昱昌环境RTO可行性报告.docx
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昱昌环境RTO可行性报告
旋转式RTO可行性报告
西安昱昌环境科技有限公司2017年10月
一、项目背景
近年来，挥发性有机化合物（VOCs，VolatileOrganicCompounds）作为新型大气污染物逐渐进入公众视野。
VOCs是臭氧（O3）的重要前体物，其生成的光化学烟雾对占雾霾成因的20%到50%。
当VOCs浓度超过3mg/m3，人体会有头痛和弱神经毒作用；超过25mg/m3,会产生毒性反应。
随着环境监测投资加码，VOCs监测成为“十三五”环境行业新的增长点。
作为四大总体污染物之一，VOCs相对于脱硫、脱硝等市场起步较晚，2010年才首次将VOCs列入大气污染防治范围。
2010年，我国VOCs的实际排放总量约3000万吨。
工业生产中产生的VOCs约为1335.6万吨，其中石油炼制方面产生的VOCs占工业生产VOCs的17%，建筑装饰方面占16%，机械设备制造占11%,印刷业占7%,是工业生产中产生VOCs最多的四大行业[2]。
在印刷包装和精密涂布行业中，包装印刷厂的主要产品为各种塑料薄膜的印刷制品,在产品生产中大量使用彩色油墨和有机稀料,而印刷油墨溶剂中VOCs的主要成分是甲苯、乙酸乙酯和少量丁酮，且在加工过程中以废气的形式挥发排出。
其中甲苯会损伤人体的造血系统，诱发白血病；乙酸乙酯具有刺激性气味；丁酮会刺激人体中枢神经。
因此，当前对VOCs的治理成为了国家亟待解决的重大环境问题。
二、国家政策
2013年以来，国家陆续发布了《挥发性有机物污染防治技术政策》、《重点行业挥发性有机物削减行动规划》、《挥发性有机物排污收费试点办法》等多项政策措施。
新修订《中华人民共和国大气污染防治法》，于2016年1月1日起正式施行。
从修订前的七章66条，扩展到现在的八章129条，法律条文增加了近一倍。
2015年10月1日，我国制定的《挥发性有机物排污收费试点办法》在全国范围内施行，首选石油化工和包装印刷为首批试点行业。
目前，已经开展VOCs排污收费的省及直辖市主要有北京、上海、江苏、安徽、湖南、四川等14个省市地区。
北京收费标准为10-40元/公斤，上海为15元/公斤。
此外，2016年年初发布的“十三五”规划纲要，首次将VOCs新纳入总量控制指标。
十三五规划纲要提出，到2020年，全面建立以改善环境空气质量为核心的VOCs污染防治管理体系，夯实管理基础能力；实施重点工业行业排污许可制；推进重点地区、重点行业VOCs污染减排，排放总量下降10%以上。
截止目前，涉及VOCs的大气固定源污染物排放国家标准致辞已经扩展志14项。
和国家标准相比，近年来各省市区根据各地产业结构和减排方向，明显加大了与VOCs排放相关的地方排放标准的制定工作，被视为各地推动VOCs减排的主要依据。
北京市已经发布了与VOCs相关的排放标准12项，上海市有8项，广东省有5项，重庆市有4项，天津市、河北省、浙江省、江苏省也已经颁布了相关排放标准。
三、治理现状
由于有机废气对社会环境及人体健康造成的影响，以及现有的国家政策，在印刷包装和精密涂布行业，选择一种合适的VOCs处理方法是很有必要的。
目前的VOCs的末端处理技术包含两类，第一类是非破坏性方法，即采用物理方法将VOCs回收；第二类是通过生化反应将VOCs氧化分解为无毒或低毒物质的破坏性方法。
其中回收技术是通过物理方法，在一定温度、压力下，用选择性吸收剂、吸附剂或选择性渗透膜等分离VOCs，主要有吸附回收、吸收回收、冷凝回收和膜分离回收等。
破坏技术是通过化学或者生物反应等，在光、热、催化剂和微生物等作用下将有机物转化为水和二氧化碳，主要包括催化燃烧、热力焚烧、等离子体破坏、光催化和生物技术等。
具体方法上，前者包括冷凝法、吸附法、吸收法和燃烧法。
后者有生物法、膜技术、光催化降解和等离子技术。
而目前应用最广泛的有吸附法、吸收法和燃烧法。
因吸附法存在吸附剂再生困难等问题，吸收法存在二次污染等。
中国工程院院士、中科院安徽光学精密机械研究所所长刘文清表示，这些现有方法，都存在一定的缺陷和不足。
尤其是对于大风量、中低浓度VOCs，采用提纯分离方式，由于量大、污染物组分复杂，采用变压或变温吸附方法都需更多能耗。
从能源、经济角度看，此类治理技术都不具可行性。
在燃烧法中，蓄热式燃烧法是目前应用最广泛VOCs处理方法，因其具有热力回收系统，热效率高、在有机物浓度达到一定值时可实现自供热操作等优势。
操作维护十分简单、可靠、节能环保，且VOCs去除率高。
在VOCs较高的情况下，还可回收多余热量为生产设备供热。
因此，将蓄热式燃烧法应用到印刷包装和精密涂布行业的废气处理中具有重要的意义，能够为企业带来大量的环保收益和经济收益。
四、工业有机废气蓄热氧化焚烧炉（RTO）应用领域
RTO项目产品几乎可以应用到所有生产工艺中有有机废气排出的工业领域，主要有：
包装印刷行业、薄膜涂布行业、壁纸行业、人造合成革行业、轮胎行业、涂装行业、半导体行业等；本项目根据项目团队市场熟悉情况重点在以下市场领域进行发展。
1、包装印刷行业
我国包装印刷行业中尤其是塑料软包装产品生产过程中大量使用溶剂型油墨和复合胶水，溶剂型油墨和复合胶水干燥后产生大量VOCS排放，采用本项目产品RTO是最佳的处理方式。
据国家新闻出版总署资料显示，2010年统计全国从事包装印刷的企业有37431家，其中VOCS排放量较大的塑料软包装凹版印刷企业约6000家，其中年产值5000万元以上较大规模的约1000家，这些企业中已经进行VOCS排放治理的厂家不足3%。
目前国内在整体印刷工业中，包装印刷一直是发展最快、利润最高的领域。
随着人民生活水平的提高，将会需要更多的消费品，任何消费品都不可缺少包装材料，根据统计，包装印刷的增长率比GDP增长率约高出1.3%。
我国的包装印刷随着国民经济的发展将延续快速增长的态势。
2、壁纸、人造革行业
壁纸是一种用于装饰美化室内墙面和天花板面的材料。
它以其花样多、色彩全、立体感强、容易清洁等与众不同的装饰效果，倍受人们的青睐。
目前，在中国，壁纸家庭装修行业使用量仅占到总墙面市场份额的15%，未来壁纸用量增长率将维持在10-15%左右。
目前，全国有200多家壁纸制造企业，壁纸生产中的PVC涂布和压花发泡工艺产生VOCS排放，现在壁纸厂的烟气处理采用静电扑捉回收法，这种方式不能完全达标处理烟气，尤其是不能去除烟气中的臭味，未来将逐步采用RTO处理方式进行替换。
与壁纸具有类似工艺的人造革行业，目前，全国有1000多家人造革未来将逐步采用RTO处理方式进行处理。
3、薄膜涂布行业
薄膜涂布具有广泛的应用领域，包括各种胶粘带、液晶显示中的光学膜、交通安全反光膜、汽车贴膜、太阳能电池背板等等。
薄膜涂布行业近年来的用量增长率每年在30%左右。
目前，全国有1000多家薄膜涂布制造企业，薄膜涂布生产中几乎全部采用溶剂型胶水涂布，胶水干燥后产生大量VOCS排放，这些企业中已经进行VOCS排放治理的厂家不足10%。
目前该行业是本项目产品应用的主要领域。
五、旋转翼式RTO发展及应用
1.RTO技术基本原理
RTO的蓄热焚烧基本原理为：
将VOCs加热至800℃左右，其氧化分解释大量反应热，利用蓄热体将热量回用，以便加热随后进入系统的低温VOCs废气。
这种蓄热焚烧的方式能够充分利用能量，减少系统外部能耗，在VOCs浓度达到2g/m3时，系统可无功运行，即不用消耗系统外部能量。
2.RTO技术发展
RTO技术的发明给VOCs直接焚烧技术（TO,ThermalOxidizer）带来了新的探索方向，而RTO基本的蓄热焚烧原理决定早期出现的形式为两床式RTO。
RTO技术通过蓄热体的蓄热作用极大减少了VOCs升温过程中的能耗，能够为客户带来客观的经济效益。
RTO技术经过30多年的发展，经历了三次技术迭代，从早期的两床式RTO、三床式RTO发展到旋转翼RTO。
两床式RTO的一个蓄热室通过VOCs废气进行氧化焚烧，另一个蓄热室通过分解后的高温净化空气，将燃烧热留在蓄热体内，净化空气降温后经烟囱排出。
两个蓄热室的蓄热和放热功能交替通过4个互锁高温切换阀实现。
两床式RTO能够有效的净化VOCs废气同时降低系统外部能耗，但是其结构简单，阀组切换废气流向时易将蓄热室底层未充分分解的VOCs废气带出蓄热室，影响净化效率。
目前在VOCs处理业界，国内外厂商通常采用的是三床式RTO，该产品在两床式RTO基础上增加了吹扫功能。
在三床式RTO阀组切换时，原来通过VOCs废气的蓄热室由吹扫风机送入大量洁净空气，将残余VOCs废气吹入氧化室进行氧化分解。
因此，三床式RTO较两床式RTO在净化效率方面有明显的提升。
三床式RTO具有功能易实现、设备易制造的特点，在市场上占有不小的份额。
但三床式RTO具有如下方面的明显劣势：
①占地面积大
三床式RTO具有三个蓄热室和附属设备（送风风机、助燃风机、吹扫风机等），设备安装需要较大场地。
②系统压力波动较大
每次阀组切换瞬间，废气管道内负压条件受冲击，对于精密涂布等行业会对产品工艺产生影响，比如成品溶剂残留量的波动。
③设备关键件易损耗
三床式RTO具有六个高温切换阀和三个吹扫阀，阀组是三床式RTO实现蓄热焚烧和净化吹扫功能的关键部件。
阀组平均20s切换一次，连续工作时往复运动、冲击较大，每年切换次数高达一百万次。
当阀组中任意阀体损坏时，三床式RTO则无法正常工作。
④低VOCs浓度时能耗大
包装印刷厂和精密涂布厂因为订单具有批量小、产品种类多等特点，设备停机换单频次很高，三床式RTO经常处于低VOCs浓度的低负载状态运行。
此时VOCs氧化放热量无法满足系统无功运行，为保持蓄热体吸收充足的热量，燃烧器需要耗费大量天然气进行补热，浪费大量资源，为客户带来不必要的损失。
⑤热效率不高
三床式RTO增加了吹扫功能，在吹扫风机送入大量洁净空气的同时，带走了蓄热体的大量热量，混合气体无法升温至VOCs分解温度，需要燃烧器进行补热。
因此，三床式RTO的综合热效率不高。
由于三床式RTO具有如上的劣势，日本学者率先提出旋转翼RTO的概念，后经韩国学者和企业的发展完善。
3.旋转翼RTO工作原理及优势特点
工作原理：
旋转翼蓄热式氧化炉（RTO）由燃烧室，蓄热层及分配室以多个扇形小室组成，旋转翼旋转时反复进行一半区域是预热区，另一半区域是热回收区的功能。
此时预热区和热回收区之间设计死区，放置处理前废气和处理后气体混合，未处理的废气从预热区转换热回收区前，通过反吹空气吹至燃烧室氧化处理。
影响VOC去除率的主要因素是“三T”，即氧化温度（Temperature）、停留时间（Time）及混合程度（Turbulence）。
影响热效率的因素是：
气流速度、蓄热介质、蓄热介质体积和几何结构等。
当RTO设备还没达到处理状态或停运时，废气可暂时通过旁通进入烟囱排放。
为了环保节能，在RTO尾部可设置换热器，进行余热利用。
【优势特点】：
①占地面积小、结构紧凑
旋转翼RTO炉体均匀分为12个蓄热室，根据功能分为5个放热区、5个蓄热区、1个死区和1个吹扫区。
12个蓄热室在圆周上均匀分布，炉体直径在8米以内，占地面积小。
②运行平稳、无冲击
两床式和三床式RTO使用高温切换阀改变VOCs废气流向，达到蓄热室功能切换的目的，旋转翼RTO使用废气旋转分配阀改变废气流向。
废气旋转分配阀通过电机传动，运行速度缓慢，平均15s切换一个蓄热室，设备压力无波动。
③设备关键件寿命长
废气旋转分配阀在驱动电机带动下以7.5min/r的速度旋转，运行平稳，不会产生冲击，密封面经过研磨具有良好的气密性，制造材料具有高度的耐高温、耐腐蚀特性，设计寿命长达20年。
④系统无功运行要求低
由于旋转翼RTO结构紧凑，蓄热室面积不大，VOCs反应热足够系统无功运行。
以昱昌环境某客户的工况为例，20000m3/h风量的旋转翼RTO无功运行仅需要90000kcal/h，相当于11m3天然气完全燃烧所释放的热量。
⑤净化效率、综合热效率高
旋转翼RTO包含12个蓄热室，设备正常运转时5个放热室通入VOCs废气，对应5个蓄热室通过净化后的高温气体进行蓄热。
在蓄热室功能由放热切换为蓄热的过程中，需要先通入吹扫风，保证净化效率。
由于旋转翼RTO蓄热室面积远小于三床式RTO，所以小风量即可完成吹扫，有效减少热损失，提高综合热效率。
经过试验对比，两床式、三床式和旋转翼RTO的净化效率、综合热效率对比如下表：
RTO类别
两床式RTO
三床式RTO
旋转翼RTO
综合热效率
84%
92%
95%
净化效率
92%
98%
99%
经过试验证明：
综合热效率从92%提升至95%能够有效减少约40%的燃料消耗。
综上所述，旋转翼RTO具有环保性、经济性好的特点，得到了市场的广泛认可。
六、昱昌环境VOCs处理技术路线及旋转式RTO优势特点
结合RTO技术多年的发展历程，昱昌环境VOCs处理技术路线如下：
综合如上分析，旋转翼RTO较同类产品具有多方面优势，而西安昱昌环境科技有限公司自主研发的旋转翼RTO设备在原有技术基础上进行了多项改进，具体表现为如下几个方面。
①昱昌环境旋转翼RTO联机功能强
昱昌环境核心团队具有20多年的印刷设备、涂布设备、人造革设备的设计制造经验，对印刷、涂布工厂的生产工艺非常熟悉，因此昱昌环境的旋转翼RTO设备与用户的主机生产运行结合最可靠。
②昱昌环境旋转翼RTO研发团队从业经验丰富
昱昌环境团队的韩国专家具有超过25年的RTO设计和生产经验，能熟练应对各种系统工况。
③昱昌环境旋转翼RTO燃烧技术安全
昱昌环境拥有天然气直燃加热系统的核心技术和成熟产品，每年为客户提供1000多套天然气直燃加热设备。
昱昌环境的旋转翼RTO设备的燃烧机控制系统比调范围宽，最省气，最安全。
④昱昌环境旋转翼RTO拥有多项自主知识产权
昱昌环境采用自主知识产权的废气旋转分配阀，旋转阀采用航天材料Inconel600和耐高温不锈钢310s精密制造，密封面经过精密研磨，阀组旋转体经动平衡校验，具有长达20年的寿命周期。
⑤昱昌环境旋转翼RTO控制系统成熟稳定
昱昌环境的旋转翼RTO控制系统采用韩国成熟软件，具有如下特点：
a）操控界面清晰、直观
b）自动化程度高，无人驾驶
c）预警系统完善，安全性好
⑥昱昌环境旋转翼RTO设计人性化
根据客户不同工况，旋转翼RTO底层蓄热砖可能会发生堵塞，特别是在客户废气中含有硅元素。
其他旋转翼RTO设备由于设计原因，只有一个检修口，检修不便。
昱昌环境的旋转翼RTO设备具有独特设计的12个检修孔，方便进行设备维护。
⑦昱昌环境旋转翼RTO设计方案多样
昱昌环境坚持以客户为出发点，针对客户不同工况，实测VOCs废气浓度、组分、风量等相关参数，进行个性化VOCs处理方案制定。
针对不同行业客户，未旋转翼RTO设备进行浓缩装置、换热装置的选配，力争达到VOCs净化与节能效果的最大化。
七、昱昌环境旋转式RTO效益分析
（以一台30000风量旋转式RTO为例，客户购买成本为230万元左右）
余热计算：
溶剂总量kg/h
氧化放热热量
kcal/h
自运行所需热量
kcal/h
再利用热量
kcal/h
105（常规）
688800
240471
413889（按95%利用）
210（最大）
1377600
240471
1068249（按95%利用）
48（最小）
314880
240471
58665（按95%利用）
由计算可知，常规情况下可利用余热在41万大卡/小时，排放浓度越高，可利用余热越充足。
按天然气8500kcal/m³的热值计算，相当于每小时能给企业节省48m³的天然气。
经济效益：
按每天工作20小时，每月工作25天，天然气价格按3.5元/m³计算，则每年给企业带来的利益如下：
48m³/h×3.5元/m³×20h/天×25天/月×12月/年
=100.8万元/年
结论：
两年半即可收回成本，后期每年可为企业节约100万元左右。
（注：
以上计算均为理论计算，实际情况会有所偏差，需根据用户实际工况而定）
运行费用分析
冷启动（1.5h）
能源
用量
单位
单价（元）
时间/h
花费（元）
电
68
kW/h
0.8
1.5
82
天然气
58
m³/h
3.5
1.5
305
合计：
387元/1.5h
正常运行阶段（满载）
能源
用量
单位
单价（元）
时间/h
花费（元）
电
97
kW/h
0.8
1
78
天然气（节省）
48
m³/h
3.5
1
-168
合计：
-90元/h
八、昱昌环境公司简介
西安昱昌环境科技有限公司是一家由韩国从事废气控制技术专家组建的高新技术企业。
公司于2016年在西安设立生产工厂，其中有6名韩国技术专家，核心成员参与设计制造调试的RTO系统共计150余套。
涵盖印刷包装、精密涂布、电子涂装、橡胶制品等行业。
中国技术专家有20多年印刷包装生产工艺经验，可以为客户提供专业的技术指导。
西安昱昌采用国外先进的VOCs处理技术，成立了VOCs实验中心，配备德日英美先进的实验仪器。
形成了以环保为宗旨，以废气能源回收为特长，以降低客户运营成本为目标的公司理念，得到市场的广泛认同。
昱昌基于团队技术专家的印刷包装生产工艺经验以及有机废气处理技术的研究，昱昌最终确定将蓄热式氧化技术作为废气处理的主要技术。
九、昱昌未来市场及市场开拓
1、公司未来战略规划
公司将坚持以技术创新为核心经营理念，以“心向阳光，万事昱昌”为经营精神，励志追求环境美好与经济发展的共存。
公司将不断提高公司生产和设计能力，以抓住中国挥发性有机废气治理行业高速发展的良好机遇，进一步延伸公司在环保行业的产业链深度，同时拓宽公司产品应用领域和市场，提升作为国内一流环保科技企业的系统集成及整体方案解决能力，逐步实现满足国内外高端客户的产品技术要求，成为国际一流的废气处理成套设备供应商。
2、公司在增强成长性、增进自主创新能力、提升核心竞争优势等方面拟采取的战略措施
根据公司的未来战略规划，公司拟采取以下战略措施：
①产品和技术纵深化；②市场和区域纵深化；③行业应用领域纵深化。
通过上述三个方面的纵深化发展，全面提高公司技术水平，以国际一流智能装备供应商为发展目标，达到国际先进技术水平，进一步提升公司作为国内优秀环保科技企业在全球市场的综合竞争力。
以上战略措施具体如下：
（1）产品和技术纵深化战略
公司产品已覆盖了“旋转翼蓄热式氧化炉RTO”、“无火焰蓄热式氧化炉FRTO”以及“浓缩+RTO氧化“等，能够满足印刷包装行业以及涂布行业的绝大部分需求，从而为客户提供一体化解决方案，这也是公司核心竞争力之一。
但在公司现有产品结构中，部分重要设备还是由客户按不同的需求自行对外采购，统一纳入系统集成并进行装配，如总装自动化生产线上的各种专用设备，焊装自动化生产线上的焊装机器人、其他辅助设备等。
这些重要设备技术含量很高，这些也是目前国内自动化装备企业与国际一流设备制造商的差距所在。
公司未来将进一步扩大产品研发范围，依托公司“省级企业技术中心”的优势，根据现有产品的技术水平和下游行业的技术需求着手研发技术含量高、国产化率低的重要废气处理设备，逐步实现有机物废气处理行业的装备供应全面覆盖。
（2）市场和区域纵深化战略
目前公司客户已遍布全国27个省、市，并且已成功将业务拓展至东南亚和南美洲等地区，逐步开始走向国际化。
未来随着公司设计生产能力和技术研发能力的进一步增强，公司将在巩固现有国内市场客户的基础上，继续扩大国内高端客户市场，进入目前仍使用进口设备的合资厂商，同时扩大海外销售规模，获取更高的市场份额。
同时，公司计划依托原有海外业务的成功经验，逐步全方位的拓展全球市场。
（3）行业应用领域纵深化战略
工业自动化生产线在国民经济中不同的行业均得到了广泛的应用，其工作原理和特点也具备许多共同之处，发行人所面临的市场空间十分广阔，但受限于资金和生产、研发能力的限制，目前主要针对印刷包装行业及涂布行业。
通过运用韩国废气处理技术占领国内大部分市场，公司后期计划改变当前业务主要集中于印刷包装行业以及涂布行业的格局，在现有产品技术的基础上，加大对包括电子、橡胶以及涂料等行业在内的技术通用性的研究，使公司产品和技术逐步向其他工业自动化领域延伸，一方面能够有效扩大下游市场范围，另一方面通过全面的技术研发使公司跻身技术水平一流的国际废气处理环保企业。
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