兩室蓄熱式焚燒爐排放達(dá)標(biāo)改造探討

劉 凱，於 杭，葉亞秋

（杭州宜邦橡膠有限公司，浙江 杭州 311228）

早期使用的蓄熱式焚燒爐（RTO）基本為兩室結(jié)構(gòu)。近幾年，為了滿足GB 31571—2015《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)大氣污染物有組織排放控制提出的諸多要求，RTO 建設(shè)企業(yè)和使用企業(yè)均作出一些應(yīng)對(duì)措施。建設(shè)企業(yè)開(kāi)發(fā)出三室RTO、旋轉(zhuǎn)式RTO 等新型產(chǎn)品，已建成兩室RTO的企業(yè)則通過(guò)兩室RTO 改造以求達(dá)到排放要求。大氣污染物有組織排放的控制要求可以總結(jié)分為兩類：一類是某一種或多種特征污染物低于要求限制，另一類是去除效率大于95%或97%。

圖1 是兩室RTO 的主要結(jié)構(gòu)。工作流程為：廢氣經(jīng)入口③、④閥門進(jìn)入蓄熱體A，①、②閥門關(guān)閉；廢氣經(jīng)過(guò)高溫蓄熱體A 加熱升溫進(jìn)入燃燒室燃燒，由蓄熱體B 吸收廢氣熱量后經(jīng)出口⑦、⑧閥門排出，⑤、⑥閥門關(guān)閉，處理合格的氣體外排至大氣。過(guò)程持續(xù)約180 s，蓄熱體A 溫度下降，蓄熱體B 溫度升高。此時(shí)閥門切換，廢氣經(jīng)入口⑤、⑥閥門進(jìn)入蓄熱體B，⑦、⑧閥門關(guān)閉；廢氣經(jīng)過(guò)高溫蓄熱體B 加熱升溫進(jìn)入燃燒室燃燒，由蓄熱體A 吸收廢氣熱量后經(jīng)出口①、②閥門排出，③、④閥門關(guān)閉，處理合格的氣體外排至大氣。兩室RTO 約經(jīng)360 s 一個(gè)周期循環(huán)切換，維持蓄熱體的溫度狀態(tài)。

圖1 兩室RTO 主要結(jié)構(gòu)

兩室RTO 不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的原因主要有兩點(diǎn)：

（1）RTO 閥門密封性能差。廢氣處理過(guò)程的特點(diǎn)是風(fēng)量大，風(fēng)管及閥門直徑大，閥門切換要求閥門開(kāi)關(guān)速度快，因此通常選用蝶閥，但其缺點(diǎn)是泄漏率較高，普通蝶閥的泄漏率約為1%。

（2）RTO 兩室閥門在切換時(shí)廢氣直排。兩室RTO 在切換閥門的瞬間，有短暫時(shí)間是所有閥門全開(kāi)的狀態(tài)，在該狀態(tài)時(shí)，廢氣會(huì)不經(jīng)過(guò)燃燒室直接排至大氣。

為解決以上兩點(diǎn)問(wèn)題，可以嘗試改造成三室RTO 或改進(jìn)廢氣工藝流程。

1 改造成三室RTO

兩室RTO 可以通過(guò)增加一個(gè)蓄熱室的方式改造為三室RTO，圖2 為三室RTO 主要結(jié)構(gòu)。工作流程為：廢氣經(jīng)入口③、④閥門進(jìn)入蓄熱體A，①、②閥門關(guān)閉,吹掃閥門關(guān)閉；廢氣經(jīng)過(guò)高溫蓄熱體A 加熱升溫進(jìn)入燃燒室燃燒，由蓄熱體B吸收廢氣熱量后經(jīng)出口⑦、⑧閥門排出，⑤、⑥閥門關(guān)閉，吹掃閥門關(guān)閉；蓄熱體C 處于吹掃狀態(tài)閥門關(guān)閉吹掃閥門開(kāi)啟，處理合格的氣體外排至大氣。過(guò)程持續(xù)約180 s，蓄熱體A 溫度下降，蓄熱體B 溫度升高。此時(shí)閥門切換，14 吹掃閥門關(guān)閉閥門開(kāi)啟排氣；⑦、⑧閥門關(guān)閉（⑦、⑧、閥門有一段時(shí)間同時(shí)排氣），⑤、⑥閥門開(kāi)啟進(jìn)氣；③、④閥門關(guān)閉（③、④、⑤、⑥閥門有一段時(shí)間同時(shí)進(jìn)氣），13 吹掃閥門開(kāi)啟，蓄熱體A 處于吹掃狀態(tài)。過(guò)程持續(xù)約180 s，蓄熱體B 溫度下降，蓄熱體C 溫度升高。此時(shí)閥門切換至蓄熱體C 進(jìn)氣，蓄熱體A 排氣，蓄熱體B 吹掃，一個(gè)完整切換周期約540 s。

圖2 三室RTO 主要結(jié)構(gòu)

三室RTO 運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)蓄熱體在工作狀態(tài)，一個(gè)蓄熱體處于吹掃待工作狀態(tài)，切換時(shí)可以保證疊加開(kāi)啟或關(guān)閉時(shí)間，防止廢氣直排。

兩室RTO 改造主要增加了一個(gè)蓄熱室以及附帶的閥門、一套吹掃系統(tǒng)并擴(kuò)大了燃燒室。三室RTO 對(duì)于閥門切換速度要求較低，因此可以將進(jìn)出風(fēng)的蝶閥更換為其他密封性更好的閥門，選擇范圍更廣。從工作流程描述可以看出，三室RTO 完全解決了兩室RTO 排放不能達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、系統(tǒng)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是改造成本相對(duì)較高，后續(xù)消耗天然氣增加。

2 增加反吹掃系統(tǒng)

一種帶反吹掃功能的兩室蓄熱催化凈化有機(jī)廢氣的裝置，即進(jìn)行優(yōu)化改造的兩室RTO 系統(tǒng)，可以達(dá)到環(huán)保要求，同時(shí)投入較少。圖3 是帶反吹掃功能的兩室RTO 結(jié)構(gòu)，其工作流程為：廢氣經(jīng)入口③、④閥門進(jìn)入蓄熱體A，①、②閥門關(guān)閉；廢氣經(jīng)過(guò)高溫蓄熱體A 加熱升溫進(jìn)入燃燒室燃燒，由蓄熱體B 吸收廢氣熱量后經(jīng)出口⑦、⑧閥門排出，⑤、⑥閥門關(guān)閉，⑨閥門打開(kāi)，⑩閥門關(guān)閉，閥門打開(kāi)；風(fēng)箱由RTO 入口風(fēng)機(jī)保持負(fù)壓狀態(tài)，處理合格的氣體外排至大氣。過(guò)程持續(xù)約180 s，蓄熱體A 溫度下降，蓄熱體B 溫度升高。此時(shí)切換,閥門關(guān)閉，⑨閥門關(guān)閉，⑩閥門打開(kāi)；進(jìn)出氣閥門切換，①、②閥門打開(kāi)，③、④閥門關(guān)閉，⑤、⑥閥門打開(kāi)，⑦、⑧閥門關(guān)閉；閥門切換時(shí)直排的廢氣經(jīng)⑩閥門、風(fēng)箱由入口風(fēng)機(jī)抽吸至RTO 入口，維持?jǐn)?shù)秒以排盡未處理的廢氣；一段時(shí)間后，⑩閥門關(guān)閉，⑨閥門打開(kāi)，恢復(fù)正常排氣。

圖3 帶反吹掃功能的兩室RTO 結(jié)構(gòu)

從工作流程描述可以看出，通過(guò)設(shè)置風(fēng)箱，將切換直排的廢氣引入其中，完成切換后排至RTO 入口，此方案解決了閥門切換時(shí)廢氣直排的問(wèn)題。如果通過(guò)更換高密封性能的閥門減少泄漏，可以認(rèn)為這個(gè)方案也解決了兩室RTO 排放不能達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，其成本較低，只需要增加一個(gè)風(fēng)箱及三個(gè)閥門，但RTO 系統(tǒng)的穩(wěn)定性差，每次切換閥門時(shí)，RTO 將停止排氣，風(fēng)箱內(nèi)的廢氣也會(huì)影響RTO 入口壓力及風(fēng)量。

若將RTO 系統(tǒng)（包括風(fēng)箱）作為一個(gè)整體，RTO 系統(tǒng)非閥門切換狀態(tài)是一個(gè)穩(wěn)態(tài)的系統(tǒng)，進(jìn)入RTO 的廢氣量應(yīng)約等于排出RTO 的廢氣量。⑨閥門關(guān)閉后，RTO 系統(tǒng)不排氣，進(jìn)氣未停止，系統(tǒng)內(nèi)的廢氣總量增加，風(fēng)箱的作用是緩沖，風(fēng)箱越大緩沖作用越明顯，系統(tǒng)壓力上升主要取決于風(fēng)箱體積及壓力。若RTO 入口廢氣風(fēng)量為20000 Nm3/h，⑨閥門關(guān)閉時(shí)間為5 s，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算，為保持RTO 工作壓力不變，風(fēng)箱的體積應(yīng)為2800 m3（風(fēng)箱待工作狀態(tài)為真空，工作狀態(tài)壓力為常壓）。這個(gè)體積的風(fēng)箱，制造成本非常高昂，且需要大量空間安置風(fēng)箱。若風(fēng)箱體積過(guò)小，可導(dǎo)致RTO 燃燒室高壓報(bào)警和天然氣不能進(jìn)氣，甚至安全泄爆口開(kāi)啟。按照其方案實(shí)施是不可行的，應(yīng)對(duì)方案內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整。

圖4 是改進(jìn)后帶反吹掃功能的兩室RTO 結(jié)構(gòu)，在風(fēng)箱前增加一臺(tái)空氣壓縮機(jī)，⑩閥門移至風(fēng)箱出口，風(fēng)箱出口增加一個(gè)調(diào)節(jié)閥。工作流程為：廢氣經(jīng)入口③、④閥門進(jìn)入蓄熱體A，①、②閥門關(guān)閉；廢氣經(jīng)過(guò)高溫蓄熱體A 加熱升溫進(jìn)入燃燒室燃燒，由蓄熱體B 吸收廢氣熱量經(jīng)出口⑦、⑧閥門排出，⑤、⑥閥門關(guān)閉；⑨閥門打開(kāi)，⑩閥門打開(kāi),調(diào)節(jié)閥全開(kāi)，空氣壓縮機(jī)停止，風(fēng)箱由入口風(fēng)機(jī)保持負(fù)壓狀態(tài)，處理合格的氣體外排至大氣。過(guò)程持續(xù)約180 s，蓄熱體A 溫度下降，蓄熱體B 溫度升高。此時(shí)切換，⑨閥門關(guān)閉，⑩閥門關(guān)閉,調(diào)節(jié)閥全關(guān)，空氣壓縮機(jī)停止啟動(dòng)；進(jìn)出氣閥門切換，①、②閥門打開(kāi)，③、④閥門關(guān)閉，⑤、⑥閥門打開(kāi)，⑦、⑧閥門關(guān)閉；閥門切換時(shí)直排的廢氣由空氣壓縮機(jī)排至風(fēng)箱內(nèi)，維持?jǐn)?shù)秒以排盡未處理的廢氣；數(shù)秒后，⑨閥門打開(kāi)，空氣壓縮機(jī)停止，恢復(fù)正常排氣；⑩閥門打開(kāi)，調(diào)節(jié)閥緩慢開(kāi)啟，在180 s 內(nèi)將其中存留的廢氣緩慢排入RTO 入口。

圖4 改進(jìn)后帶反吹掃功能的兩室RTO 結(jié)構(gòu)

仍以RTO 入口廢氣風(fēng)量為20000 Nm3/h，⑨閥門關(guān)閉時(shí)間為5 s，風(fēng)箱內(nèi)壓縮廢氣壓力為0.1 MPa計(jì)算，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，風(fēng)箱體積應(yīng)為14 m3，若增加風(fēng)箱壓縮廢氣壓力，可以縮小風(fēng)箱的體積，實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)將風(fēng)箱壓力控制在低于0.1 MPa，以避免其成為壓力容器，增加不必要的安全附件和安全檢查?？諝鈮嚎s機(jī)必要參數(shù)是吸氣量應(yīng)大于330 Nm3/min，排氣壓力大于0.1 MPa。經(jīng)改進(jìn)的兩室RTO 可以達(dá)到環(huán)保排放要求，其優(yōu)點(diǎn)是改造成本低，缺點(diǎn)是系統(tǒng)流程復(fù)雜、穩(wěn)定性差。

3 結(jié)語(yǔ)

為滿足廢氣排放環(huán)保要求可以將兩室RTO改造成三室RTO 或增加反吹掃功能。兩種改造均可以滿足要求，各有優(yōu)缺點(diǎn)。改造成三室RTO 的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、系統(tǒng)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是改造成本相對(duì)較高，后續(xù)消耗天然氣增加。增加反吹掃功能的兩室RTO 優(yōu)點(diǎn)是改造成本低，缺點(diǎn)是系統(tǒng)流程復(fù)雜、穩(wěn)定性差。在條件允許的情況下，改造成三室RTO 方案優(yōu)于增加反吹掃功能的兩室RTO 方案。