RTO尾气回收在印制电路板行业中的应用

朱跃华

(广州能源检测研究院，广东 广州 511447)

RTO尾气回收在印制电路板行业中的应用

朱跃华

(广州能源检测研究院，广东 广州 511447)

印制电路板产生的挥发性有机物，不仅直接危害到人们的身体健康，而且会对PM2.5产生定量贡献，造成大气环境污染。积极寻求有机废气的有效治理方案已成为当前亟待解决的重要问题。本文介绍了一种蓄热式氧化焚烧炉在废气处理上的应用，通过新增RTO及余热回收系统，实现了有机废气地高效净化，节约能源消耗。

蓄热氧化炉；挥发性有机物；印制电路板；热能回收；尾气治理

挥发性有机物(Volatile Organic Compounds，简称VOCs)是一种常见的大气污染物，来源十分广泛，它包括各种脂肪烃、卤代烃、芳香烃和烃的衍生物等。在工业生产中，涂覆工序会产生大量的挥发性有机物，其成分复杂且具有不稳定性，导致废气处理难度大。近年来，蓄热式氧化炉(Regenerative Thermal Oxidizer)简称“RTO”，因其净化效率高、热回收效率高、适用面广、维护成本低等特点，被广泛应用于工业生产中的有机废气处理[1-2]。它既可以有效地处理有机废气使其满足环保要求后达标排放，又使得低温烟气中蕴含的余热能量得以有效回收。本文探讨了RTO尾气余热回收技术在PCB(Printed Circuit Board，印制电路板，又称印刷线路板)工程中的实际应用。

1 RTO技术工艺特点

低温有机废气经预热室吸热升温后，进入燃烧室(氧化室)高温焚烧(加热升温至800℃)，使废气中的VOCs在氧化室氧化分解成CO2和H2O。氧化后的高温气体流经另一个蓄热室，与其中的陶瓷蓄热体进行热交换后排放。蓄热室蓄存的热量则用于预热新进入的有机废气，经过周期性地改变气流方向从而保持炉膛温度的稳定。

热氧化法是应用热氧化和催化氧化技术来破坏排放物中的有机物的方法，同其他热氧化技术相比，RTO的典型特征在于它使用了蓄热陶瓷材料或其他高密度惰性材料吸收排放的废气能量并存储，再将能量释放给进来的低温气体，而非采用管壳式换热氧化技术进行两种流体间的换热，其本质是将有机废气分解成无毒无害的CO2和H2O，RTO热回收效率可达到98%以上。

图1 两室RTO余热利用结构示意图

2 印制电路板行业废气特点及处理现状

PCB按布线层次可分为单面、双面印制线路板及多面板三类。线路板生产工序复杂，涉及工艺范围广。譬如，从简单的机械加工到复杂的机械加工，既有普通的化学反应，还有光化学、电化学、热化学等一系列工艺。单面线路板一般生产工艺流程及废气来源分析见图2。

PCB生产过程中，主要大气污染源有：生产过程中蚀刻工序产生的酸、碱性废气；线路板开料、切割过程中产生的粉尘；线路板印刷及烘干过程中产生的有机废气；抗氧化过程产生的酸雾废气等。根据PCB制造行业的生产工艺特点，可将废气分大致分为三种类型，即：酸、碱性化学废气；粉尘废气；挥发性有机废气。

图2 单面线路板一般生产工艺流程及废气来源分析

线路板生产过程中涂胶、烘烤等工序产生的有机废气全部挥发，因此有机废气产生量大。通常这部分废气要么未经处理直接排放，要么采用高效活性炭吸附处理后高空排放。目前，处理VOCs的技术工艺有多种，不同技术的特点和适用范围也不同。吸附、催化燃烧、生物处理、热力燃烧、等离子体等方法在国内外工业VOCs气体处理领域应用较为广泛。采用活性炭吸附法以其投资省、见效快，处理效果好而成为目前电路板印制行业净化有机废气的主要方法，但该法容易饱和，且产生较多的废活性炭，造价高。催化燃烧、热力燃烧、吸附对所处理的VOCs 种类表现出普适性，而生物处理、冷凝、膜分离则表现出一定的偏好和选择性[3]。

3 RTO尾气处理在线路板生产工艺上的应用

以广东某PCB生产项目为例，该项目RTO有机废气处理量为10000 Nm3/h，有机废气经能量回收处理后最终排烟温度可降低至125℃。

图3 余热锅炉

本工程根据RTO烟气余热利用技术的机理：将涂胶生产线所在车间涂胶、烘烤(烘烤工序热源为饱和水蒸汽)等设备连接风管，采用密闭方式收集各工序挥发产生的有机废气(约150～160℃)，并在引风机的作用下，通过涂胶生产线连接至RTO。先以天然气引燃启动RTO系统，进行高温焚烧处理，使氧化炉内的温度达到 800℃左右。废气燃烧分解后产生的大量热能，一部分热量被RTO内部的陶瓷蓄热体蓄存，用以维持蓄热氧化室自身较高的温度，确保涂胶生产线一旦运转，有机物便可在焚烧炉内氧化分解生成二氧化碳和水；其余部分热量则输送到RTO余热锅炉用于产生饱和蒸汽，回送到生产车间作为烘烤工序的热源，最后烟温降至250℃后外排。

烟气换热器出口的烟温较高，将影响排烟余热利用的经济性。理论上，250℃的废气仍然有一定的能量梯度利用空间，也就是说烟温仍可进一步降低。然而，值得一提的是，RTO回收烟气热量有一定限度，并非排烟温度越低越好，低温换热器表面金属壁温度一旦低于烟气露点温度，将很容易造成换热器内部烟气冷凝，从而导致设备堵塞和低温腐蚀。安全起见，最终排入大气的烟温必须控制在120℃以上，考虑到低温腐蚀的影响，并预留5℃以上的裕量，本项目控制烟囱出口排烟温度在125℃。

图4 RTO尾气余热利用系统能流示意图

图5 RTO尾气余热利用系统示意图

图6 热管换热器

为了充分利用250℃到125℃这部分烟气热能，进一步回收RTO余热锅炉尾部烟气能量，通过在RTO余热锅炉新增旁路排烟管道上安装一台热管省煤器和一台热管蒸发器，同时将引自软水箱的65℃软水作为介质，软水被加热转换成0.7MPa的低压饱和蒸汽，输送至主机房供溴化锂制冷机组使用，能量得到充分利用，无富裕蒸汽排放。此时烟温降低到125℃后排入大气，不仅有效回收了热能，而且溴化锂制冷机组可代替原有电能制冷机组制冷，节约电能。

4 经济性分析

RTO尾气余热利用系统烟气放热量：

Qg=CρV(t2-t1)

式中，Qg-烟气放热量，kJ/h；

C-烟气比热容，查表取值1.042 kJ/(kg·℃)；

ρ-烟气密度，取值1.295 kg/m3；

V-烟气流量，为10000 Nm3/h；

t2-换热器进口烟气温度，250℃；

t1-换热器出口烟气温度，125℃。

也即，RTO尾气余热利用系统每小时回收烟气热量：

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

=1686.7×103kJ/h

RTO尾气余热利用系统按年运行7920h计算，折标煤系数取0.03412 kg标准煤/百万kJ，则每年可回收的烟气热量为：1686.7×103kJ/h×7920 h=13358.66 GJ，折算节约标煤456t。

根据企业监测统计资料核算节约费用。项目改造后，每小时回收的热量大约产生 445.4RT的 7℃冷水，相当于节约用电负荷320.7 kW，而采用RTO尾气余热利用系统后，新增给水泵电力负荷6 kW。工业电价按照0.7元/kW·h计算，即实际年节省电费：

(320.7kW-6kW)×7920h×0.7元/kW·h =174.5万元

RTO尾气余热利用系统项目总投资340万元，两年左右即可收回投资成本。

5 结论

PCB生产中，线路板丝印过程油墨固化所需时间较长，为规避因建设较长的烘烤通道而扩大生产线占地面积，企业通常都使用间歇式烘箱，间歇式烘烤的特性使得有机废气浓度产生间歇性变化，通过在RTO装置前增加缓冲罐可改善气量波动大和RTO装置运行不稳定的问题。工程实践证明，项目符合工厂实际，不失为一种处理有机尾气行之有效之途径，RTO余热锅炉排放的废气温度和浓度较高，还可进行二次余热回收，使能量尽可能得到充分利用，基本实现无二次污染排放。

[1] 万 林，王 浩，胡庆年. 医化行业挥发性有机废气(VOCs)排放特征及防治对策[J].中国环境管理，2011(4)：64-69.

[2] 蓄热式热氧化器(RTO) [J]. 中国环保产业，2003(3)：40.

[3] 席劲瑛，武俊良，胡洪营，等. 工业VOCs 气体处理技术应用状况调查分析[J]. 中国环境科学，2012，32(11)：1955-1960.

(本文文献格式：朱跃华.RTO尾气回收在印制电路板行业中的应用[J].山东化工,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

朱跃华(1985—)，男，河南周口人，硕士研究生，主要从事节能低碳技术服务。

X796

A

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