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淺析蓄熱焚燒爐在化工廢氣處理中的運用
來(lái)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(kāi)啟或不開(kāi)啟，反之亦然。（2）高溫焚燒易產(chǎn)生火災，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具有相應揮發(fā)性的全部化合物，按其化學(xué)結構可以分為：烷類(lèi)、芳烴類(lèi)、酯類(lèi)、醛類(lèi)和其他等。我國作為制造業(yè)大國，VOCs排放量位居世界一位，VOCs治理一直以來(lái)都是我國化工企業(yè)在大氣污染防治方面的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一[1-2]。VOCs 不對人類(lèi)身體產(chǎn)生危害，還是霧霾，和溫室效應等影響環(huán)境的復合型大氣污染源之一，是制約經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展的瓶頸之一。
近年來(lái)，隨著(zhù)對環(huán)境保護的重視，從到地方各級政府，各種政策法規以及標準陸續發(fā)布，產(chǎn)業(yè)駛入了發(fā)展的快車(chē)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)得到運用。其中，蓄熱焚燒爐RTO由于其高達99%處理效率，在涉VOCs排放的各個(gè)行業(yè)得到大量運用，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟和社會(huì )效應。
1 RTO 的工作原理
1.1 焚燒爐的分類(lèi)
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(wú)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）按結構可以分為2 塔，3 塔，5 塔等等，按運行方式有旋轉式RTO,塔式RTO。其中3塔式RTO在廢氣處理中運用廣泛，以下詳細敘述其運行原理
1.2 3 塔式RTO 運行原理
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，燃燒機等組成。見(jiàn)圖1。
進(jìn)廢氣前需開(kāi)啟主風(fēng)機，進(jìn)新風(fēng)對爐膛吹掃，廢氣聚集為高濃度廢氣。隨后開(kāi)啟燃燒器預熱，預熱應緩慢進(jìn)行，一般預熱時(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(kāi)始進(jìn)氣，如圖1先從蓄熱室1進(jìn)去，經(jīng)蓄熱體預熱且擾流后，進(jìn)入燃燒室。此時(shí)廢氣在燃燒室內處于無(wú)規則流動(dòng)，經(jīng)過(guò)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(guò)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(guò)高溫預熱后，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(kāi)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)，如此運行。RTO切換閥切換時(shí)間，一般為60s-120s，切
換時(shí)間過(guò)長(cháng)，排出廢氣溫度過(guò)高，熱量流失;切換時(shí)間過(guò)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)間運行規律為：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。如此設置為了好提高蓄熱體的熱回收
效率，降低設備運行能耗，提高RTO的處理效率。
1.3 RTO 系統的組成
在廢氣處理項目中，3塔RTO一般與風(fēng)機，噴淋塔，阻火器，煙囪等組成一個(gè)系統。RTO一般正壓運行，風(fēng)機應選擇變頻控制適應不同工況。前置噴淋塔可吸收酸、堿性廢氣，減少對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，可在末端增設熱交換器，產(chǎn)生熱水和熱氣回用。煙囪可根據項目需要設計，一般至少為15米高，煙囪越高對廢氣擴散有利，成本也越高。系統的組成需要根據項目來(lái)設定，圖4為某RTO項目工藝流程圖(供參考)。
2 RTO 運行的問(wèn)題及相應措施
RTO由于其較高的處理效率，基本不產(chǎn)生二次污染，運行穩定等點(diǎn)，受到很多企業(yè)的青睞，但是經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用，還是暴露出了一些問(wèn)題，其中比較突出的就是RTO的失火，爆炸等問(wèn)題。經(jīng)過(guò)分析，主要有以下方面的問(wèn)題。
（1）密封不嚴，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，比如測溫元件設置較少，泄爆口未設置等等；
（3）工藝設置不合理，比如新風(fēng)口沒(méi)開(kāi)或口徑較小，風(fēng)機選型不合理等等；
（4）突發(fā)性問(wèn)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系統設需把放在首位。根據筆者經(jīng)驗，可以采取以下措施。
（1）首先應對廢氣的組份及廢氣的排放特點(diǎn)進(jìn)行分析，明確相應工藝設置；
（2）嚴格控制和監測進(jìn)口廢氣濃度，使其控制在相應組份爆炸下限的25%以?xún)龋@是預防爆炸的基本保障。物的爆炸下限會(huì )隨著(zhù)溫度升高而大幅下降，同時(shí)由于化工廠(chǎng)廢氣濃度的波動(dòng)，所以廢氣濃度須遠低于爆炸下限。具體措施有：a.廢氣主管安裝濃度檢測儀，對于濃度波動(dòng)性頻繁的，建議設置雙濃度檢測儀，確保[3-4]；b.進(jìn)RTO前須開(kāi)新風(fēng)口，對于高濃度廢氣，還要配備稀釋風(fēng)機；c.進(jìn)RTO前設置緩沖罐，給濃度檢測儀及閥門(mén)動(dòng)作留下足夠響應時(shí)間,體積要合理設置；
（3）高溫旁通閥對于RTO降溫，泄壓，降低隱患特別重要。其閥板應該選擇耐高溫不銹鋼。應采用氣動(dòng)控制，增加其反應速度。其密封材料要求能在高溫情況下正常運行。應該在高溫閥附近增設專(zhuān)門(mén)檢修平臺；
（4）為了降低損失，須在進(jìn)RTO前設置阻火器，在廢氣主管及RTO后端風(fēng)管設置防爆膜片，在爐體設置泄爆口。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95%,3塔RTO高達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(lèi)VOCs氣體，對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，對顆粒物有包容性，吹掃過(guò)程亦可清走顆粒。
（3）排放廢氣溫度偏低，能耗相對較低；分析：蓄熱體熱回收效率高達95%，有效減少廢氣帶走的熱量。
（4）PLC自動(dòng)控制，設備完全實(shí)現自動(dòng)化；
分析：RTO配置PLC控制柜，大量數據相互鏈接，形成高度自動(dòng)化。
3.2 RTO 的缺點(diǎn)
（1）一次性投入成本高，運行維護費用高；
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(kāi)啟或不開(kāi)啟，反之亦然。
（2）高溫焚燒易產(chǎn)生火災，引起爆炸；
分析：高溫煙氣，容易泄露，尤其在一些防爆區域易引起火災事故。
（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，對于保溫及防護要求高；
分析：工作溫度達850℃，內部需用陶瓷纖維棉保護鋼板，外面亦需防燙保護。
4結語(yǔ)
近幾年隨著(zhù)國內涉VOCs排放的增多，對于要求加嚴格，各種標準和地方行業(yè)標準陸續出臺。一些新的廢氣處理技術(shù)得到運用，RTO由于其較高、穩定持續的處理效率,得到大量運用。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備運行也成為今后需要關(guān)注的問(wèn)題[5-6]。
VOCs治理是一項系統工程，沒(méi)有一項治理工藝可以解決所有問(wèn)題，因此合理選擇工藝路線(xiàn)，不斷提升和完善治理設備，強化設置才能從根本上解決廢氣處理的問(wèn)題。
