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【揚州綠之源環保】RTO(蓄熱式氧化爐)應用分析

作者: 來源: 日期:2019/8/1 8:43:56 人氣:376

通過調研RTO(蓄熱式熱氧化爐)裝置處理VOCs(揮發性有機物)的應用實例,對比分析了VOCs處理效果及存在問題,結合RTO處理VOCs原理及相關規范,指出采用RTO方法的優點及需要完善改進之處,為RTO裝置的建設和運營提供指導意見.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.

VOCs排放量已接近或超過NOx排放量,年排放量超過2 000萬噸 ,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 J。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% 一98%,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。

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<3 000 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廢氣單位多為危化品生產或使用企業,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1 000—8 000 mg/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850oC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3 000 Pa。


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