蓄熱式燃燒技術在有機廢氣處理項目的應用

吳桂平

（福建龍凈環保股份有限公司 福建龍巖 364000）

0 引言

隨著科學技術的進步、工業生產的發展和人民生活水平的提高，產品和工業設備的質量也發生了變化［1］。產品不僅需要具備耐腐蝕性和耐久性，而且還需要有易清潔、富有美感的外觀。因此，目前噴涂和印刷技術已廣泛應用于各種制造業，但在噴涂和印刷生產過程中都會釋放大量的揮發性有機物。揮發性有機物會引發嚴重的大氣光化學污染，加劇溫室效應，造成極大的環境危害，對人體健康、農作物生長等均會造成嚴重損害［2］，揮發性有機物的處理已經迫在眉睫。

1 有機廢氣處理工藝簡介

有機廢氣污染物種類繁多，特性各異，因此相應采用的治理方法也各不相同，常用的有：吸附法、冷凝法、吸收法、生物法、催化燃燒法和高溫燃燒法等［3］；近年來國內外也發展出一些新的工藝技術，如生物法、低溫等離子法等，表1 是對常用治理工藝作簡要的對比介紹。

表1 常用治理工藝比較表

2 設備設計

2.1 項目的概況

本項目屬于我國某汽車公司涂裝車間噴漆廢氣處理裝置，經處理后的噴漆廢氣排放濃度要求≤20 mg/Nm3。噴漆廢氣主要參數見表2。

表2 項目廢氣主要參數表

2.2 設備選型

根據以往項目經驗及甲方提供的資料整理計算結果，甲方車間排風量大（40 萬m3/h），濃度低（≤200 mg/m3），故不適合單獨使用活性炭吸附、生物法、蓄熱式燃燒（RTO）、蓄熱催化燃燒（RCO）、催化燃燒（CO）等處理工藝。本項目適用組合工藝，將大風量低濃度廢氣通過濃縮，轉變為小風量高濃度廢氣進行治理。因此該廢氣處理系統擬采用沸石轉輪吸附濃縮+蓄熱式燃燒工藝。

2.3 蓄熱式燃燒系統的設計

RTO 設計主要參數見表3。

表3 RTO 設計主要參數表

RTO 主要設計單元有：

（1）蓄熱室、燃燒室。燃燒室殼體采用整體波紋板加強筋結構，殼體密封性能良好、強度高，殼體厚度選用6 mm 碳鋼。蓄熱室內安裝有爐柵和蓄熱體［4］。爐柵采用焊接格柵，材質為304 不銹鋼。蓄熱室設置2 個檢修門（口）和觀察口。

（2）下室體（進出風道）。RTO 進出風道采用整體式結構，切換閥門置于風道內部。下室體外部做100 mm 外保溫，并用鍍鋅波紋板包覆，采用Y 型布風結構與上室體進行對接，下室體連接風道方便檢修及維護人員進出。RTO 整體外觀無加強筋，確保設備美觀。

（3）陶瓷蓄熱體。蓄熱體采用分層蜂窩陶瓷蓄熱體，耐溫1 200 ℃。其優點是比表面積大、阻力小、熱熔大、耐酸耐堿性能良好、抗壓強度大于0.4 MPa、膨脹系數小、壽命長［5］。陶瓷規格為150 mm×150 mm×150 mm。

（4）保溫材料。蓄熱室、燃燒室內襯陶瓷纖維耐火材料，保溫層厚度為300 mm，確保爐體外表面陰面（太陽光未直射的面）溫度不大于環境溫度+25 ℃（過橋連接部分除外）。保溫材料耐溫1 250 ℃。

（5）燃燒系統。燃燒室內設置1 臺天然氣燃燒器，燃燒器為進口元件，由程序控制器、UV 火焰探測器、高壓點火器、比例調節閥、燒嘴、管路閥門、助燃風機等組成。

（6）切換閥。RTO 的風向切換閥性能的好壞對RTO 設備的運行影響非常大，因此，系統所用切換閥全部采用氣動提升閥，閥門動作可靠、扭矩大、泄露量小、壽命長（可達100 萬次以上），運行可靠。閥盤材料采用304 不銹鋼，軸端密封采用石墨盤根，并采用壓縮空氣氣密系統，確保閥門軸端無廢氣泄露，耐溫200 ℃以上。閥門采用三疊片設計，閥盤直徑選擇1 300 mm。切換閥的氣動執行機構每個配置1 套氣動三聯件，起清洗過濾調節壓力作用，安全高效。另外，為了保證每個切換閥的氣源穩定，專門給該RTO 系統設計了1 個1.5 m3的壓縮空氣罐和壓縮空氣分氣罐，壓縮空氣分氣罐實物見圖1。

圖1 壓縮空氣分氣罐實物圖

通過切換閥組的切換，改變廢氣進出蓄熱床層的方向，完成陶瓷蓄熱體蓄熱和放熱的交替轉換，實現將絕大部分熱量截留在RTO 設備內部的功能。此外，通過對原進氣床層進行的吹掃工作，將蓄熱陶瓷內殘留的廢氣吹掃進入燃燒室，以提高RTO 設備的凈化效率［6］。A/B/C 三床共9 個氣動切換閥（含3個吹掃閥）自動切換，切換周期1 min～3 min，由理論計算和實際調試的時間來控制。為保證安全，設定出口溫度最高限值，若出氣溫度超過設定值，則閥門強制切換。閥門切換次序如表4 所示。

表4 RTO 蓄熱床層工作切換次序周期表

2.4 RTO 運行模式設計

（1）冷啟動預熱過程。首先切斷閥保持關閉，開啟新風閥，啟動RTO 主風機（低速運轉），新鮮空氣清掃RTO 設備內部有機廢氣和燃料，避免點火時發生爆炸。清掃過程自動切換閥門，保證每個床層和管道都被徹底清吹，吹掃過程持續5 min以上。清掃結束后，PLC 自動控制燃燒機點火，保證燃燒機在規定次數內（一般為4 次）母火點火成功，否則停機報警。燃燒機母火點火成功后，自動對RTO 進行預熱，燃燒室和蓄熱陶瓷床溫度逐漸升高，2 h～3 h 后，燃燒室和蓄熱床層達到運行所需狀態，預熱過程結束。

預熱結束后，新風閥根據后端燃燒室溫度自動調節，前端脫附風機及相應閥門打開，RTO 燃燒室引出一小股熱風進入高溫換熱箱，與脫附空氣混合至180 ℃～220 ℃左右（熱風調節閥為電動模擬量風閥，根據溫度自動調整開度），對轉輪的脫附區進行脫附再生，RTO 系統進入正常運行狀態。

（2）正常運行狀態。正常運行過程中，RTO 內部溫度通過燃燒機比例馬達以及前端稀釋風閥的開度進行調節。廢氣經過陶瓷蓄熱體被逐漸預熱至其自燃溫度，在燃燒室內發生氧化反應生成CO2和H2O，并放出大量熱量。熱風經由另一蓄熱床外排時，熱量被截留在蓄熱床層內，以用于下一周期進氣預熱。當有機廢氣濃度提供的熱量達到自持燃燒狀態時，有機物氧化產生的熱量能夠維持爐膛燃燒溫度，則無需開啟燃燒器加熱。RTO 爐膛溫度通過多根高溫熱點偶進行實時監控，運行過程PLC 程序通過自動調節燃氣調節比和相關閥門控制爐膛溫度的穩定。

（3）RTO 節能模式。當甲方生產暫停，或遇其他特殊情況需短時間停止RTO 系統時，系統執行待機程序進入待機狀態：切斷閥關閉，不引入廢氣，新風閥打開，切換閥組同正常運行狀態，RTO 風機自動降頻進入低速運轉，燃燒加熱系統低負荷運轉，保持RTO 氧化室內的溫度在設定值（略低于正常運行溫度，可調）。

當RTO 系統從待機狀態恢復正常運行時：燃燒器對氧化室進行加熱至正常運行溫度，切斷閥打開，新風閥關閉，RTO風機正常運轉，系統恢復至正常運行狀態，對轉輪進行脫附再生。

（4）RTO 停機降溫狀態。當RTO 正常停機或故障停機時：切斷閥關閉，不引入廢氣，新風閥完全打開，燃燒加熱系統關閉，切換閥組同正常運行狀態，主風機降頻運轉。當燃燒室內溫度降到設定值（一般為200 ℃，可調），RTO 主風機停止運轉，切換閥組停止運轉。

3 調試運行方案

3.1 調試應具備的條件

RTO 調試應具備的條件：①系統內設備已安裝完畢并通過驗收；②各設備電氣回路試驗完畢，具備啟動條件；③電氣回路試驗完畢，絕緣合格；④各熱工儀表校驗完畢，具備使用條件。

3.2 RTO 調試內容及步驟

RTO 調試內容及步驟：①檢查RTO 主體設備和煙風道清理干凈無雜物；②記錄各項參數；③各項通電動作檢查試驗；④聯鎖保護試驗；⑤檢查各設備的啟?？刂祈樞?；⑥檢查各煙氣擋板的開關符合設計要求；⑦檢查各煙氣行程及報警信號符合設計要求；⑧檢查試驗各順控步序正確無誤，符合要求；⑨填寫記錄聯鎖保護卡。

安全注意事項：①在調試前應進行安全技術措施交底工作；②在擋板試驗時確定煙道已清理干凈，防止夾傷；③設立警戒、隔離區域或制定臨時措施；④如遇緊急情況，要注意保護人身、設備安全。

4 效果分析

該項目設備投運3 個月后，經過第三方檢測單位測試，設備檢測結果如表5。

表5 RTO 運行數據測試表

由以上設備投運后測試結果可以得知，除了第6 次取樣結果效率比較臨界以外，其余都達到了≥99%處理效率的設計要求。分析其原因是第6 次取樣時剛好處于切換閥切換的時間段內，由于閥門內泄露導致暫時出現1 個排放峰值。

5 結語

處理有機廢氣的方法有很多，RTO 技術是眾多處理工藝中的1 種。針對該項目生產廢氣風量大、濃度低的具體情況，選擇合適的廢氣處理工藝，主要從選型、設計源頭對RTO 系統的各類問題進行控制，最終嚴格控制RTO 后廢氣的排放，防止有機廢氣超標，保護大氣環境，也對同類型的工程應用具有指導意義。