化碳排放,焚燒爐產生熱量又回受給上膠機供 熱,因此焚燒爐是很經濟的設備。
1  傳統的廢氣焚燒爐
早期廢氣焚燒爐是直燃式,這種焚燒爐通常 有兩種結構:一種是燃燒室與爐膛是聯在一起; 一種是燃燒室與爐膛之間隔一道墻[圖1(A)和圖 1(B)];這種焚燒爐的燃燒室和爐膛都是空的。
廢氣在燃燒室與燃燒機噴出火焰一起燃燒,然后進 入爐膛繼續氧化燃燒。由于爐膛是空的,廢氣在這 里停留時間很短,大部分的廢氣還來不及進一步燃 燒,就被排走,廢氣的熱值得不到充分利用, 因此這種焚燒爐的燃料消耗很大。通常“一對一” (一臺焚燒爐對一臺上膠機)其燃料消耗按柴油計算的話,柴油消耗耗量在80kg/小時左右。
蜂窩陶瓷在焚燒爐的應用蜂窩陶瓷在焚燒爐的應用
圖1   直燃式焚燒爐示意圖 
由于這種焚燒爐的燃料消耗太大,所以人們研究出了RTO焚燒爐。
2  RTO 廢氣焚燒爐
RTO焚燒爐,也被稱為“蓄熱式”焚燒爐。這種焚燒爐在爐膛中安裝了相當數量的蓄熱材料。由 于陶瓷類物質具有耐高溫及蓄熱效果都好等點, 被廣泛用來作為RTO焚燒爐的蓄熱材料。這些陶瓷材料被做成許多的小孔,就像蜂窩一樣,增加其表面 積,增加蓄熱效果。所以這些陶瓷材料被稱為“蜂 窩陶瓷”。
RTO焚燒爐在使用過程,“蜂窩陶瓷”的這許多小孔,能夠把焚燒爐燃燒過程產生的熱量蓄存在 “蜂窩陶瓷”中,當這些“蜂窩陶瓷”蓄聚相當多 的熱量,達到織熱的狀態,并達到或超過廢氣 的著火點時,即使燃燒機不點火,也能把廢氣 燃燒起來,因此,“蓄熱式” 廢氣焚燒爐就特別省能源。
當前比較常見的RTO廢氣焚燒爐有雙塔式(圖 2)與單塔式(圖3)。單塔式RTO廢氣焚燒爐底部有一個轉閥,依靠轉閥的不停轉動來分配爐膛內熱氣 體流經蜂窩陶瓷路徑,以在一定時間內將蜂窩陶瓷 全部加熱,以減少燃料消耗,因此單塔式RTO廢氣焚 燒爐也稱為轉閥式RTO廢氣焚燒爐。
蜂窩陶瓷在焚燒爐的應用
              圖3   單塔式RTO焚燒爐 
節能效果比較突出的RTO廢氣焚燒爐,在穩定生產過程其燃料消耗可以達到零油耗(即只燃燒 廢氣,不需要燃燒燃料)。有些廠則采用每米半固化 片消耗多少燃料來表示,如對于每小時燃料消耗在 (10~15)kg/h,一臺RTO廢氣焚燒爐帶動3臺上膠機來 計算。如果上膠機平均生產速度為18 m/min,那么三臺 上膠機每小時半固化片生產量為3240 m/h,平均每米半 固化片燃料消耗為(3~4.5)g/m,燃料消耗非常低。
3  “蜂窩陶瓷”的粘堵問題
在覆銅板,絕緣材料生產用的RTO焚燒爐,傳統 的“蜂窩陶瓷”磚規格有150 mm×150 mm×150 mm、 150 mm×150 mm×300 mm,孔數:25×25、40×40、 50×50、60×60等,它的孔徑從0.5 mm ~ 4 mm。蜂窩陶瓷磚的截面孔主要為正方形,且孔道是相互平行的 直通道結構(傳統蜂窩陶瓷磚結構見圖4)。
蜂窩陶瓷在焚燒爐的應用
“蜂窩陶瓷”的小孔越小,其表面積越大,蓄 存的熱量越多,但廢氣流動阻力也越大,膠液中的 一些低分子物很容易沉積在這些小孔上,產生“堵 孔”現象。當“蜂窩陶瓷”部分小孔被低分子物堵 塞,出現“堵孔”時,廢氣流動速度就會減緩,進 入焚燒爐的廢氣量減少,導致焚燒爐燃料消耗 量明顯上升。如原來每小時燃料消耗(10~15)kg/h 焚燒爐,此時燃料消耗可上升到(30~40)kg/h甚至 更高,RTO焚燒爐出現粘堵情況。
產生蜂窩陶瓷“堵孔”主要原因為:一,由 于RTO焚燒爐的蓄熱效果與爐膛中擺放蜂窩陶瓷磚數量有關。蜂窩陶瓷擺放的數量越多,其蓄熱效果 就越好。當前RTO焚燒爐的“蜂窩陶瓷”都是立式 擺放,多數焚燒爐都采用4層蜂窩陶瓷,每塊蜂窩陶 瓷磚的高度為300 mm,其總高度達到1200 mm。通常上層蜂窩陶瓷的溫度比較高,低分子樹脂在這里 為氣態,不會產生沉積。但下層蜂窩陶瓷的溫度比 較低。低分子樹脂這這里可能是液態甚至固態,因 此低分子樹脂很容易沉積在這里而出現“堵孔”; 二,膠液中經常添加了一定數量填料,部分填料 會隨廢氣流動,當它們到達“蜂窩陶瓷”時, 蜂窩陶瓷上小孔的攔截作用,這些填料就會沉積在 “蜂窩陶瓷”小孔處,造成“堵孔”。
當蜂窩陶瓷出現“堵孔”時,不增加了燃料 消耗,并且由于廢氣流動量降低,上膠機產生的有 機廢氣沒有及時全部排出,使生產線潛在一定 隱患。
4  解決蜂窩陶瓷“堵孔”方法
有些用戶采用提高蜂窩陶瓷的溫度,特別是提 高蜂窩陶瓷下層溫度來減少蜂窩陶瓷的“堵孔”現 象。但由于直立擺放蜂窩陶瓷總高度達到1200 mm,其下層溫度偏低現象無法解決,所以采用提高 下層蜂窩陶瓷溫度來降低蜂窩陶瓷“堵孔”問題, 只能起到減緩蜂窩陶瓷“堵孔”時間,無法從根本 上解決蜂窩陶瓷“堵孔”問題。
由于蜂窩陶瓷的“堵孔”危害性很大,除用戶 非常重視之外,也引起設備制造商,“蜂窩陶瓷” 制造廠家的高度重視。如有些設備廠家在蜂窩陶瓷 下層放入部分瓷環,以降低蜂窩陶瓷高度(下面 一層為瓷環,上面三層為每塊磚高度為300 mm蜂窩陶瓷,以降低蜂窩陶瓷總高度),由于瓷環孔排列是無序的,不會出現粘堵問題,但瓷環強度比較低, 容易被壓碎,因此這種辦法沒有得到進一步推廣。
曾經有一同行向筆者介紹了他們采用 “餅干型
蜂窩陶瓷磚”方法。他們在平板型的陶瓷上壓一些 比較寬的溝槽,當他們擺放到一起時,這些溝槽就 是廢氣通道。由于這些溝槽比較大,就不會出現粘 堵。將它們放在蜂窩陶瓷磚下層,可以解決瓷環 強度比較低,容易被壓碎問題。但由于其孔徑比較 大,蜂窩陶瓷的表面積減少了,降低了蜂窩陶瓷蓄 力,因此這種“餅干型蜂窩陶瓷磚”使用也沒 有得到推廣。
筆者近到福建省寧德俊杰瓷業有限公司進行 考察時,發現他們在蜂窩陶瓷的結構上做了許多的 改進:
(1)整體槽孔型蜂窩陶瓷磚。
整體槽孔型蜂窩陶瓷磚保留了傳統蜂窩陶瓷磚 結構,即“蜂窩陶瓷”磚規格仍為150 mm×150 mm× 150 mm、150 mm×150 mm×300 mm,孔數:25×25、 40×40、50×50、60×60等,孔徑從0.5 mm ~ 4 mm結構,磚的截面仍為正方形。但他們將蜂窩陶瓷磚分 成五個單元(單元數視生產工藝需要或用戶需要來 確定)。由于每個單元的孔側向是互相聯通的(圖 5),在使用過程中,即使蜂窩陶瓷磚的一些孔被粘堵,氣流可以通過側向向其他方向流動,不會影響 到廢氣在整個蜂窩陶瓷的流通量,比較有效地解決 了蜂窩陶瓷的堵孔問題。
此外,傳統型蜂窩陶瓷磚在安裝時上下磚的孔 必須對得很正,才能保證廢氣正常流通,設備安裝 要求很高。特別是在使用了一段時間以后,部分蜂 窩陶瓷出現的碎裂,需要更換,要保證補充進去的 蜂窩陶瓷的孔必須與原來蜂窩陶瓷孔對正,其操作 難度更加大,增加了維護費用。
采用整體槽孔型蜂窩陶瓷磚,則在安裝時以及 維修過程補充新的蜂窩陶瓷進去,即使孔與孔沒有對

正,由于其側向也互相聯通,所以即使上下磚的孔沒 有對正,也不會影響到氣流流通。大大減少了設備安 裝難度以及大大減少了設備維護費用很高問題。
即采用整體槽孔型蜂窩陶瓷可以大大降低RTO 焚燒爐安裝成本與降低RTO焚燒爐維護費用⋯⋯。
(2)分層式蜂窩陶瓷。
在整體槽孔型蜂窩陶瓷基礎上研制了分層式蜂 窩陶瓷(圖6)。即在整體槽孔型蜂窩陶瓷側面開有若干槽,增加了氣體在塔內的橫向擴散。它適合于 填料量比較多場合,部分填料會被排到側向槽,改 善RTO使用過程中的填料堵塞問題,提高了RTO焚燒爐熱效率。

圖6    分層式蜂窩陶瓷 
(3)組合式蜂窩陶瓷
針對于上面提到的所謂餅干式蜂窩陶瓷存在問 題,該公司將其發展為組合式蜂窩陶瓷磚(圖7)。
它在保持整體槽孔型蜂窩陶瓷磚所具有的側向聯通,不容易出現堵孔特點基礎上,也改變了傳統蜂 窩陶瓷磚尺寸為150 mm×150 mm這一模式。讓該產品尺寸具有可以按用戶需求,組合成各種規格模 塊,提高其安裝與維護方便性。

4  蜂窩陶瓷材質要求
由于RTO廢氣焚燒爐爐膛的溫度高達850℃ ~ 950 ℃,因此要求這些“蜂窩陶瓷”必須有足夠高的使用溫度,和比較好的尺寸穩定性,在高低溫變換 過程不會出現開裂⋯⋯。
由于含鋁質陶瓷材料具有較好的耐熱性、蓄熱 性,堇清石,莫來石除了具有良耐熱性、蓄熱性 之外,并且具有很好的尺寸穩定性。所以“蜂 窩陶瓷”通常采用高鋁石,堇清石,莫來石等材料 制造。

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