焚燒裝置廢氣回火原因探析

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(河南能源化工集團(tuán)開封龍宇化工有限公司，開封市聚甲醛基新材料重點實驗室，河南 開封 475200)

焚燒裝置由主裝置的廢氣管道、水封槽、阻火器、點火系統(tǒng)、燃燒器、焚燒爐、排氣筒、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、給水泵、脫鹽水儲槽等組成，主要功能是將主裝置產(chǎn)生的尾氣進(jìn)行焚燒，經(jīng)熱量回收后排放至大氣，排放氣指標(biāo)符合國家有關(guān)大氣污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)。焚燒爐點火時以柴油為燃料，采用自動點火器進(jìn)行點火；廢氣燃燒初期，為防止廢氣燃燒出現(xiàn)不穩(wěn)定，采用甲醇進(jìn)行助燃。

1 廢氣的來源及組成

主裝置廢氣的主要來源為甲醛制備過程中產(chǎn)生的廢氣和三聚甲醛生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣，主要成分見表1。

甲醛制備工序廢氣經(jīng)離心風(fēng)機(jī)輸送至水封槽，然后進(jìn)入焚燒爐燃燒，燃燒過程穩(wěn)定，未發(fā)生過回火現(xiàn)象。三聚甲醛工序中的廢氣經(jīng)洗滌塔洗滌后進(jìn)入氣液分離器，分離出的氣體經(jīng)羅茨風(fēng)機(jī)加壓后送至水封槽，然后進(jìn)入焚燒爐燃燒，由于燃燒不穩(wěn)定，有時會發(fā)生回火現(xiàn)象。

表1 廢氣中各組分組成

目前，三聚甲醛工序廢氣裝置無法長期連續(xù)投用，當(dāng)裝置不穩(wěn)定時會引起廢氣的組成發(fā)生變化，從而引起水封槽水封液中TOX、HCHO等物料含量升高，需要定期置換水封槽，以對水封液進(jìn)行更換，水封液中易燃有機(jī)物物料成分含量較高時的組成見表2。

表2 水封槽中水封液易燃有機(jī)物物料組成

此時，水封液按照常規(guī)排至污水管網(wǎng)會造成一定浪費(fèi)，也增加了污水處理的壓力，必須進(jìn)行回收利用。因此，三聚甲醛廢氣焚燒存在一定的環(huán)保風(fēng)險及安全隱患，需要對系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造和優(yōu)化。

2 原因分析

(1)三聚甲醛廢氣概況。三聚甲醛工序廢氣屬于富氧廢氣，其燃燒屬于預(yù)混燃燒，燃燒回火的可能性會大大增加，李文輝[1]在含氧燃料氣安全性評估中對該類氣體自燃、爆炸和回火的可能性進(jìn)行了詳細(xì)分析與說明。

目前，三聚甲醛工序廢氣洗滌塔的運(yùn)行溫度高時可達(dá)70℃以上，造成TOX、苯等物料不能在洗滌塔內(nèi)被完全吸收，廢氣中含有有機(jī)可燃?xì)怏w的含量升高；廢氣送往焚燒裝置會經(jīng)過水封槽，部分水溶性有機(jī)氣體被水封槽內(nèi)水封液吸收；未完全吸收的則隨廢氣進(jìn)入焚燒爐燃燒。三聚甲醛工序廢氣輸送風(fēng)機(jī)設(shè)計流量300m3/h，進(jìn)氣溫度30℃，進(jìn)氣壓力100.92kPa ABS(0kPa(g))，排氣壓力112.92kPa ABS(12kPa(g))，材質(zhì)為不銹鋼，管徑為DN150，蒸汽伴熱管伴熱。在實際運(yùn)行中，B-200出口排氣壓力表顯示壓力為2kPa，經(jīng)過約400m長度的管路及彎頭、閥門阻力損失后的廢氣壓力經(jīng)計算會降低很多，而焚燒爐壓力為-30Pa的微負(fù)壓。

(2)廢氣回火原因分析。燃燒傳播過程引起的穩(wěn)定燃燒狀態(tài)會因建立氣流速度和燃燒前沿傳播速度之間的平衡關(guān)系被打破[2]。焚燒裝置中來自洗滌塔的廢氣以空氣為主，含有可燃?xì)怏w組分，具備燃燒條件，其燃燒屬于預(yù)混燃燒。王曉霞等[3]對火炬系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)注意的安全因素進(jìn)行了系統(tǒng)闡述，水封罐的設(shè)置有兩方面的作用：一是平衡壓力，二是防止回火。當(dāng)水封液中物料濃度較高時(如苯含量高會漂浮在上層)，不利于廢氣組分及壓力的穩(wěn)定。一旦洗滌塔溫度發(fā)生變化，會引起廢氣組成及氣流不穩(wěn)，當(dāng)廢氣進(jìn)焚燒爐遇到明火時，廢氣中可燃?xì)怏w被點燃，廢氣由于氣流速度低于火焰燃燒速度，火焰可沿著廢氣管線回燃，廢氣管道作為燃燒場所發(fā)生的燃燒即回火現(xiàn)象。焚燒爐在引風(fēng)機(jī)故障的情況下，會引起焚燒爐內(nèi)壓力升高，也可能造成回火情況的發(fā)生?；鼗鸢l(fā)生后，會造成廢氣無法投入焚燒爐，燒壞水封槽后管路上儀表和電磁閥門等，嚴(yán)重時發(fā)生爆炸事故。

3 對策

(1)降低洗滌塔塔釜液溫度。對洗滌塔運(yùn)行情況進(jìn)行分析，穩(wěn)定各系統(tǒng)壓力，避免高溫物料吸入；通過增加換熱面積，從而增加塔釜液換熱冷量，洗滌塔塔釜液溫度降至50℃以下，減少廢氣中揮發(fā)性有機(jī)物含量，穩(wěn)定廢氣各組分含量，從源頭上進(jìn)行消除。

(2)增設(shè)氣-液分離器。在羅茨風(fēng)機(jī)前增加氣-液分離裝置，廢氣中液相通過重力回收至地下廢液槽，以減少廢氣中揮發(fā)性有機(jī)物含量，最大限度排除羅茨風(fēng)機(jī)入口管線內(nèi)的積液，消除對風(fēng)機(jī)的影響因素，確保風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行及廢氣進(jìn)焚燒管線的暢通，降低水封槽置換頻率，減少污水排放，從而也降低焚燒爐回火機(jī)率。

(3)水封槽內(nèi)水封液定期回收。水封槽內(nèi)水封液中HCHO、TOX等含量較高，需要及時排除和置換。結(jié)合實際運(yùn)行情況，并根據(jù)化驗分析結(jié)果，定期回收水封液至三聚甲醛生產(chǎn)裝置的回收系統(tǒng)，可以穩(wěn)定廢氣輸送，實現(xiàn)物料循環(huán)利用，減少污染物排放，緩解污水處理壓力，降低生產(chǎn)成本。

(4)廢氣管線檢查清理。每次裝置檢修時，對單體廢氣管道進(jìn)行檢查，采用W90熱水進(jìn)行沖洗，清除管道內(nèi)沉積的物料(必要時，定期采用W90熱水進(jìn)行沖洗)。同時，對廢氣管線伴熱進(jìn)行排查，保證伴熱系統(tǒng)正常好用。

(5)增加阻火器。在三聚甲醛工序廢氣水封槽后管線上(進(jìn)焚燒爐前)增加阻火器，消除回火發(fā)生的機(jī)會，降低回火發(fā)生后可能影響的范圍，減少對設(shè)備、儀表的損壞。

(6)設(shè)置溫度報警。在三聚甲醛工序廢氣進(jìn)焚燒爐前5m管線上增加溫度傳感器，并將數(shù)據(jù)傳輸至DCS系統(tǒng)，實現(xiàn)實時監(jiān)控。通過建立和投用連鎖，一旦溫度超過70℃，DCS進(jìn)行聲光報警，操作人員按照安全操作規(guī)程調(diào)整廢氣進(jìn)入焚燒爐的燃燒工況，能夠提前預(yù)防回火現(xiàn)象的發(fā)生并及時消除相關(guān)的影響。

(7)增加穩(wěn)流裝置。在廢氣管道上(水封槽后)增加蒸汽管道，管道上設(shè)置可遠(yuǎn)程控制調(diào)節(jié)閥，提高廢氣管控的自動化程度。當(dāng)廢氣流不穩(wěn)時通過加入蒸汽穩(wěn)定氣流，防止回火發(fā)生；在異常工況下，廢氣溫度升高時，必要情況下可打開蒸汽控制閥對廢氣進(jìn)行稀釋、對管道降溫，防止回火發(fā)生。

4 結(jié)語

在廢氣焚燒裝置的運(yùn)行過程中，回火情況主要發(fā)生在三聚甲醛工序廢氣系統(tǒng)。通過對廢氣回火原因進(jìn)行分析，從而對廢氣系統(tǒng)進(jìn)行全面改造，降低了廢氣中可燃物料的攜帶量，穩(wěn)定了廢氣運(yùn)行壓力，暢通了廢氣輸送管道，減少了物料損失和污水排放量，增加了廢氣管道監(jiān)控、預(yù)警及降溫滅火裝置。不但從源頭上降低了廢氣發(fā)生回火的可能性，而且建立了極端情況下的廢氣應(yīng)急處理系統(tǒng)，降低了焚燒裝置廢氣回火發(fā)生的可能性，提高了焚燒裝置運(yùn)行安全性。經(jīng)過近一年的運(yùn)行，三聚甲醛廢氣系統(tǒng)未發(fā)生過回火現(xiàn)象，每月回收含物料水封液5t，根據(jù)其中的HCHO、TOX含量進(jìn)行計算，年增加經(jīng)濟(jì)效益9.43萬元。

[1]李文輝.含氧燃料氣安全性評估[J].石油化工設(shè)計技術(shù)，2004，25(2)：4-6.

[2]韓昭滄.燃料與燃燒[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1984.

[3]王曉霞，陳志偉.火炬系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)注意的安全因素[J].化工設(shè)計，2010，20(6)：24-27.