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淺析蓄熱焚燒爐在化工廢氣處理中的運(yùn)用

來源:|作者:金瑞 |發(fā)布時(shí)間:2021-03-25 |次瀏覽
RTO所用蜂窩陶瓷蓄熱體，陶瓷保溫棉以及進(jìn)口燃燒器價(jià)格較高；廢氣濃度越高，廢氣熱值越高，燃燒器可以少開啟或不開啟，反之亦然。（2）高溫焚燒易產(chǎn)生火災(zāi)，引起爆炸；分析：
VOCs(volatile organic compounds)揮發(fā)性物，是指常溫下飽和蒸汽壓大于70Pa、常壓下沸點(diǎn)在260℃以下的化物，或在20℃條件下蒸汽壓大于或者等于10Pa具有相應(yīng)揮發(fā)性的全部化合物，按其化學(xué)結(jié)構(gòu)可以分為：烷類、芳烴類、酯類、醛類和其他等。我國(guó)作為制造業(yè)大國(guó)，VOCs排放量位居世界一位，VOCs治理一直以來都是我國(guó)化工企業(yè)在大氣污染防治方面的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一[1-2]。VOCs 不對(duì)人類身體產(chǎn)生危害，還是霧霾，和溫室效應(yīng)等影響環(huán)境的復(fù)合型大氣污染源之一，是制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的瓶頸之一。
近年來，隨著對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，從到地方各級(jí)政府，各種政策法規(guī)以及標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)發(fā)布，產(chǎn)業(yè)駛?cè)肓税l(fā)展的快車道。作為的重要的一部分，VOCs治理備受關(guān)注，各種高效的VOCs處理技術(shù)得到運(yùn)用。其中，蓄熱焚燒爐RTO由于其高達(dá)99%處理效率，在涉VOCs排放的各個(gè)行業(yè)得到大量運(yùn)用，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效應(yīng)。
1 RTO 的工作原理
1.1 焚燒爐的分類
由于VOCs氣體大部分都是含C、H的揮發(fā)性氣體，采用燃燒法可以將其分解為CO2和H2O等無害氣體，且處理效率高。燃燒法中目前較普遍采用的有直接燃燒爐(TAR)、催化燃燒爐(CO)和蓄熱燃燒爐(RTO)等。蓄熱焚燒爐（RTO）按結(jié)構(gòu)可以分為2 塔，3 塔，5 塔等等，按運(yùn)行方式有旋轉(zhuǎn)式RTO,塔式RTO。其中3塔式RTO在廢氣處理中運(yùn)用廣泛，以下詳細(xì)敘述其運(yùn)行原理
1.2 3 塔式RTO 運(yùn)行原理
RTO是一種含有蓄熱體的焚燒爐，由蓄熱室，燃燒室，進(jìn)氣室，切換閥，燃燒機(jī)等組成。見圖1。

進(jìn)廢氣前需開啟主風(fēng)機(jī)，進(jìn)新風(fēng)對(duì)爐膛吹掃，廢氣聚集為高濃度廢氣。隨后開啟燃燒器預(yù)熱，預(yù)熱應(yīng)緩慢進(jìn)行，一般預(yù)熱時(shí)間為6小時(shí)左右，緩慢升溫至800℃，這個(gè)溫度可以分解95%以上VOCs氣體。開始進(jìn)氣，如圖1先從蓄熱室1進(jìn)去，經(jīng)蓄熱體預(yù)熱且擾流后，進(jìn)入燃燒室。此時(shí)廢氣在燃燒室內(nèi)處于無規(guī)則流動(dòng)，經(jīng)過充分燃燒（這個(gè)停留時(shí)間一般要求為1s以上），流向蓄熱室3。蓄熱室3內(nèi)的蓄熱體處于較低的溫度，充分吸收流出的廢氣的熱量，而高溫廢氣經(jīng)過蓄熱體熱量回收后，溫度變低可以排出。
待蓄熱室3里面蓄熱體熱量吸附飽和后，切換閥進(jìn)行切換，如圖2所示。廢氣進(jìn)入蓄熱室3，經(jīng)過高溫預(yù)熱后，進(jìn)入燃燒室，從蓄熱室2出，熱量為蓄熱室2所吸收，直至蓄熱室2吸附飽和，開始切換。如圖3所示進(jìn)入下一個(gè)流程，3次切換為一個(gè)，如此運(yùn)行。RTO切換閥切換時(shí)間，一般為60s-120s，切

換時(shí)間過長(zhǎng)，排出廢氣溫度過高，熱量流失;切換時(shí)間過短，會(huì)造成切換閥及氣缸壽命變短，需要視工況確定切換時(shí)間運(yùn)行規(guī)律為：前一個(gè)流程出氣口為下一個(gè)流程的進(jìn)氣口，前一個(gè)流程吹掃口為下一個(gè)流程出氣口，前一個(gè)流程進(jìn)氣口為下一個(gè)流程吹掃口。如此設(shè)置為了好提高蓄熱體的熱回收
效率，降低設(shè)備運(yùn)行能耗，提高RTO的處理效率。
1.3 RTO 系統(tǒng)的組成
在廢氣處理項(xiàng)目中，3塔RTO一般與風(fēng)機(jī)，噴淋塔，阻火器，煙囪等組成一個(gè)系統(tǒng)。RTO一般正壓運(yùn)行，風(fēng)機(jī)應(yīng)選擇變頻控制適應(yīng)不同工況。前置噴淋塔可吸收酸、堿性廢氣，減少對(duì)RTO爐的腐蝕。后置噴淋塔可進(jìn)一步降低廢氣排放量。有的有熱回收需求，可在末端增設(shè)熱交換器，產(chǎn)生熱水和熱氣回用。煙囪可根據(jù)項(xiàng)目需要設(shè)計(jì)，一般至少為15米高，煙囪越高對(duì)廢氣擴(kuò)散有利，成本也越高。系統(tǒng)的組成需要根據(jù)項(xiàng)目來設(shè)定，圖4為某RTO項(xiàng)目工藝流程圖(供參考)。

2 RTO 運(yùn)行的問題及相應(yīng)措施
RTO由于其較高的處理效率，基本不產(chǎn)生二次污染，運(yùn)行穩(wěn)定等點(diǎn)，受到很多企業(yè)的青睞，但是經(jīng)過一段時(shí)間的使用，還是暴露出了一些問題，其中比較突出的就是RTO的失火，爆炸等問題。經(jīng)過分析，主要有以下方面的問題。
（1）密封不嚴(yán)，耐高溫及耐腐蝕材料不到位，比如密封材料不耐高溫，高溫閥選用碳鋼材料等等；
（2）冗余不夠，比如測(cè)溫元件設(shè)置較少，泄爆口未設(shè)置等等；
（3）工藝設(shè)置不合理，比如新風(fēng)口沒開或口徑較小，風(fēng)機(jī)選型不合理等等；
（4）突發(fā)性問題考慮不周；
為了RTO 事故的發(fā)生，降低事故損失，在進(jìn)行RTO系統(tǒng)設(shè)需把放在首位。根據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)，可以采取以下措施。
（1）首先應(yīng)對(duì)廢氣的組份及廢氣的排放特點(diǎn)進(jìn)行分析，明確相應(yīng)工藝設(shè)置；
（2）嚴(yán)格控制和監(jiān)測(cè)進(jìn)口廢氣濃度，使其控制在相應(yīng)組份爆炸下限的25%以內(nèi)，這是預(yù)防爆炸的基本保障。物的爆炸下限會(huì)隨著溫度升高而大幅下降，同時(shí)由于化工廠廢氣濃度的波動(dòng)，所以廢氣濃度須遠(yuǎn)低于爆炸下限。具體措施有：a.廢氣主管安裝濃度檢測(cè)儀，對(duì)于濃度波動(dòng)性頻繁的，建議設(shè)置雙濃度檢測(cè)儀，確保[3-4]；b.進(jìn)RTO前須開新風(fēng)口，對(duì)于高濃度廢氣，還要配備稀釋風(fēng)機(jī)；c.進(jìn)RTO前設(shè)置緩沖罐，給濃度檢測(cè)儀及閥門動(dòng)作留下足夠響應(yīng)時(shí)間,體積要合理設(shè)置；
（3）高溫旁通閥對(duì)于RTO降溫，泄壓，降低隱患特別重要。其閥板應(yīng)該選擇耐高溫不銹鋼。應(yīng)采用氣動(dòng)控制，增加其反應(yīng)速度。其密封材料要求能在高溫情況下正常運(yùn)行。應(yīng)該在高溫閥附近增設(shè)專門檢修平臺(tái)；
（4）為了降低損失，須在進(jìn)RTO前設(shè)置阻火器，在廢氣主管及RTO后端風(fēng)管設(shè)置防爆膜片，在爐體設(shè)置泄爆口。燃燒器所配柴油罐好能夠埋地下，附近好有消火栓等等。
3 RTO 的缺點(diǎn)
3.1 RTO 的點(diǎn)
（1）2塔RTO處理效率高達(dá)95%,3塔RTO高達(dá)99%；分析：2 塔缺少吹掃流程，所以部分廢氣未經(jīng)處理，直接排走。
（2）能處理各類VOCs氣體，對(duì)廢氣顆粒物濃度及濕度要求不高，適合多種工況；分析：RTO燃燒室屬于高溫環(huán)境，另外蓄熱體為蜂窩式，對(duì)顆粒物有包容性，吹掃過程亦可清走顆粒。
（3）排放廢氣溫度偏低，能耗相對(duì)較低；分析：蓄熱體熱回收效率高達(dá)95%，有效減少?gòu)U氣帶走的熱量。
（4）PLC自動(dòng)控制，設(shè)備完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；
分析：RTO配置PLC控制柜，大量數(shù)據(jù)相互鏈接，形成高度自動(dòng)化。
3.2 RTO 的缺點(diǎn)
（1）一次性投入成本高，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高；
分析：RTO所用蜂窩陶瓷蓄熱體，陶瓷保溫棉以及進(jìn)口燃燒器價(jià)格較高；廢氣濃度越高，廢氣熱值越高，燃燒器可以少開啟或不開啟，反之亦然。
（2）高溫焚燒易產(chǎn)生火災(zāi)，引起爆炸；
分析：高溫?zé)煔?，容易泄露，尤其在一些防爆區(qū)域易引起火災(zāi)事故。
（3）焚燒易產(chǎn)生二惡英，氮氧化物等副產(chǎn)品；分析：燃燒器火焰附近溫度較高，會(huì)產(chǎn)生以上副產(chǎn)品。
（4）工作溫度高，對(duì)于保溫及防護(hù)要求高；
分析：工作溫度達(dá)850℃，內(nèi)部需用陶瓷纖維棉保護(hù)鋼板，外面亦需防燙保護(hù)。
4結(jié)語(yǔ)
近幾年隨著國(guó)內(nèi)涉VOCs排放的增多，對(duì)于要求加嚴(yán)格，各種標(biāo)準(zhǔn)和地方行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)出臺(tái)。一些新的廢氣處理技術(shù)得到運(yùn)用，RTO由于其較高、穩(wěn)定持續(xù)的處理效率,得到大量運(yùn)用。然而RTO造價(jià)昂貴，以及性也讓很多企業(yè)望而卻步，如何降低成本以及提高設(shè)備運(yùn)行也成為今后需要關(guān)注的問題[5-6]。
VOCs治理是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，沒有一項(xiàng)治理工藝可以解決所有問題，因此合理選擇工藝路線，不斷提升和完善治理設(shè)備，強(qiáng)化設(shè)置才能從根本上解決廢氣處理的問題。