蓄熱式燃燒爐RTO產品的安全設計

劉清波

【摘? 要】蓄熱式燃燒爐RTO是一種用于處理有機廢氣處理的高溫燃燒裝置，廣泛應用于電子、噴涂、印刷、化工等行業。RTO正常運行時內部溫度可高達850℃，存在設備超溫甚至爆炸的風險，為保證RTO設備能夠安全、穩定運行主要從工藝路線設計、電氣自動控制、機械結構設計三個方面保證產品安全性。目前我司在工程實踐中RTO產品已經成功應用過數十套案例，安全事故方面一直是零投訴，現場運行狀況良好。

【關鍵詞】RTO;蓄熱;燃燒;提升閥;VOCs

引言

近些年國內時有RTO設備爆炸或自燃的新聞爆出，給業主造成巨大的財產損失，甚至威脅到現場工人的人身安全。我司在研發蓄熱式燃燒爐設備時，一直把設備安全放在首位，只有在安全運行的前提下才能創造社會價值。安全事故要以預防為主，本文主要從以下三方面著手，把安全隱患扼殺在搖籃里。

（1）合理的工藝線路設計。（2）合理的電氣自動化設計。（3）合理的機械結構設計。

1.RTO設備簡述

在實際工程案例中VOCs處理方式主要有催化燃燒、直接燃燒和蓄熱式燃燒。RTO屬于蓄熱式燃燒法，對比催化燃燒和直接燃燒法具有更高的處理率和熱回收效率，VOCs的去除率可達98%以上，熱回收效率高達（90%以上），是目前主推的處理工藝。

RTO更適用于小風量，中、高濃度有機廢氣的處理，利用廢棄燃燒產生的熱量維持所需溫度，減少燃燒器加熱的需要，降低運行成本。實際項目中一般通過活性炭吸附和解吸以及沸石轉爐濃縮裝置將低濃度的有機廢氣轉化為中濃度和高濃度有機廢氣，以提高燃燒效率。

RTO有兩室、三室和多室，兩室RTO對管道壓力造成的波動較大，且處理效率低，多室RTO適用于風量較大的情況，本文以三室RTO為例講述蓄熱式燃燒爐的處理工藝。

產品原理圖如圖1：

主要工作原理是利用高溫（850℃）使把由工廠收集來的廢氣氧化分解成水和二氧化碳。首先廢氣通過廢氣風機后從蓄熱室1被預熱后進入燃燒室，此時廢氣被氧化分解，然后從蓄熱室2排出凈化空氣，此時蓄熱室2被預熱，同時吹掃空氣對蓄熱室3進行吹掃。然后通過提升閥切換，廢氣從蓄熱室2進入燃燒室從蓄熱室3排出，此時蓄熱室1進行吹掃。最后再通過提升閥切換，廢氣從蓄熱室3進入燃燒室從蓄熱室1排出，此時蓄熱室2精心吹掃。如此不斷重復上面三個過程，廢氣就源源不斷的被凈化成可以直接排放的凈化空氣了。

2.工藝線路安全設計

RTO設備一般不單獨使用，需要和周邊設備配套使用，一是能提高VOCS處理效率，二是提高設備安全性。常用的方式是采用多級過濾+轉輪濃縮+RTO。

（1）多級過濾設計。采用絲網（如圖2）過濾，廢氣經過絲網后能去除其中的漆霧液滴。

絲網過濾段采用100目金屬網過濾器。該過濾器不僅用于工業上，在空氣通風或空調。

進氣設備中也是最經濟最方便的解決方法。機械過濾，是用多層的擴張不銹鋼紡織網為過濾網的專用材料，經轉壓成波浪形，以正確的角度彼此交叉疊合排列。空氣通過絲網目時氣流會不斷改變方向，并且氣流阻力低，當絲網前后壓力增加到設定值時可以拆下來水洗或者更換新的絲網。不論是鋁質濾網或不銹鋼濾網，均具安全、堅固、耐高溫的特性，且容易清洗及保養，長期使用更可降低濾網使用成本。

采用G4、F7過濾去除廢氣中的顆粒物，避免RTO內部蓄熱轉阻塞，造成排氣不暢導致設備升溫、爆炸等，實物如圖3。

采用進口聚酯纖維材料制成，纖維材料整體波浪狀分布，內有有金屬絲加固，外有金屬邊框加固。保證迎面吹過來的風不至于破壞濾材，增加濾材的使用壽命，波浪狀分布還增加了濾材的韌性和容塵量。

（2）轉輪濃縮。在引風機牽引下，廢氣經過前端過濾后過濾掉廢氣成分中含有的大顆粒物質進入轉輪系統。轉輪被分成12個分區，其中冷卻區和脫附區各占1/12，剩余部分為吸附區。經過預處理的廢氣分別進入各自轉輪的處理區進行吸附過程，達標廢氣經煙囪排放，吸附于濃縮轉輪中的有機廢氣VOC，在再生區經高溫空氣處理而被脫附，濃縮到15-25倍的程度。濃縮風機流量為排風量的1/25-1/15。脫附下來的高濃度小風量廢氣接入RTO進行焚燒處理。轉輪濃縮原理圖如圖4：

（3）RTO設計。經過前段過濾和濃縮后的高濃度廢氣進入RTO設備，根據廢氣成分查出各個組分高溫裂解所需要的最高溫度，此溫度即為燃燒室正常運行需要保持的溫度，一般在850℃上下，經過計算得出廢氣的平均熱值，根據廢氣從常溫升至850℃所需要的熱量計算出濃縮后進入RTO的最高濃度，如果濃度過高，則RTO內溫度一定會有超溫、爆炸風險。同時廢氣濃度也不宜過低，過低會增加天然氣提供額外的能量，很不經濟。RTO內部結構圖如圖5。

（4）其他安全設計。若果廢氣中含低沸點VOCs可采用冷凝回收，水溶性強的氣體成分采用填料塔洗滌處理，對高濃度氣體設置緩沖罐并補新風。設備、管道接地處理，廢氣管道入口加新風閥等等。

3.電氣安全設計

3.1 LEL檢測裝置

LEL檢測裝置一般安裝在廢氣進入系統前端的管道上，配合連鎖報警裝置，提醒工作人員對設備進行安全管理，當濃度高于某一設定值時，觸發聲光報警提醒工作人員。當濃度高于某一危險值時，會觸發聲光報警，并自動切斷廢氣和燃料供給管道，同時打開應急排放閥門，此時設備進入緊急狀態。

3.2溫度在線監測

在RTO燃燒室指定位置安裝熱電偶，用于實時監測燃燒室溫度。配合連鎖報警裝置，提醒工作人員對設備進行安全管理，當溫度高于某一設定值時，觸發聲光報警提醒工作人員。當濃度高于某一危險值時，會觸發聲光報警，并自動切斷廢氣和燃料供給管道，同時打開應急排放閥門，避免爐內超溫。此時設備進入緊急狀態。。

3.3壓力在線監測設計

在RTO進出口安裝壓差變送器，用于實時監測進出口的壓差，配合連鎖報警裝置，提醒工作人員對設備進行安全管理，當壓差高于某一設定值時，觸發聲光報警提醒工作人員。當壓差高于某一危險值時，會觸發聲光報警，并自動切斷廢氣和燃料供給管道，同時打開應急排放閥門，此時設備進入緊急狀態。

3.4其他連鎖裝置設計

燃燒室溫度與新風閥連鎖、蓄熱式下部超溫停爐連鎖、排煙溫度超溫停爐連鎖、RTO主風機變頻故障停爐連鎖、燃燒器故障停爐連鎖等，多個連鎖裝置的設置確保RTO爐安全、穩定的運行。

4.機械結構設計

4.1阻火閥設計

阻火器的作用主要是防止火焰通過管道傳至生產車間，影響到正常的安全生產。阻火器一般安裝在廢氣進入RTO設備之前的管道上。為了保證阻火器的阻火效果，定期需要對阻火器進行檢查，清洗阻火芯件。若阻火芯件使用時間過長（超過兩年），損壞了需及時更換新的阻火芯件。阻火器實物如圖6。

4.2應急排放閥設計

應急排放閥安裝在RTO燃燒室旁通管道上，當RTO燃燒室內部超溫，采取相應措施后溫度還繼續上升的情況下，會自動打開，此時排放出的氣體溫度一般會高于850攝氏度。這就要求閥門材質必須耐高溫。這種閥門一般采用蝶閥形式，蝶閥閥板材質RA330合金鋼，配合優秀的執行器，在緊急情況下觸發會保證設備的運行安全。高溫閥結構如圖7。

4.3泄爆裝置設計

泄爆片是一種能在指定壓力和溫度下自動爆破的安裝裝置，一般安裝在RTO燃燒室頂部位置。在RTO燃燒室出現急速升溫，并且在其他各種降溫降壓措施都無效時的極端情況下才會起觸發。

泄爆片安全裝置結構簡單，只需一個簡單的加持元件即可安裝，成本低，泄爆效果明顯，耐高溫、耐腐蝕，在RTO設備上廣泛應用。泄爆片實物見圖8。

4.4隔熱防護設計

燃燒室和蓄熱室采取隔熱防護，采用防火的陶瓷纖維加熱鍍鋅鋼板覆蓋層，內層保溫的厚度取決于內外溫度差，一般要保溫廠家根據溫度差計算所需要的保溫厚度。一般要求鋼板外表面陰面（太陽光未直射的面）溫度不得高于周圍環境溫度15℃，整個設備外表面溫度低于60℃;所有隔熱層折疊并捻縫，以防風雨影響。實物見圖9。

下實體（如圖10）提升閥部分由于溫度較低一般在100度左右，切下實體空間狹小，結構相對復雜，所以在下實體外部保溫，在保證安全的情況下大大降低設備制造難度和成本，所有VOC內部處理風管采用密度100kg/m?，厚度100～150mm的巖棉進行保溫，保溫材料需采用整塊完整的材料，不允許使用零碎材料拼接，保溫材料需要確保固定可靠，保溫棉做好固定以及連接，不允許出現保溫棉下墜等情形。

5.總結

圖11是某廢氣處理項目現場的RTO設備實績案例，屬于印刷包裝行業，對設備安全要求較高。我司針對該項目從以上幾個方面著手對此項目完成針對性方案設計，該項目已經持續兩年安全、平穩運行，被公司評定為行業標桿項目，也得到了業主的一致好評。安全無小事，多年來自己一直秉持安全第一、預防為主的理念，只有平時多積累、多學習、多思考、多總結，才能做好產品設計，做到防患于未然。工藝、機械、電氣三方面都做好相應的安全設計，三者相輔相成、缺一不可，只有這樣RTO設備的安全運行才能做到萬無一失。

參考文獻

[1]羅國民蓄熱式高溫空氣燃燒技術[M].

[2]郭志強，劉鐵鎖.汽車涂裝車間廢氣處理系統選型技術要求[J].現代涂料與涂裝，2017（5）.

[3]姚春權，鐘世華，鐘才粦.RTO旋轉單元失效輔助裝置[J].印制電路信息2016（7）：59-60.