导读：目前应用的处理 VOCs 的方法很多, 主要有回收、吸附、冷凝、膜分离、燃烧、光催化技术等。《江苏省重点行业挥 发性有机物污染控制指南》 (苏环办﹝ 2014 ﹞ 128 号)中指出: “对于 1000 ~ 5000 ppm 的中等浓度 VOCs 废气, 不具备回收价值的可采用催化燃烧、 RTO 炉高温焚烧等技术净化后达标排放冶。现阶段 RTO 技术已越来越广泛地应用于化工、 农药、 制药、 喷涂等高污染行业产生的 VOCs 废气的最终处理, 并取得了较好的处理效果。
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RTO 的工作原理
RTO( Regenerative Thermal Oxidation), 即蓄热式热氧化, 是一种配有蓄热床层的热力燃烧方式。蓄热燃烧系统主要由燃烧装置、蓄热室(内有蓄热体)、换向系统、排烟系统和连接管道五部分组成。
用于处理 VOCs 的蓄热燃烧系统至少配有两个蓄热室, 交替进行蓄热和放热作业; 若处理废气易导致蓄热体玷污, 还需配备清洗室, 构成三室(或多室)式蓄热燃烧系统。
三室 RTO 焚烧炉是目前主流的应用装置, 其工作原理为: 将有机废气加热至 700 益以上, 使废气中的有机物氧化分解成二氧化碳和水; 氧化反应产生的高温气体流经蓄热体, 使蓄热体升温而 “蓄热冶, 并用于预热后续进入的有机废气, 从而节省废气升温所消耗的燃料量; 蓄热体分为三个室, 每个室依次经历“蓄热—放热—清扫冶等程序, 周而复始, 连续工作; 蓄热室 “放热冶后立即引入适量洁净空气对该室进行清扫, 待清扫完成后才能进入 “蓄热冶程序; 处理后的尾气由风机引至排气筒排放。三室 RTO 焚烧炉的工作流程示意图见图 1。
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三室 RTO 焚烧炉的适用条件及运行要求
1） 适用条件
(1)风量: 10000 ~30000 m³ / h;
(2)浓度: 1000 ~ 8000 mg / m³ ;
(3)燃烧室设计温度: 850 益 以上, 实际运行温度: 700 益 以 上;
(4)装置热利用效率: 90% 以上;
(5) 处理效率: 95% ~ 99% ;
(6)助燃燃料: 天然气、 柴油或废溶剂。
2） 运行要求
(1)废气入炉前根据其成分、 热值等参数进行搭配, 生产过程及设备检修吹扫过程中均必须保证焚烧炉始终处于稳定运行状态;
(2)进料口须保持气密性, 进料系统应处于微负压状态, 防止气体逸出;
(3) 炉膛实际运行温度必须高于 700 益 , 才可能达到 95% 以上破坏去除率;
(4)燃烧室耐火材料的质量须达到相应的技术标准, 技术性能应满足燃烧气氛的要求, 并能够承受炉膛工作状态的交变热应力;
(5)配备自动监控及反馈系统, 对主要工艺参数进行自动调节, 并在线显示运行工况和尾气排放参数;
(6)安装防爆门或其他防爆设施, 燃烧室后设置紧急排放烟囱, 并设置联动装置使其只能在事故或紧急状态时才可启动。
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三室 RTO 焚烧炉经过多年的应用改进, 表现出一定的优缺点。其主要优点如下:
(1)几乎可以处理所有有机废气, 特别适用于有机物含量低的碳氢化合物的焚化; 与传统的催化燃烧、直燃式热氧化技术相比, 处理大风量、 中低浓度的工业 有机废气效果显著, 且具有净化效率高(最高可达 99% 以上)、 热效率高(可达 95% 以上)、 运行成本低等特点。
(2)可适应废气中有机物组成和浓度的变化波动, 对废气中含有少量粉尘等固体颗粒物不敏感, 且 VOCs 浓度达到 2000 mg / m³以上时, 无 需添加助燃燃料也可实现正常运行。
(3)采用蓄热载体进行换热, 加热速度快, 低温换热效率高, 排烟温度低, 节能效果显著; 较高的热回收率使补充燃料的量显著减少, 大大降低生产运行费用。
(4)炉内温度整体逐渐升高且分布均匀, 燃烧温度高、 速度快、 噪声低, 烟气在炉内高温停留时间长, 有效减少 NOx的产生。
(5) 整个装置的压力损失较小(一般<3000 Pa), 有机沉积物可周期性地清除, 蓄热体可更换,装置使用寿命较长。
(1)不适合处理小风量、 高浓度的有机废气, 也不适合处理含有较多硅树脂、S、Cl 等物质的有机废气, 处理含苯环和卤素的废气时, 易产生二噁英。
(2) 焚烧炉中采用陶瓷蓄热体, 装置重量大、 容积大, 前期投资费用较高; 系统要求尽可能连续操作, 若间歇操作, 使用成本较高。
(3)系统的关键器件———燃烧器以产生高温燃气为目标, 但高温、富氧条件不可避免会促进热力型 NOx的形成; 处理闪点低、 挥发性强的有机物时, 即使废气浓度明显低于爆炸下限,装置仍可能会发生爆炸事故。
(4)若气体和燃料的配比参数选取不合适, 易造成燃烧不充分, 燃烧室温度出现波动, 炉膛内的局部高温会熔化蓄热体, 降低装置的 使用寿命。
(5)目前较多使用的蓄热体为蜂窝陶瓷体, 在高温下容易发生粘堵, 使焚烧炉的安全生产受到威胁; 蓄热体在长时间在温度变化大且具有腐蚀性的环境中运行, 对蓄热材料的抗热震稳定性能要求较高。
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VOCs 来源复杂且种类繁多、 性状不一、 易于挥发等特征决定了其有别于烟尘、 SO2和 NOx等污染物。 RTO 焚烧炉对于大风量、中低浓度的有机废气的处理效果较好, 在当前能源价格飙升的背景下, 以资源循环利用为目的的 RTO 处理 VOCs 废 气技术具有广阔的前景。 考虑到 RTO 在应用中的不足之处, 今后一段时间里, 如何降低设备造价、 提高装置的安全稳定性以 及避免二噁英、 NOx等副产物产生等问题还需要继续探索和改 进。VOCs治理是一项系统工程, 单一的末端处理无法从根本 上解决废气污染问题。因此, 必须从源头控制、工艺优化、装 备提升、协同治理、强化监管等方面进行全面控制, 才能切实有效地解决挥发性有机废气的污染问题。