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(jī)物)的應(yīng)用實(shí)例,對(duì)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(diǎn)及需要完善改進(jìn)之處,為RTO裝置的建設(shè)和運(yùn)營提供指導(dǎo)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(duì)VOCs去除率呈上升趨勢(shì),RTO對(duì)VOCs的絕對(duì)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(jì)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(dāng)長的時(shí)期內(nèi)，VOCs肯定是監(jiān)管和處理重點(diǎn)。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(yùn)輸和裝卸、垃圾貯存、燃料燃燒和機(jī)動(dòng)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(shí)，VOCs也是參與大氣光化學(xué)反應(yīng)過程的重要污染物之一，是形成光化學(xué)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(diǎn)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(diǎn)及經(jīng)濟(jì)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(fēng)機(jī)裝機(jī)功率小等優(yōu)點(diǎn) ，對(duì)處理VOCs有著較廣泛的應(yīng)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(yùn)行成本低、能處理大風(fēng)量低濃度(相對(duì)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(dá)到98％以上。
1.1 RTO原理
兩室RTO沒有吹掃工序，在進(jìn)行閥門切換時(shí)，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(jìn)氣的均勻性，增加了同時(shí)進(jìn)氣和出氣的蓄熱室數(shù)量。目前三室RTO是主流實(shí)用裝置，較好的兼顧了效率和投資成本。
三室RTO運(yùn)行原理：三室RTO主體結(jié)構(gòu)由燃燒室、三個(gè)陶瓷填料床和六個(gè)切換閥組成，當(dāng)有機(jī)廢氣進(jìn)入陶瓷床1后，陶瓷床1放熱，有機(jī)廢氣被加熱到一定溫度后進(jìn)人燃燒室燃燒，同時(shí)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(jìn)行吹掃，以保證原進(jìn)人填料床3而未反應(yīng)的廢氣進(jìn)入燃燒室燃燒，而不是直接排放；經(jīng)過一段時(shí)間后，閥門切換，廢氣從填料床2進(jìn)入，填料床2放熱，填料床3蓄熱，填料床1進(jìn)行吹掃；然后在填料床3進(jìn)氣，填料床1蓄熱，填料床2進(jìn)行吹掃；這樣周期性地切換，就可連續(xù)處理有機(jī)廢氣。
1.2 RTO安全預(yù)處理措施
由于RTO裝置常采用明火進(jìn)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(yù)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(zāi)，廢氣中VOCs的濃度通常應(yīng)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(shè)計(jì)管道尺寸時(shí)應(yīng)使廢氣的最低流速始終大于回火速度，而且選取適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)；(3)安全措施：可以采取設(shè)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(bào)警連鎖：設(shè)置爆炸或回火報(bào)警儀及安全聯(lián)鎖控制系統(tǒng)。
1.3 RTO裝置的優(yōu)缺點(diǎn)
RTO裝置經(jīng)過多年的運(yùn)行及改進(jìn)發(fā)展，表現(xiàn)出一定的優(yōu)缺點(diǎn)。其優(yōu)點(diǎn)主要有：(1)幾乎可以處理所有含有機(jī)化合物的廢氣，可以處理風(fēng)量大、濃度低(相對(duì)于直燃焚燒爐)的有機(jī)廢氣；(2)可以適應(yīng)廢氣中VOCs的組成和濃度的變化、波動(dòng)；(3)對(duì)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(shí)現(xiàn)自供熱操作；(6)凈化效率高(三室>98％，兩室95％ ～98％)，維護(hù)工作量少，操作安全可靠；(7)有機(jī)沉積物可周期性地清除，蓄熱體可更換；(8)整個(gè)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(diǎn)有：(1)裝置重量大(因?yàn)椴捎锰沾尚顭狍w)、容積大；(2)要求盡可能連續(xù)操作；(3)投資費(fèi)用相對(duì)較高；(4)對(duì)于大風(fēng)量、低濃度廢氣而言，運(yùn)行費(fèi)用仍然偏高；(5)存在一定的火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)，國產(chǎn)儀表質(zhì)量不過關(guān)，國外品牌價(jià)格貴。
1.4 RTO運(yùn)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(diǎn)低、揮發(fā)性強(qiáng)的特點(diǎn)，因此RTO處理VOCs廢氣，須關(guān)注低閃點(diǎn)物質(zhì)(石油醚、異丙醚、乙醚、環(huán)已烷等)；建議低閃點(diǎn)VOCs不進(jìn)入RTO處理裝置，單獨(dú)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(yùn)行控制參數(shù)比較單一。目前主要監(jiān)控的運(yùn)行參數(shù)為燃燒室溫度，進(jìn)氣VOCs濃度在線監(jiān)測(cè)儀器反饋的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，從而不能預(yù)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(dòng)。在VOCs濃度過高時(shí)出現(xiàn)燃燒室溫度過高現(xiàn)象，可能會(huì)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(yùn)行管理要求。
采用RT0裝置處理VOCs廢氣單位多為?；飞a(chǎn)或使用企業(yè)，使用過程中特別擔(dān)心出現(xiàn)爆炸。由于RTO裝置的運(yùn)行研究、設(shè)計(jì)規(guī)范和在線監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)比較欠缺，出于安全考慮，目前RTO裝置運(yùn)行企業(yè)對(duì)接入VOCs廢氣的類別及濃度比較保守。
1.5 RTO運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)參數(shù)
根據(jù)RTO裝置運(yùn)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(jì)性要求；目前，一般設(shè)計(jì)廢氣處理風(fēng)量為10 000～30 000m3／h時(shí)，占地面積、設(shè)計(jì)、材料要求、設(shè)備安裝、運(yùn)行控制等方面比較適用，特別小風(fēng)量和大風(fēng)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(jìn)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(jì)可行性；據(jù)相關(guān)資料分析，VOCs濃度達(dá)到2 000 mg／m3以上時(shí)，RTO裝置不使用助燃燃料也可正常運(yùn)行。故為配套R(shí)TO裝置的正常穩(wěn)定運(yùn)行，必須對(duì)收集VOCs的收集系統(tǒng)進(jìn)行密閉、合理、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，進(jìn)而保證綜合進(jìn)人RTO裝置的VOCs廢氣濃度在合適的范圍內(nèi)。
RTO裝置設(shè)計(jì)燃燒室溫度在850oC以上，實(shí)際運(yùn)行溫度在720℃以上，在保證VOCs去除率的前提下，適當(dāng)降低燃燒室溫度可以減少助燃燃料使用量，降低運(yùn)行費(fèi)用。RTO裝置熱利用效率在90％以上，三室RTO的VOCs去除率可達(dá)到99％ 以上。RTO整個(gè)系統(tǒng)的壓力損失一般小于3 000 Pa。
