轉輪/RTO直接燃燒VOCs廢氣治理中電氣設計存在的問題及對策

文_陳曉雷 福建龍凈環保股份有限公司

1 轉輪/蓄熱式（RTO）廢氣治理工程中電氣設計存在的問題

1.1 超溫保護程序不完善

轉輪是VOCs濃縮裝置中的核心部件，由耐熱、耐溶劑性的密封材料分割成3個區域，連續運轉處理時，有三種不同風量、不同溫度的氣體同時通過，其中包含用于再生的高達180～220℃的高溫氣體。當轉輪在高溫脫附時，若設備異常緊急停車，未經過冷卻的孔道中，聚集的VOCs會和殘留的氧氣發生催化反應，放熱形成燜燃，最終釀成火災。目前轉輪控制主要采用PLC程序自動保護：當轉輪內部溫度超高時，PLC將進入停機降溫程序，利用吸附風對轉輪進行冷卻降溫。然而一旦PLC程序失控，高溫可能會進入核心設備，導致轉輪內部溫度超高致使燒毀，存在設備的安全隱患。

1.2 儀表、連鎖設施和控制不到位

RTO設備的穩定運行離不開風機變頻器、控制儀表、設備檢測元件、執行機構等設備的正常運行，同時也包括燃燒室溫度與燃燒器連鎖控制、各組閥門之間的連鎖定時切換、燃燒室的壓力與風機的連鎖、閥門故障連鎖保護、系統斷電的連鎖保護等。RTO設備電氣控制的難度顯而易見。

壓縮空氣作為RTO運行必須資源，維持各閥組的正常運行。當壓縮空氣故障時，現有程序主要由PLC程序立即執行緊急停機，關閉高溫取熱閥，使RTO處于封閉靜置狀態，自然冷卻。但未考慮到一旦壓縮空氣的壓力過低時，RTO切換閥門無法及時動作到位，而脫附系統風機仍然運行，RTO爐膛內部的高溫熱量無法排除，存在內部壓力過高泄爆危險。另外，RTO在正常工作狀態時溫度高達800℃，當出現廠區意外停電時，缺少備用電源情況下，PLC無法給執行設備輸出保護指令，也會使RTO和催化燃燒室處于危險狀態。

1.3 自動化程度不夠

雖然目前的電氣自動化程度已經很高，但還是存在有個別操作還沒有實現自動化。當RTO設備運行出現故障或者設備必要參數不達標，工作人員無法第一時間獲取信息、采取有效措施處理。如燃燒機的點火是RTO運行控制中不可忽視的一部分，燃燒機點火過程中連續點火失敗，燃燒機口將會存積大量天然氣，再次點火將會引起燃燒機口悶爆的危險。現有程序反應是當檢測到燃燒機點火失敗后，PLC將進入停機降溫程序，需要依賴人工進行復位重啟。

2 電氣優化策略

2.1 完善超溫保護機制

為了防止高溫氣體對轉輪吸附材料的損毀，在原本單由PLC模塊保護轉輪的基礎上增加外部硬件實現雙重保護。轉輪配置一臺消防閥和一根帶開關量輸出觸點的溫度計，消防閥安裝在轉輪外殼頂部，介質采用氮氣做消防措施。當轉輪脫附溫度達到報警設定值250℃時：關閉燃燒機加熱系統，程序自動進入停機降溫；當轉輪脫附溫度達到報警設定值280℃時：關閉吸附閥門，停止吸附風機，防止轉輪空氣流通；當轉輪脫附溫度達到報警設定值300℃時：溫度計自帶觸點吸合，打開消防閥，氮氣灌入轉輪降溫；PLC發出指令打開消防閥，氮氣灌入轉輪降溫。

針對RTO過來的熱源，在混流器出口至轉輪脫附區域段，新增一臺開關量F3截止閥門（圖1），在脫附入口管道增加配置一根帶開關觸點的限溫熱電阻。當F1高溫取熱閥出現故障后，PLC程序進入停機降溫，停止燃燒機，關閉F3截止閥門，F2新風閥打開，利用新鮮空氣對RTO冷卻降溫。或當脫附溫度超過300℃時，觸點吸合，關閉F3截止閥。

圖1 某工程項目轉輪+RTO工藝優化后原理圖

2.2 優化電氣配置

增加電氣模塊，提高自動化水平。在燃燒機控制器的配置上增加“遠程復位模塊”，當檢測到點火失敗信號后，PLC會對遠程復位模塊執行一次復位輸出指令，燃燒機控制器得到指令后將會再次執行一次點火動作，如果連續點火失敗次數大于5次，PLC將進入停機降溫程序：自動停止加熱系統，脫附管道閥門關閉，新風閥打開。

增加連鎖控制，保證異常停機是閥門的正常動作。配置容量不小于1m3的儲氣罐，供氣給RTO切換閥組和其它氣動閥門。當前檢測到儲氣罐前端氣壓低故障信號后，儲氣罐仍然可以保證RTO切換閥組能夠在一定時間內正常動作。程序將進入停機降溫：自動停止加熱系統，脫附管道閥門關閉，新風閥打開；降溫20min后，如果仍然檢測到氣壓低故障，程序將進入緊急停機：自動停止加熱系統，停止脫附系統風機，RTO切換閥組全部關閉。防止因壓縮空氣的壓力過低時，RTO切換閥門無法及時動作到位，導致RTO爐膛高溫熱量下泄至氣缸提升閥處，損壞RTO切換閥氣缸連桿執行器件、RTO下部外殼及保溫材料。

加強保證控制系統正常運行的措施。配置容量不小于6kVA的UPS存儲電源，供電于PLC控制系統和外排系統，當檢測到停電信號后，程序進入緊急停機，自動停止燃燒器，停止脫附系統風機，RTO切換閥組全部關閉，RTO處于靜置冷卻狀態；系統的外排閥門由UPS電源供電強制打開狀態；無外排閥系統的設備強制打開吸附管道的相關閥門，保證生產車間通風順暢。UPS電源在廠區意外停電后，可以維持PLC控制系統一段時間。PLC程序可以輸出保護動作指令，HMI系統仍然可以監視設備儀器狀態，幫助操作員做出反應判斷。

2.3 建立無線遠程監控

對觸摸屏進行更新換代，選擇帶有手機軟件的觸摸屏，運用手機App與現場觸摸屏進行連接，實現在手機上實時監控設備的運行情況。或者利用Android手機平臺和C#服務器網絡通訊對廢氣治理設備電氣控制進行遠程無線測控。

3 應用實例

福建省某機械公司主要生產工程機械和建筑機械，需要對噴漆車間30萬m3/h噴漆廢氣和烘干車間2萬m3/h烘干廢氣進行處理。本項目采用“分子篩轉輪/RTO”組合技術綜合治理VOCs廢氣。結合上述電氣設計的優化策略，項目治理系統已經穩定運行兩年未出現事故；凈化后尾氣檢測穩定達標，遠遠低于《工業涂裝工序揮發性有機物排放標準》規定指標，如表1所示。

表1 福建省某機械公司涂裝廢氣治理尾氣檢測結果

4 結語

有機廢氣處理工程中的電氣設計工作的開展實施對整個治理項目的設計質量和效率有極其重要的影響及作用。通過對轉輪/RTO有機廢氣治理工藝中的電氣問題的梳理和相應對策的總結，能夠有效減少工程事故的發生，保證廢氣治理設備的持續穩定運行。