沸石轉輪燜燃原因分析與應對措施探討

許柱 李寶榮 查浩 茅佳俊

摘? 要：沸石轉輪作為大風量、低濃度揮發性有機廢氣（VOCs）治理的關鍵設備，具有占地面積小、凈化效率高、使用壽命長等顯著特點，廣泛應用于涂裝、化工、半導體等行業。隨著沸石轉輪在國內外的大量使用，其技術已相對成熟、性能相對穩定，但轉輪燜燃問題時有發生，本文旨在對導致轉輪燜燃的常見原因進行分析，并提出在設備全生命周期有效避免轉輪燜燃的措施，以期為避免工程應用中的轉輪燜燃提供幫助。

關鍵詞：沸石轉輪? 燜燃? 原因分析? 應對措施

中圖分類號：U468? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）09（c）-0066-04

Abstract： As the key equipment for the treatment of large air volume and low concentration of volatile organic components （VOCs）， zeolite concentrator has the characteristics of small footprint， high purification efficiency and long service life. It is widely used in coating， chemical， semiconductor and other industries. With the extensive use of zeolite concentrator at home and abroad， the technology is relatively mature and the performance is relatively stable， but the problem of zeolite concentrator boiling occurs from time to time. This article aims to analyze the common causes and proposes measures to effectively avoid zeolite concentrator boiling during the entire life cycle of the equipment， with a view to providing help for avoiding the problem in engineering applications.

Key Words： Zeolite concentrator; Boiling; Reason; Solved measures

隨著揮發性有機廢氣（VOCs）治理的需求日益增加、標準日益嚴格，沸石轉輪作為一種高性能、高效率處理大風量、低濃度VOCs廢氣的濃縮設備，在汽車、船舶、化工、半導體、包裝印刷等行業取得了廣泛的應用[1-3]。經過幾十年的發展，沸石轉輪設備性能已相對穩定，但是燜燃問題時有發生，燜燃現象已成為沸石轉輪使用中較常發生的主要技術問題之一。本文將從沸石轉輪設備介紹、轉輪+燃燒主要工藝介紹、常見燜燃原因分析、有效避免燜燃措施分析四個方面對沸石轉輪的燜燃問題進行論述，以期對沸石轉輪燜燃問題的分析與預防提供幫助。

1? 沸石轉輪設備介紹

工業化應用廣泛的沸石轉輪主要分為盤式和筒式兩種，其功能區均分為吸附區、再生區、冷卻區，兩種沸石轉輪的最大處理風量一般均可達到200000m3/h。沸石轉輪設備在VOCs治理方面具有占地面積小、處理效率高等顯著特點。兩種沸石轉輪均有各自的特點，盤式轉輪在國內的應用較廣泛，尤其是汽車、半導體等行業;而筒式轉輪多為模塊化設計，沸石材料更換更為方便，較廣泛應用于醫藥、船舶等行業。

2? 轉輪+燃燒主要工藝介紹

對于不具備回收價值的大風量、低濃度VOCs廢氣，一般通過沸石轉輪濃縮為小風量、高濃度廢氣后進行燃燒處理，常用的燃燒方式包括蓄熱式熱力焚燒（RTO）、催化燃燒（CO）等，可根據不同工況選擇燃燒裝置與沸石轉輪設備聯用。在工程實踐中轉輪+燃燒工藝沸石轉輪脫附氣的加熱熱源往往來源于燃燒裝置的爐膛高溫氣，可通過高溫氣與轉輪冷卻氣混熱，或冷卻氣與高溫氣間接換熱實現脫附氣加熱到特定溫度（一般為200～220℃），并將脫附出的VOCs廢氣送入燃燒裝置焚燒處理。本文中選擇工程中普遍使用的盤式沸石轉輪+RTO工藝進行燜燃問題的論述，同時由于混熱方式加熱脫附氣更容易導致燜燃現象，將以混熱加熱脫附氣方式進行論述。

采用混熱加熱脫附方式的盤式沸石轉輪+RTO主要工藝過程描述如下：

（1）大風量、低濃度廢氣首先經過過濾系統中的過濾器，去除廢氣中的粉塵等顆粒物，排向沸石轉輪，廢氣中的VOCs被轉輪吸附，凈化后的氣體經煙囪達標排放。

（2）同時，以室外新鮮空氣作為冷卻風，冷卻脫附后的沸石轉輪，以便這部分區域降溫并恢復吸附能力。用于冷卻的這部分空氣在冷卻轉輪后，通過與RTO爐膛高溫氣混熱，達到脫附溫度后用于脫附區脫附VOCs，脫附后的氣體被送入RTO進行高溫焚化處理。

（3）脫附氣體經RTO引風機送入RTO風室，之后經蓄熱室中的蓄熱體吸附熱量后進入燃燒室進行高溫燃燒，達標后的廢氣經蓄熱室并將熱量蓄積在蓄熱體上，通過風室由RTO排風機排出。

上述系統設有轉輪廢氣入口壓力檢測、轉輪壓差檢測、轉輪轉動檢測、RTO入口氣體溫度檢測、RTO爐膛溫度檢測、RTO出口溫度檢測、冷卻氣出口溫度檢測、脫附入口溫度檢測、脫附出口溫度檢測、急停等功能，并具有數據記錄（停電記錄、溫度記錄、壓力記錄、轉輪故障記錄等）與報警功能。

3? 常見轉輪燜燃原因分析

轉輪自燃主要包括脫附區進氣側整面碳化、脫附區進氣側扇面形碳化兩種情況。對于整面碳化，往往是由脫附氣溫度過高或廢氣中含低燃點、低閃點物質，在轉輪正常連續轉動情況下導致;對于扇面形碳化，主要是在轉輪停止轉動情況下，脫附區殘留一定的高溫，轉輪表面積累的有機物質在高溫作用下產生氧化。整面碳化情況屬于系統運行時的連續作用，下文僅將轉輪停止轉動產生的扇面形碳化作為燜燃情況進行討論。

某轉輪燜燃情況如圖1所示。從圖中可以看出，燜燃區域呈扇面形分布，同時扇面中的碳化區域不規則，主要是由于脫附區是密封區域，含氧量不足，導致扇面非均勻性高溫碳化。對于轉輪燜燃的原因，有研究認為是轉輪表面某些物質具有一定催化作用，積聚在表面的有機物在其作用下產生緩慢氧化作用，達到一定溫度時產生燜燃[4-6]。

如上所述，導致燜燃一般須同時具備轉輪停止轉動、脫附區高溫、轉輪上有機物積聚三個條件，現將系統中導致這三個現象的原因分析、排查方法、應對措施列于表1中。

4? 有效避免燜燃措施分析

從3常見燜燃原因分析中，可見有效避免轉輪燜燃，應從項目前期資料收集、工藝設計、項目實施過程、項目運行維護等設備全壽命流程識別潛在危害因素，并通過有效措施予以避免。

在項目前期資料收集方面，應充分分析了解廢氣風量、成分、濃度等數據，為轉輪選型及設計提供依據，如廢氣成分中含有高沸點VOCs組分應通過活性炭吸附等前處理措施去除，以避免高沸點VOCs成分在轉輪上無法脫附。廢氣中VOCs濃度往往會波動，應充分分析、測試廢氣中VOCs濃度，為工藝設計提供依據。

工藝設計環節是避免轉輪燜燃極為重要的環節。首先應根據前期收集的資料選擇合適的預處理措施及合適規格的沸石轉輪，并設計適宜的濃縮倍數;其次，在脫附氣預熱方式的選擇上，盡量選擇換熱器間接換熱，并增旁通措施以便在脫附氣超溫情況下將爐膛高溫氣旁通;再次，通過增加脫附區入口氣體超溫保護、緊急斷電各閥門有效切斷等措施保證緊急條件下的轉輪安全;最后，在控制系統設計中盡可能多的保存數據記錄，在條件具備的情況下增加系統UPS斷電應急保護功能。

項目實施過程中，嚴格按照工藝設計與要求進行施工，禁止出現擅自更改工藝、不按要求設備選型、不按要求施工等情況，保證系統的高可靠性與穩定性。

項目運行使用過程是避免轉輪燜燃的另一個極為重要的環節。首先，應嚴格按照操作規程進行設備啟停，禁止急停、未達運行狀態強制運行等操作;其次，做好設備的日常運行、檢修與維護，設備異常時及時查找原因并排除問題，做好停電預告知制度，停電前及時停用設備;最后，做好數據記錄與保存，在發生燜燃情況時及時查找燜燃原因，并避免后續進一步燜燃。

5? 結語

沸石轉輪設備是一種具有較高價值的關鍵設備，其設備投資往往會占到整個工程項目投資的30%～ 40%，一旦設備損毀，輕則要更換設備局部，重則更換整套設備，甚至發生安全事故，造成不可估量的損失。因此，在轉輪選用過程中一定要在設備壽命全流程做好避免燜燃的應對措施。

參考文獻

[1] Ji， Y.; Yufeng C.; Limei C. Development and Field-Scale Optimization of a Honeycomb Zeolite Rotor Concentrator/Recuperative Oxidizer for the Abatement of Volatile Organic Carbons from Semiconductor Industry. Environ. Sci. Technol.， 2012，46（1）：441-446.

[2] 王毅.沸石轉輪+RTO工藝在低濃度VOCs廢氣治理中的應用[J].浙江化工，2020，51（2）：36-40.

[3] 韋征.沸石轉輪-催化氧化VOCs治理裝置在包裝印刷行業中的應用[J].上海化工，2019，44（9）：22-26.

[4] 薛明英，李志杰，孫琢，等.基于A3思維解決涂裝車間沸石轉輪燜燃事故[J].現代涂料與涂裝，2018，21（6）：51-54，57.

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[6] 付篤，楊曉春，嚴晨圓，等.沸石轉輪系統燜燒風險防控[J].科技創新導報，2016（31）：27-31.

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