兩室蓄熱式焚燒爐排放達標改造探討

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《石油化學工業(yè)污染物排放標準》中對大氣污染物有組織排放控制提出的諸多要求，RTO 建設企業(yè)和使用企業(yè)均作出一些應對措施。建設企業(yè)開發(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)則通過兩室RTO 改造以求達到排放要求。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閥門進入蓄熱體A，①、②閥門關(guān)閉；廢氣經(jīng)過高溫蓄熱體A 加熱升溫進入燃燒室燃燒，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。此時閥門切換，廢氣經(jīng)入口⑤、⑥閥門進入蓄熱體B，⑦、⑧閥門關(guān)閉；廢氣經(jīng)過高溫蓄熱體B 加熱升溫進入燃燒室燃燒，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 不能達到標準要求的原因主要有兩點：

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

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

為解決以上兩點問題，可以嘗試改造成三室RTO 或改進廢氣工藝流程。

1 改造成三室RTO

兩室RTO 可以通過增加一個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閥門進入蓄熱體A，①、②閥門關(guān)閉,吹掃閥門關(guān)閉；廢氣經(jīng)過高溫蓄熱體A 加熱升溫進入燃燒室燃燒，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)閉吹掃閥門開啟，處理合格的氣體外排至大氣。過程持續(xù)約180 s，蓄熱體A 溫度下降，蓄熱體B 溫度升高。此時閥門切換，14 吹掃閥門關(guān)閉閥門開啟排氣；⑦、⑧閥門關(guān)閉（⑦、⑧、閥門有一段時間同時排氣），⑤、⑥閥門開啟進氣；③、④閥門關(guān)閉（③、④、⑤、⑥閥門有一段時間同時進氣），13 吹掃閥門開啟，蓄熱體A 處于吹掃狀態(tài)。過程持續(xù)約180 s，蓄熱體B 溫度下降，蓄熱體C 溫度升高。此時閥門切換至蓄熱體C 進氣，蓄熱體A 排氣，蓄熱體B 吹掃，一個完整切換周期約540 s。

圖2 三室RTO 主要結(jié)構(gòu)

三室RTO 運行時，兩個蓄熱體在工作狀態(tài)，一個蓄熱體處于吹掃待工作狀態(tài)，切換時可以保證疊加開啟或關(guān)閉時間，防止廢氣直排。

兩室RTO 改造主要增加了一個蓄熱室以及附帶的閥門、一套吹掃系統(tǒng)并擴大了燃燒室。三室RTO 對于閥門切換速度要求較低，因此可以將進出風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 排放不能達標的問題，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、系統(tǒng)簡單，缺點是改造成本相對較高，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廢氣的裝置，即進行優(yōu)化改造的兩室RTO 系統(tǒng)，可以達到環(huán)保要求，同時投入較少。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閥門進入蓄熱體A，①、②閥門關(guān)閉；廢氣經(jīng)過高溫蓄熱體A 加熱升溫進入燃燒室燃燒，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，⑩閥門關(guān)閉，閥門打開；風箱由RTO 入口風機保持負壓狀態(tài)，處理合格的氣體外排至大氣。過程持續(xù)約180 s，蓄熱體A 溫度下降，蓄熱體B 溫度升高。此時切換,閥門關(guān)閉，⑨閥門關(guān)閉，⑩閥門打開；進出氣閥門切換，①、②閥門打開，③、④閥門關(guān)閉，⑤、⑥閥門打開，⑦、⑧閥門關(guān)閉；閥門切換時直排的廢氣經(jīng)⑩閥門、風箱由入口風機抽吸至RTO 入口，維持數(shù)秒以排盡未處理的廢氣；一段時間后，⑩閥門關(guān)閉，⑨閥門打開，恢復正常排氣。

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，通過設置風箱，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廢氣直排的問題。如果通過更換高密封性能的閥門減少泄漏，可以認為這個方案也解決了兩室RTO 排放不能達標的問題，其成本較低，只需要增加一個風箱及三個閥門，但RTO 系統(tǒng)的穩(wěn)定性差，每次切換閥門時，RTO 將停止排氣，風箱內(nèi)的廢氣也會影響RTO 入口壓力及風量。

若將RTO 系統(tǒng)（包括風箱）作為一個整體，RTO 系統(tǒng)非閥門切換狀態(tài)是一個穩(wěn)態(tài)的系統(tǒng)，進入RTO 的廢氣量應約等于排出RTO 的廢氣量。⑨閥門關(guān)閉后，RTO 系統(tǒng)不排氣，進氣未停止，系統(tǒng)內(nèi)的廢氣總量增加，風箱的作用是緩沖，風箱越大緩沖作用越明顯，系統(tǒng)壓力上升主要取決于風箱體積及壓力。若RTO 入口廢氣風量為20000 Nm3/h，⑨閥門關(guān)閉時間為5 s，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程計算，為保持RTO 工作壓力不變，風箱的體積應為2800 m3（風箱待工作狀態(tài)為真空，工作狀態(tài)壓力為常壓）。這個體積的風箱，制造成本非常高昂，且需要大量空間安置風箱。若風箱體積過小，可導致RTO 燃燒室高壓報警和天然氣不能進氣，甚至安全泄爆口開啟。按照其方案實施是不可行的，應對方案內(nèi)容進行調(diào)整。

圖4 是改進后帶反吹掃功能的兩室RTO 結(jié)構(gòu)，在風箱前增加一臺空氣壓縮機，⑩閥門移至風箱出口，風箱出口增加一個調(diào)節(jié)閥。工作流程為：廢氣經(jīng)入口③、④閥門進入蓄熱體A，①、②閥門關(guān)閉；廢氣經(jīng)過高溫蓄熱體A 加熱升溫進入燃燒室燃燒，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，⑩閥門打開,調(diào)節(jié)閥全開，空氣壓縮機停止，風箱由入口風機保持負壓狀態(tài)，處理合格的氣體外排至大氣。過程持續(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)，空氣壓縮機停止啟動；進出氣閥門切換，①、②閥門打開，③、④閥門關(guān)閉，⑤、⑥閥門打開，⑦、⑧閥門關(guān)閉；閥門切換時直排的廢氣由空氣壓縮機排至風箱內(nèi)，維持數(shù)秒以排盡未處理的廢氣；數(shù)秒后，⑨閥門打開，空氣壓縮機停止，恢復正常排氣；⑩閥門打開，調(diào)節(jié)閥緩慢開啟，在180 s 內(nèi)將其中存留的廢氣緩慢排入RTO 入口。

圖4 改進后帶反吹掃功能的兩室RTO 結(jié)構(gòu)

仍以RTO 入口廢氣風量為20000 Nm3/h，⑨閥門關(guān)閉時間為5 s，風箱內(nèi)壓縮廢氣壓力為0.1 MPa計算，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，風箱體積應為14 m3，若增加風箱壓縮廢氣壓力，可以縮小風箱的體積，實際設計應將風箱壓力控制在低于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機必要參數(shù)是吸氣量應大于330 Nm3/min，排氣壓力大于0.1 MPa。經(jīng)改進的兩室RTO 可以達到環(huán)保排放要求，其優(yōu)點是改造成本低，缺點是系統(tǒng)流程復雜、穩(wěn)定性差。

3 結(jié)語

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。改造成三室RTO 的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、系統(tǒng)簡單，缺點是改造成本相對較高，后續(xù)消耗天然氣增加。增加反吹掃功能的兩室RTO 優(yōu)點是改造成本低，缺點是系統(tǒng)流程復雜、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。