RTO蓄熱式焚燒爐在VOCs治理中的應用

夏茂勝

（唐山開灤炭素化工有限公司，河北唐山 063000）

VOCs是形成PM2.5和臭氧的重要前體物質，對人體健康和大氣環境危害極大，它的治理也是國內空氣污染防治的重點和難點。國家及各省近期出臺了一系列的相關政策和法規來治理VOCs，如《重點區域大氣污染防治“十二五”規劃》《揮發性有機物（VOCs）污染防治技術政策》《重點行業揮發性有機物削減行動計劃》《揮發性有機物排污收費試點辦法》等。

1 河北省VOCs污染物主要來源及治理方案

河北省揮發性有機物主要來源包括煉焦、石油煉制、石油化學、醫藥生產、有機化工、鋼鐵冶煉、木材加工、家具制造、交通運輸設備制造、涂裝、印刷包裝等行業，以及餐飲油煙、服裝干洗、汽車修理等生活服務行業也是VOCs污染源的制造者。

根據河北省重點行業揮發性有機物達標治理工作方案的明確內容，對重點行業VOCs達標排放限期實施治理，實現河北省內重點行業VOCs排放總量明顯減少、穩定達標，使空氣質量有效持續改善。該方案明確指出，未按時完成治理任務，不能實現達標排放的企業，一律停產，待治理達到要求標準后方可恢復生產，即治理后需達到《工業企業揮發性有機物排放控制標準》（DB 13/2322—2016）要求。

2 RTO蓄熱式焚燒爐簡介

2.1 技術簡介

采用焚燒方法處理工業廢氣已經有100多年的歷史，在20世紀70年代已發展成為回收熱量效率較高的蓄熱式有機廢氣焚燒爐，英文縮寫簡稱RTO，由于其安全、節能、高效等優點，在國內工業VOCs治理案例受到一致的認可和好評。RTO的工作原理：將風機吸引的機廢氣經預熱到750℃左右，在燃燒室內升溫到800℃以上，使VOCs 氧化分解成為二氧化碳和水；氧化燃燒時的高溫氣體熱量通過蓄熱體貯存起來，新進入的廢氣通過此熱量預熱，節省了升溫所需的燃料消耗，從而降低了實際運行成本。

RTO主體結構由燃燒室、蓄熱室填料床和切換閥等組成。其中的蓄熱材料的直接換熱，適用于含有腐蝕性、成分復雜、對催化劑有損害的風量大、濃度低的VOCs治理，也適用需要較高溫氧化燃燒才能消除氣味的臭味廢氣。該裝置工藝先進，運行穩定，成本低，整個系統采用PLC自動控制。主要設備介紹如下。

（1）燃燒室

燃燒室用于蓄熱焚燒生產過程產生的有機廢氣，廢氣經過蓄熱室后溫度達到750℃左右，在助燃條件下使燃燒溫度維持在 800℃以上，廢氣在燃燒室中所含有機物得到充分分解燃燒。

主要優點為：①爐內燃燒按溫度、時間、渦流的調整設計，使有機廢氣在燃燒室內充分氧化燃燒，爐膛結構選用文丘里式，充分燃燒不會出現偏流和死角現象，有機廢氣去除率達99%以上。②爐內設有火檢設備，啟動前易爆氣體不排除就不能實現點火功能，防止爆燃，一旦發生爐內熄火或點火失敗，廢氣供給自動切斷，中控頁面立即報警，安全可靠。③防爆門泄壓及時，重量輕，隔熱好，更安全等優點。④設備結構簡單，易于維修，并降低了運行成本。⑤一般爐膛溫度800℃以上 燃燒效率≥99%燃燒室材質：外殼 Q235-B 板厚 5mm 型鋼加固，內襯300mm耐溫1 200℃硅酸鋁纖維模塊，部分高溫區內襯300mm耐溫1 400℃以上硅酸鋁纖維模塊，模塊外表面涂敷高溫抹面。

（2）蓄熱式陶瓷填料

蓄熱室的作用通過蓄熱陶瓷體存儲部分熱量，預熱下一個循環來的廢氣，提高氧化燃燒時間和效率，甚至直接引燃風機引進的廢氣，明顯節約了燃料。蓄熱室蓄熱體底部鋪設鞍環用于均布廢氣謹防發生廢氣偏流現象，鞍環填料采用LANTEC 產品。

（3）氣動切換閥

RTO設備選用氣動撲克式結構的閥門，其優點是泄漏量小，壽命長，啟閉迅速（≤1s），保證其可靠運行。一般采用三通閥為撲克式結構，通過控制不銹鋼閥板與密封圈接觸從而實現閥門的啟閉，該閥門具有啟閉迅速，泄漏量小，壽命長，密封圈更換方便等特點。

（4）爐體保溫材料

燃燒室采用 300mm 硅酸鋁纖維模塊保溫隔熱，部分高溫區內襯 300mm 耐溫1 400℃硅酸鋁纖維模塊，蓄熱室采用 280mm 硅酸鋁纖維模塊保溫隔熱，室體溫升不高于 15℃，模塊耐溫 1 200℃以上，模塊內設置耐熱不銹鋼骨架。

（5）焚燒爐燃燒器

該燃燒器比例調節為連續式，調節范圍在1～30，點火壓力高，適用范圍廣，可根據焚燒爐膛溫變自動調節閥門開度，燃燒穩定，又節省了燃料。

（6）廢氣引風機

風機選用帶變頻器設置，通過廢氣管道內的壓力變化自動調節開度控制廢氣進入量，主要優點是安全、節能、噪聲小。

（7）煙囪

煙囪根據《煙囪設計規范》GB 50051—2013 進行標準化設計，結合排放限值，高度 25 m。固定裝置采用自立式煙囪。

2.2 裝置優點

①操作費用低，超低燃料費。有機廢氣濃度在2 000mg/L以上時，RTO裝置基本不需添加輔助燃料。②幾乎可以處理所有含有機化合物的廢氣，可以適應有機廢氣中VOC的組成和濃度的變化、波動。③安全可靠，一旦無火焰或者燃燒器熄滅時，電磁閥將自動切斷燃料廢氣進氣管線，防止發生不安全狀況。④爐內燃燒按溫度、時間、渦流的調整設計，使有機廢氣在燃燒室內充分氧化燃燒，爐膛結構選用文丘里氏，充分燃燒不會出現偏流和死角現象，有機廢氣去除率達99%以上。⑤有機沉淀物可周期性清除，蓄熱體可更換。⑥設備簡化，易于維修，運行成本低。

2.3 工藝流程

以三廂室蓄熱焚燒爐為例，一個焚燒爐膛，三個陶瓷蓄熱體，分別為1、2、3三室。通過三個氣動撲克閥切換，達到能量回收節能凈化的效果。首選有機廢氣進入被上一個循環預熱蓄熱室1 的陶瓷介質層，吸收1陶瓷釋放熱量，從而使進入的機廢氣吸收熱量溫度升高，然后被預熱的廢氣離開蓄熱室進入氧化燃燒室。在氧化室中，廢氣被按原設定的溫度徹底焚燒生成CO2和H2O。有機廢氣進入氧化燃燒室前已被蓄熱室內預熱，故極大減少了燃燒器的燃料用量。氧化燃燒室可保證有機廢氣達到設計的燃燒溫度，同時可以保證有機廢氣停留時間以確保廢氣的充分燃燒分解。廢氣在氧化室內經充分燃燒分解凈化后變為高溫氣體進入蓄熱室2，在經爐外煙筒直排。一般排氣溫度在100℃以下。完成次循環后，進出氣閥門進行切換，有機廢氣自蓄熱室2進，蓄熱室3排出，從而蓄熱室3 吸收儲蓄了能量，供下一個循環吸收。按此種情況循環，蓄熱陶瓷體的能量皆被下一個循環的廢氣吸收預熱，從而達到了凈化節能的效果。

兩個循環的交替換向時間與氧化室燃燒的設計溫度以及蓄熱陶瓷體的厚度有關。一般在蓄熱體即將達到飽和時進行換向可獲得最佳換向時間，此時不僅熱回收效率高，且預熱溫度波動較小，燃燒更穩定。在設計中，考慮到蓄熱填料的型式、規格等因素，取換向時間 一般在2min左右。

2.4 對VOCs焚燒效果

以一套30萬t/a煤焦油加工裝置VOCs處理為例。全廠區有機廢氣（VOCs）一般先經各工段的煙氣洗滌系統進行初期洗滌回收，再通過中繼風機將有機廢氣引至蓄熱焚燒爐的前端焚燒爐引風機，廢氣引至爐內預熱至800℃左右，在燃燒室加熱升溫至850℃以上，使廢氣中的VOCs氧化分解成為無害的CO2和H2O。氧化時的高溫氣體的熱量被蓄熱體“貯存”起來，用于預熱新進入的有機廢氣，從而節省升溫所需要的燃料消耗，降低運行成本。

一套30萬t/a煤焦油深加工生產裝置，一般設置六套有機廢氣洗滌回收系統，經處理后的基本廢氣量見表1。

表1 基本廢氣量

按上表，一般選用20 000m3（標）/h蓄熱焚燒爐基本可以滿足處理要求。

經過蓄熱式焚燒爐（RTO）處理后的有機廢氣可以滿足《工業企業揮發性有機物排放控制標準》（DB 13/2322—2016）要求，見表2：

表2 河北省工業有機廢物排放標準

3 結論

經蓄熱焚燒爐處理過的有機廢氣（VOCs）可符合國家排放要求，避免企業因VOCs的超標排放而被停限產。如果排出的廢氣流具有足夠高的熱值以維持燃燒，不用額外新增天然氣、煤氣等補充燃料。RTO蓄熱焚燒爐因其安全、節能、高效等優點逐漸獲得國內企業的認可和廣泛應用。