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RTO(蓄熱式氧化爐)應用調研分析研究

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RTO(蓄熱式氧化爐)應用調研分析研究

發布日期:2019-02-22 作者: 點擊:

在一定VOCs濃度區間范圍內,隨著VOCs濃度的升高,RTO對VOCs去除率呈上升趨勢,RTO對VOCs的絕對去除量有保障.RTO裝置比較適合處理VOCs濃度為1000~8000 mg/m3的廢氣,三室式RTO裝置可以兼顧到處理效率和經濟性要求,現有主流三室式RTO比較適宜的VOCs廢氣處理量為10000~30000 m3/h。

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VOCs排放量已接近或超過NOx排放量,年排放量超過2000萬噸,在未來相當長的時期內,VOCs肯定是監管和處理重點。VOCs主要來源于溶劑的產生和使用部門,還有化工和醫藥生產、燃料油的運輸和裝卸、垃圾貯存、燃料燃燒和機動車尾氣排放等過程。許多VOCs具有神經、腎臟和肝臟毒性,甚至有致癌作用,能損害血液成分和心血管系統,誘發免疫系統疾病、內分泌系統及造血系統疾病。同時,VOCs也是參與大氣光化學反應過程的重要污染物之一,是形成光化學煙霧和PM2.5的重要前體物之一 。

 

目前VOCs廢氣有多種處理方法,主要包括冷凝回收、高沸點溶劑吸收、活性炭吸附、焚燒處置等。根據VOCs廢氣產生特點及經濟性,RTO(蓄熱室氧化器)技術具有凈化效率高、污染物分解徹底、換熱效率高、節能、阻力低、風機裝機功率小等優點 ,對處理VOCs有著較廣泛的應用前景。

1 RTO技術淺析

RTO(蓄熱式熱氧化爐)與傳統的催化燃燒、直燃式熱氧化爐相比,具有熱效率高(大于等于90%)、運行成本低、能處理大風量低濃度(相對于廢氣排放而言)。RTO裝置有兩室、三室以及多室裝置,兩室RTO置VOCs的去除率在95% ~98%,三室RTO裝置VOCs去除率可達到98%以上。

1.1 RTO原理

兩室RTO沒有吹掃工序,在進行閥門切換時,部分VOCs廢氣沒有經過處理直接排放,從而降低了VOCs的去除效率。多室RTO是在廢氣量非常大的情況下,為保證廢氣進氣的均勻性,增加了同時進氣和出氣的蓄熱室數量。目前三室RTO是主流實用裝置,較好的兼顧了效率和投資成本。

三室RTO運行原理:三室RTO主體結構由燃燒室、三個陶瓷填料床和六個切換閥組成,當有機廢氣進入陶瓷床1后,陶瓷床1放熱,有機廢氣被加熱到一定溫度后進人燃燒室燃燒,同時產生的高溫氣體通過陶瓷填料床2,陶瓷床2吸熱蓄熱,高溫氣體被填料床2冷卻后,經過切換閥門排放,填料床3進行吹掃,以保證原進人填料床3而未反應的廢氣進入燃燒室燃燒,而不是直接排放;經過一段時間后,閥門切換,廢氣從填料床2進入,填料床2放熱,填料床3蓄熱,填料床1進行吹掃;然后在填料床3進氣,填料床1蓄熱,填料床2進行吹掃;這樣周期性地切換,就可連續處理有機廢氣。其工作原理示意圖見圖1。

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1.2 RTO安全預處理措施

由于RTO裝置常采用明火進行工作,容易產生爆炸事故,是使用RTO裝置比較關心的問題。廢氣的安全預處理措施主要包括:(1)濃度控制:為安全起見,防止爆炸或火災,廢氣中VOCs的濃度通常應控制在25%LEL(爆炸濃度下限)以下;(2)回火控制:為防止回火,在設計管道尺寸時應使廢氣的最低流速始終大于回火速度,而且選取適當的安全系數;(3)安全措施:可以采取設置文丘里阻火器、回火防止器、安全液封、空氣稀釋、無回火噴射等安全控制措施;(4)報警連鎖:設置爆炸或回火報警儀及安全聯鎖控制系統。

1.3 RTO裝置的優缺點

RTO裝置經過多年的運行及改進發展,表現出一定的優缺點。其優點主要有:(1)幾乎可以處理所有含有機化合物的廢氣,可以處理風量大、濃度低(相對于直燃焚燒爐)的有機廢氣;(2)可以適應廢氣中VOCs的組成和濃度的變化、波動;(3)對廢氣中夾帶少量灰塵、固體顆粒不敏感;(4)在所有熱力燃燒凈化法中熱效率最高(>90%);(5)在合適的廢氣濃度條件下無需添加輔助燃燒而實現自供熱操作;(6)凈化效率高(三室>98%,兩室95%~98%),維護工作量少,操作安全可靠;(7)有機沉積物可周期性地清除,蓄熱體可更換;(8)整個裝置的壓力損失較小(RTO裝置系統總壓力損失一般<3000 pa,隨所用蓄熱體的結構類型、氣體速度而變),裝置使用壽命長。

主要缺點有:(1)裝置重量大(因為采用陶瓷蓄熱體)、容積大;(2)要求盡可能連續操作;(3)投資費用相對較高;(4)對于大風量、低濃度廢氣而言,運行費用仍然偏高;(5)存在一定的火災爆炸風險,國產儀表質量不過關,國外品牌價格貴。

1.4 RTO運行中出現的問題

根據RTO調研情況,處置含石油醚廢氣的RTO裝置和處置含異丙醚廢氣的RTO裝置發生過多次爆炸事故,雖然處理濃度明顯低于爆炸下限。經分析,石油醚和異丙醚具有閃點低、揮發性強的特點,因此RTO處理VOCs廢氣,須關注低閃點物質(石油醚、異丙醚、乙醚、環已烷等);建議低閃點VOCs不進入RTO處理裝置,單獨采用碳纖維吸附方式處理。

根據調研分析,目前RTO裝置運行控制參數比較單一。目前主要監控的運行參數為燃燒室溫度,進氣VOCs濃度在線監測儀器反饋的數據不準確,從而不能預先確定助燃燃料的助燃量,這就造成燃燒室溫度出現波動。在VOCs濃度過高時出現燃燒室溫度過高現象,可能會造成蓄熱體的破壞,降低RTO裝置的使用壽命。目前RTO國產儀表質量不過關,大多不能夠滿足運行管理要求。

采用RT0裝置處理VOCs廢氣單位多為?;飞a或使用企業,使用過程中特別擔心出現爆炸。由于RTO裝置的運行研究、設計規范和在線監控數據比較欠缺,出于安全考慮,目前RTO裝置運行企業對接入VOCs廢氣的類別及濃度比較保守。

1.5 RTO運行經驗參數

根據RTO裝置運行情況調研情況及相關資料,三室式RTO裝置可以兼顧到處理效率和經濟性要求;目前,一般設計廢氣處理風量為10 000~30 000m3/h時,占地面積、設計、材料要求、設備安裝、運行控制等方面比較適用,特別小風量和大風量都不適合采用三室式RTO。

之間,助燃燃料為天然氣或柴油或廢溶劑。要求進入RTO裝置的VOCs廢氣濃度在1000—8000mg/m3才具有明顯的經濟可行性;據相關資料分析,VOCs濃度達到2 000 mg/m3以上時,RTO裝置不使用助燃燃料也可正常運行。故為配套RTO裝置的正常穩定運行,必須對收集VOCs的收集系統進行密閉、合理、系統化設計,進而保證綜合進人RTO裝置的VOCs廢氣濃度在合適的范圍內。

RTO裝置設計燃燒室溫度在850度以上,實際運行溫度在720℃以上,在保證VOCs去除率的前提下,適當降低燃燒室溫度可以減少助燃燃料使用量,降低運行費用。RTO裝置熱利用效率在90%以上,三室RTO的VOCs去除率可達到99%以上。RTO整個系統的壓力損失一般小于3000 Pa。

2 RTO應用案例分析

目前VOCs廢氣主要采用噴淋、活性炭吸附技術進行末端治理,但隨著RTO技術的發展和國產設備的成熟,采用RTO處理VOCs廢氣越來越受到青睞,這主要是RTO具有應用廣泛性、分解徹底性、去除效率高、經濟可接受性強等優勢。

2.1 RTO裝置運行數據調研

為了解RTO裝置實際運行效果及VOCs去除率,對不同企業的RTO裝置竣工環保驗收監測數據進行了收集。調研的4家企業RTO裝置數據見表1。

圖片4.png圖片5.png 


目前RTO裝置較多應用化工制藥行業,接入RTO裝置的VOCs類別較多,RTO裝置對多種VOCs廢氣均有一定去除率。

2.2 RTO裝置數據分析

首先,對VOCs綜合廢氣去除情況進行分析,對調研4家企業的VOCs廢氣進行加和統計,并按RTO裝置進口VOCs濃度從低到高進行排序,分析RTO裝置進口濃度變化時VOCs的去除率,數據分析情況如圖2所示。圖片6.png

從圖2中可以看出,隨著RTO裝置進口VOCs濃度的升高,VOCs去除率逐步升高,進口濃度到達900ms/m3時,VOCs去除率接近理論去除率(99%)。這充分說明,隨著VOCs廢氣濃度的升高,RTO裝置對VOCs的絕對去除量有保證,從VOCs的絕對去除量方面考慮,RTO裝置具有很明顯的優越性。

根據蕭琦、姜澤毅等的研究 ,焚燒爐出口總VOC濃度隨焚燒爐人口總VOC濃度呈線性變化;焚燒爐破壞去除率隨焚燒爐人口總VOC濃度升高略有升高,破壞去除率基本保持在95%左右。在一定的焚燒溫度下,破壞去除率理論上不受人口總VOC濃度影響;實際應用中破壞去除率隨焚燒爐入口總VOC濃度升高而略有升高,可能是由于高濃度下焚燒爐內溫度場更均勻所致。而焚燒爐出口總VOC濃度隨焚燒爐人口總VOC濃度呈線性變化,說明裝置出口未經處理的VOC可能主要是由換向閥門處的泄露導致。該研究RTO裝置的VOCs范圍為2000~6000 mg/m3,閥門泄露量為總流量的2.24%。實際調研為三室RTO,根據設計方案閥門漏風量在1%以下,故理論VOCs去除率可接近99%;從漏風率方面考慮,調研RTO去除率高于蕭琦、姜澤毅等研究RTO裝置的VOCs去除率。

2.3 RTO應用小結

根據RTO實際運行數據及相關資料分析,RTO具有VOCs去除率比較高,自動化程度高,運行操作管理方便等優點,但同時也有一定的限制約束條件。從安全性、經濟性和VOCs去除效果方面考慮,RTO裝置比較適合處理VOCs濃度為1 000~8 000mg/m3的廢氣;濃度過低,去除效率降低,且需要較多的助燃燃料,經濟性降低;濃度過高,超出RTO設計溫度,容易破壞蓄熱體,甚至出現火災事故。

3 結語

(1)根據調研RTO裝置對VOCs的去除數據分析,隨著VOCs廢氣濃度的適度提高,RTO裝置對VOCs的絕對去除量越有保證,從VOCs的絕對去除量方面考慮,RTO裝置具有很明顯的優越性,可保證VOCs的絕對排放量控制在一定的范圍內,杜絕稀釋排放現象。

(2)隨著RTO裝置進口VOCs濃度的適度升高,VOCs的去除率逐步提高,進口濃度到達900mg/m3時,VOCs去除率接近理論去除率(99%)。VOCs濃度過低(如6.7mg/m3)時,RTO對VOCs的去除率明顯降低,這可能與少量助燃燃料未燃燒排放有關。

(3)三室式RTO裝置可以兼顧到處理效率和經濟性要求,若設計VOCs廢氣處理量在10000—30000m3/h,濃度在1000—8000mg/m3時,同時做到低閃點物質不進人RTO裝置,RTO是一種非??煽窟m用的VOCs廢氣處理方法。

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關鍵詞:RTO,蓄熱式氧化爐,燃燒爐

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