綠之源環(huán)保
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通過調(diào)研RTO(蓄熱式熱氧化爐)裝置處理VOCs(揮發(fā)性有機物)的應用實例,對比分析了VOCs處理效果及存在問題,結(jié)合RTO處理VOCs原理及相關(guān)規(guī)范,指出采用RTO方法的優(yōu)點及需要完善改進之處,為RTO裝置的建設和運營提供指導意見.在一定VOCs濃度區(qū)間范圍內(nèi),隨著VOCs濃度的升高,RTO對VOCs去除率呈上升趨勢,RTO對VOCs的絕對去除量有保障.RTO裝置比較適合處理VOCs濃度為1000~8000 mg/m3的廢氣,三室式RTO裝置可以兼顧到處理效率和經(jīng)濟性要求,現(xiàn)有主流三室式RTO比較適宜的VOCs廢氣處理量為10000~30000 m3/h.
VOCs排放量已接近或超過NOx排放量，年排放量超過2 000萬噸 ，在未來相當長的時期內(nèi)，VOCs肯定是監(jiān)管和處理重點。VOCs主要來源于溶劑的產(chǎn)生和使用部門，還有化工和醫(yī)藥生產(chǎn)、燃料油的運輸和裝卸、垃圾貯存、燃料燃燒和機動車尾氣排放等過程 J。許多VOCs具有神經(jīng)、腎臟和肝臟毒性，甚至有致癌作用，能損害血液成分和心血管系統(tǒng)，誘發(fā)免疫系統(tǒng)疾病、內(nèi)分泌系統(tǒng)及造血系統(tǒng)疾病。同時，VOCs也是參與大氣光化學反應過程的重要污染物之一，是形成光化學煙霧和PM2.5的重要前體物之一 。
目前VOCs廢氣有多種處理方法，主要包括冷凝回收、高沸點溶劑吸收、活性炭吸附、焚燒處置等。根據(jù)VOCs廢氣產(chǎn)生特點及經(jīng)濟性，RTO(蓄熱室氧化器)技術(shù)具有凈化效率高、污染物分解徹底、換熱效率高、節(jié)能、阻力低、風機裝機功率小等優(yōu)點 ，對處理VOCs有著較廣泛的應用前景。
1 RTO技術(shù)淺析
RTO(蓄熱式熱氧化爐)與傳統(tǒng)的催化燃燒、直燃式熱氧化爐相比，具有熱效率高(大于等于90％)、運行成本低、能處理大風量低濃度(相對于廢氣排放而言)。RTO裝置有兩室、三室以及多室裝置，兩室RTO置VOCs的去除率在95％ 一98％，三室RTO裝置VOCs去除率可達到98％以上。
1.1 RTO原理
兩室RTO沒有吹掃工序，在進行閥門切換時，部分VOCs廢氣沒有經(jīng)過處理直接排放，從而降低了VOCs的去除效率。多室RTO是在廢氣量非常大的情況下，為保證廢氣進氣的均勻性，增加了同時進氣和出氣的蓄熱室數(shù)量。目前三室RTO是主流實用裝置，較好的兼顧了效率和投資成本。
三室RTO運行原理：三室RTO主體結(jié)構(gòu)由燃燒室、三個陶瓷填料床和六個切換閥組成，當有機廢氣進入陶瓷床1后，陶瓷床1放熱，有機廢氣被加熱到一定溫度后進人燃燒室燃燒，同時產(chǎn)生的高溫氣體通過陶瓷填料床2，陶瓷床2吸熱蓄熱，高溫氣體被填料床2冷卻后，經(jīng)過切換閥門排放，填料床3進行吹掃，以保證原進人填料床3而未反應的廢氣進入燃燒室燃燒，而不是直接排放；經(jīng)過一段時間后，閥門切換，廢氣從填料床2進入，填料床2放熱，填料床3蓄熱，填料床1進行吹掃；然后在填料床3進氣，填料床1蓄熱，填料床2進行吹掃；這樣周期性地切換，就可連續(xù)處理有機廢氣。
1.2 RTO安全預處理措施
由于RTO裝置常采用明火進行工作，容易產(chǎn)生爆炸事故，是使用RTO裝置比較關(guān)心的問題。廢氣的安全預處理措施主要包括：(1)濃度控制：為安全起見，防止爆炸或火災，廢氣中VOCs的濃度通常應控制在25％LEL(爆炸濃度下限)以下；(2)回火控制：為防止回火，在設計管道尺寸時應使廢氣的最低流速始終大于回火速度，而且選取適當?shù)陌踩禂?shù)；(3)安全措施：可以采取設置文丘里阻火器、回火防止器、安全液封、空氣稀釋、無回火噴射等安全控制措施；(4)報警連鎖：設置爆炸或回火報警儀及安全聯(lián)鎖控制系統(tǒng)。
1.3 RTO裝置的優(yōu)缺點
RTO裝置經(jīng)過多年的運行及改進發(fā)展，表現(xiàn)出一定的優(yōu)缺點。其優(yōu)點主要有：(1)幾乎可以處理所有含有機化合物的廢氣，可以處理風量大、濃度低(相對于直燃焚燒爐)的有機廢氣；(2)可以適應廢氣中VOCs的組成和濃度的變化、波動；(3)對廢氣中夾帶少量灰塵、固體顆粒不敏感；(4)在所有熱力燃燒凈化法中熱效率最高(>90％)；(5)在合適的廢氣濃度條件下無需添加輔助燃燒而實現(xiàn)自供熱操作；(6)凈化效率高(三室>98％，兩室95％ ～98％)，維護工作量少，操作安全可靠；(7)有機沉積物可周期性地清除，蓄熱體可更換；(8)整個裝置的壓力損失較小(RTO裝置系統(tǒng)總壓力損失一般<3 000 pa，隨所用蓄熱體的結(jié)構(gòu)類型、氣體速度而變)，裝置使用壽命長。
主要缺點有：(1)裝置重量大(因為采用陶瓷蓄熱體)、容積大；(2)要求盡可能連續(xù)操作；(3)投資費用相對較高；(4)對于大風量、低濃度廢氣而言，運行費用仍然偏高；(5)存在一定的火災爆炸風險，國產(chǎn)儀表質(zhì)量不過關(guān)，國外品牌價格貴。
1.4 RTO運行中出現(xiàn)的問題
根據(jù)RTO調(diào)研情況，處置含石油醚廢氣的RTO裝置和處置含異丙醚廢氣的RTO裝置發(fā)生過多次爆炸事故，雖然處理濃度明顯低于爆炸下限。經(jīng)分析，石油醚和異丙醚具有閃點低、揮發(fā)性強的特點，因此RTO處理VOCs廢氣，須關(guān)注低閃點物質(zhì)(石油醚、異丙醚、乙醚、環(huán)已烷等)；建議低閃點VOCs不進入RTO處理裝置，單獨采用碳纖維吸附方式處理。
根據(jù)調(diào)研分析，目前RTO裝置運行控制參數(shù)比較單一。目前主要監(jiān)控的運行參數(shù)為燃燒室溫度，進氣VOCs濃度在線監(jiān)測儀器反饋的數(shù)據(jù)不準確，從而不能預先確定助燃燃料的助燃量，這就造成燃燒室溫度出現(xiàn)波動。在VOCs濃度過高時出現(xiàn)燃燒室溫度過高現(xiàn)象，可能會造成蓄熱體的破壞，降低RTO裝置的使用壽命。目前RTO國產(chǎn)儀表質(zhì)量不過關(guān)，大多不能夠滿足運行管理要求。
采用RT0裝置處理VOCs廢氣單位多為危化品生產(chǎn)或使用企業(yè)，使用過程中特別擔心出現(xiàn)爆炸。由于RTO裝置的運行研究、設計規(guī)范和在線監(jiān)控數(shù)據(jù)比較欠缺，出于安全考慮，目前RTO裝置運行企業(yè)對接入VOCs廢氣的類別及濃度比較保守。
1.5 RTO運行經(jīng)驗參數(shù)
根據(jù)RTO裝置運行情況調(diào)研情況及相關(guān)資料，三室式RTO裝置可以兼顧到處理效率和經(jīng)濟性要求；目前，一般設計廢氣處理風量為10 000～30 000m3／h時，占地面積、設計、材料要求、設備安裝、運行控制等方面比較適用，特別小風量和大風量都不適合采用三室式RTO。
之間，助燃燃料為天然氣或柴油或廢溶劑。要求進入RTO裝置的VOCs廢氣濃度在1 000—8 000 mg／m3才具有明顯的經(jīng)濟可行性；據(jù)相關(guān)資料分析，VOCs濃度達到2 000 mg／m3以上時，RTO裝置不使用助燃燃料也可正常運行。故為配套RTO裝置的正常穩(wěn)定運行，必須對收集VOCs的收集系統(tǒng)進行密閉、合理、系統(tǒng)化設計，進而保證綜合進人RTO裝置的VOCs廢氣濃度在合適的范圍內(nèi)。
RTO裝置設計燃燒室溫度在850oC以上，實際運行溫度在720℃以上，在保證VOCs去除率的前提下，適當降低燃燒室溫度可以減少助燃燃料使用量，降低運行費用。RTO裝置熱利用效率在90％以上，三室RTO的VOCs去除率可達到99％ 以上。RTO整個系統(tǒng)的壓力損失一般小于3 000 Pa。
