焚燒裝置廢氣回火原因探析

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(河南能源化工集團開封龍宇化工有限公司，開封市聚甲醛基新材料重點實驗室，河南 開封 475200)

焚燒裝置由主裝置的廢氣管道、水封槽、阻火器、點火系統、燃燒器、焚燒爐、排氣筒、鼓風機、引風機、給水泵、脫鹽水儲槽等組成，主要功能是將主裝置產生的尾氣進行焚燒，經熱量回收后排放至大氣，排放氣指標符合國家有關大氣污染物的排放標準。焚燒爐點火時以柴油為燃料，采用自動點火器進行點火；廢氣燃燒初期，為防止廢氣燃燒出現不穩定，采用甲醇進行助燃。

1 廢氣的來源及組成

主裝置廢氣的主要來源為甲醛制備過程中產生的廢氣和三聚甲醛生產過程中產生的廢氣，主要成分見表1。

甲醛制備工序廢氣經離心風機輸送至水封槽，然后進入焚燒爐燃燒，燃燒過程穩定，未發生過回火現象。三聚甲醛工序中的廢氣經洗滌塔洗滌后進入氣液分離器，分離出的氣體經羅茨風機加壓后送至水封槽，然后進入焚燒爐燃燒，由于燃燒不穩定，有時會發生回火現象。

表1 廢氣中各組分組成

目前，三聚甲醛工序廢氣裝置無法長期連續投用，當裝置不穩定時會引起廢氣的組成發生變化，從而引起水封槽水封液中TOX、HCHO等物料含量升高，需要定期置換水封槽，以對水封液進行更換，水封液中易燃有機物物料成分含量較高時的組成見表2。

表2 水封槽中水封液易燃有機物物料組成

此時，水封液按照常規排至污水管網會造成一定浪費，也增加了污水處理的壓力，必須進行回收利用。因此，三聚甲醛廢氣焚燒存在一定的環保風險及安全隱患，需要對系統進行技術改造和優化。

2 原因分析

(1)三聚甲醛廢氣概況。三聚甲醛工序廢氣屬于富氧廢氣，其燃燒屬于預混燃燒，燃燒回火的可能性會大大增加，李文輝[1]在含氧燃料氣安全性評估中對該類氣體自燃、爆炸和回火的可能性進行了詳細分析與說明。

目前，三聚甲醛工序廢氣洗滌塔的運行溫度高時可達70℃以上，造成TOX、苯等物料不能在洗滌塔內被完全吸收，廢氣中含有有機可燃氣體的含量升高；廢氣送往焚燒裝置會經過水封槽，部分水溶性有機氣體被水封槽內水封液吸收；未完全吸收的則隨廢氣進入焚燒爐燃燒。三聚甲醛工序廢氣輸送風機設計流量300m3/h，進氣溫度30℃，進氣壓力100.92kPa ABS(0kPa(g))，排氣壓力112.92kPa ABS(12kPa(g))，材質為不銹鋼，管徑為DN150，蒸汽伴熱管伴熱。在實際運行中，B-200出口排氣壓力表顯示壓力為2kPa，經過約400m長度的管路及彎頭、閥門阻力損失后的廢氣壓力經計算會降低很多，而焚燒爐壓力為-30Pa的微負壓。

(2)廢氣回火原因分析。燃燒傳播過程引起的穩定燃燒狀態會因建立氣流速度和燃燒前沿傳播速度之間的平衡關系被打破[2]。焚燒裝置中來自洗滌塔的廢氣以空氣為主，含有可燃氣體組分，具備燃燒條件，其燃燒屬于預混燃燒。王曉霞等[3]對火炬系統設計應注意的安全因素進行了系統闡述，水封罐的設置有兩方面的作用：一是平衡壓力，二是防止回火。當水封液中物料濃度較高時(如苯含量高會漂浮在上層)，不利于廢氣組分及壓力的穩定。一旦洗滌塔溫度發生變化，會引起廢氣組成及氣流不穩，當廢氣進焚燒爐遇到明火時，廢氣中可燃氣體被點燃，廢氣由于氣流速度低于火焰燃燒速度，火焰可沿著廢氣管線回燃，廢氣管道作為燃燒場所發生的燃燒即回火現象。焚燒爐在引風機故障的情況下，會引起焚燒爐內壓力升高，也可能造成回火情況的發生。回火發生后，會造成廢氣無法投入焚燒爐，燒壞水封槽后管路上儀表和電磁閥門等，嚴重時發生爆炸事故。

3 對策

(1)降低洗滌塔塔釜液溫度。對洗滌塔運行情況進行分析，穩定各系統壓力，避免高溫物料吸入；通過增加換熱面積，從而增加塔釜液換熱冷量，洗滌塔塔釜液溫度降至50℃以下，減少廢氣中揮發性有機物含量，穩定廢氣各組分含量，從源頭上進行消除。

(2)增設氣-液分離器。在羅茨風機前增加氣-液分離裝置，廢氣中液相通過重力回收至地下廢液槽，以減少廢氣中揮發性有機物含量，最大限度排除羅茨風機入口管線內的積液，消除對風機的影響因素，確保風機穩定運行及廢氣進焚燒管線的暢通，降低水封槽置換頻率，減少污水排放，從而也降低焚燒爐回火機率。

(3)水封槽內水封液定期回收。水封槽內水封液中HCHO、TOX等含量較高，需要及時排除和置換。結合實際運行情況，并根據化驗分析結果，定期回收水封液至三聚甲醛生產裝置的回收系統，可以穩定廢氣輸送，實現物料循環利用，減少污染物排放，緩解污水處理壓力，降低生產成本。

(4)廢氣管線檢查清理。每次裝置檢修時，對單體廢氣管道進行檢查，采用W90熱水進行沖洗，清除管道內沉積的物料(必要時，定期采用W90熱水進行沖洗)。同時，對廢氣管線伴熱進行排查，保證伴熱系統正常好用。

(5)增加阻火器。在三聚甲醛工序廢氣水封槽后管線上(進焚燒爐前)增加阻火器，消除回火發生的機會，降低回火發生后可能影響的范圍，減少對設備、儀表的損壞。

(6)設置溫度報警。在三聚甲醛工序廢氣進焚燒爐前5m管線上增加溫度傳感器，并將數據傳輸至DCS系統，實現實時監控。通過建立和投用連鎖，一旦溫度超過70℃，DCS進行聲光報警，操作人員按照安全操作規程調整廢氣進入焚燒爐的燃燒工況，能夠提前預防回火現象的發生并及時消除相關的影響。

(7)增加穩流裝置。在廢氣管道上(水封槽后)增加蒸汽管道，管道上設置可遠程控制調節閥，提高廢氣管控的自動化程度。當廢氣流不穩時通過加入蒸汽穩定氣流，防止回火發生；在異常工況下，廢氣溫度升高時，必要情況下可打開蒸汽控制閥對廢氣進行稀釋、對管道降溫，防止回火發生。

4 結語

在廢氣焚燒裝置的運行過程中，回火情況主要發生在三聚甲醛工序廢氣系統。通過對廢氣回火原因進行分析，從而對廢氣系統進行全面改造，降低了廢氣中可燃物料的攜帶量，穩定了廢氣運行壓力，暢通了廢氣輸送管道，減少了物料損失和污水排放量，增加了廢氣管道監控、預警及降溫滅火裝置。不但從源頭上降低了廢氣發生回火的可能性，而且建立了極端情況下的廢氣應急處理系統，降低了焚燒裝置廢氣回火發生的可能性，提高了焚燒裝置運行安全性。經過近一年的運行，三聚甲醛廢氣系統未發生過回火現象，每月回收含物料水封液5t，根據其中的HCHO、TOX含量進行計算，年增加經濟效益9.43萬元。

[1]李文輝.含氧燃料氣安全性評估[J].石油化工設計技術，2004，25(2)：4-6.

[2]韓昭滄.燃料與燃燒[M].北京：冶金工業出版社，1984.

[3]王曉霞，陳志偉.火炬系統設計應注意的安全因素[J].化工設計，2010，20(6)：24-27.