摘要：蓄熱燃燒（RTO）是一種廣泛應(yīng)用的治理VOCs廢氣的技術(shù)，由于廢氣具有可燃性以及運(yùn)行中存在高溫、明火等特點(diǎn)，蓄熱式熱氧化裝置運(yùn)行存在安全風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)介紹了RTO系統(tǒng)的組成，分析了系統(tǒng)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)及安全控制方式。

關(guān)鍵詞：蓄熱燃燒（RTO）;運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn);安全;控制

0 ? ?引言

隨著國家對(duì)大氣污染的整治力度加大，揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）廢氣污染情況得到了根本性的改變。蓄熱燃燒（RTO）是治理VOCs廢氣的一種技術(shù)，并以其運(yùn)行穩(wěn)定且成本低、換熱效率高、可處理大風(fēng)量低濃度廢氣、廢氣濃度較高時(shí)可進(jìn)行二次余熱回收等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各行業(yè)。

RTO技術(shù)是將有機(jī)廢氣加熱到750 ℃以上，使廢氣中的有機(jī)物在高溫下氧化分解成二氧化碳和水。由于廢氣具有可燃性以及運(yùn)行中存在高溫、明火等特點(diǎn)，蓄熱式熱氧化裝置運(yùn)行存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，所以保證裝置安全運(yùn)行，避免安全事故成為RTO系統(tǒng)運(yùn)行的核心問題。本文以某煤化工廠的RTO系統(tǒng)為例，介紹RTO系統(tǒng)的組成，分析系統(tǒng)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)及安全控制方式。

1 ? ?RTO系統(tǒng)概況

圖1為該煤化工廠RTO系統(tǒng)流程示意圖，化工區(qū)低溫甲醇洗尾氣和CO2廢氣減壓后與稀釋風(fēng)混合進(jìn)入氧化爐，廢氣中的揮發(fā)性有機(jī)物在高溫下分解成二氧化碳和水，然后通過煙囪排放;氧化爐中的富裕熱量通過余熱回收裝置產(chǎn)生低壓蒸汽，達(dá)到二次利用的目的。

如圖1所示，RTO系統(tǒng)采用三室蓄熱氧化爐，通過閥門切換的方式，利用出口高溫?zé)煔饧訜崛肟诘蜏責(zé)煔猓?duì)第三個(gè)蓄熱室進(jìn)行吹掃，提高換熱效率，降低燃?xì)夂牧?。RTO系統(tǒng)包括稀釋風(fēng)系統(tǒng)、廢氣切斷系統(tǒng)、余熱回收系統(tǒng)。其中稀釋風(fēng)由稀釋風(fēng)機(jī)供給，與廢氣混合、稀釋;廢氣切斷系統(tǒng)包括RTO入口閥和緊急旁通閥，用于在系統(tǒng)故障時(shí)切斷廢氣;余熱回收系統(tǒng)包括熱旁通閥和余熱回收裝置，負(fù)責(zé)對(duì)RTO富余的熱量進(jìn)行二次利用。

2 ? ?RTO系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)

有機(jī)廢氣具有可燃性，再加上運(yùn)行中的高溫、明火等特點(diǎn)，當(dāng)濃度超過爆炸下限時(shí)，易發(fā)生爆炸。此外，氧化爐內(nèi)熱量超過限值，也會(huì)發(fā)生超溫爆炸。

另一方面，系統(tǒng)的儀表、閥門等設(shè)備出現(xiàn)故障或突發(fā)停電、停氣等，導(dǎo)致系統(tǒng)安全自控設(shè)計(jì)失效，系統(tǒng)也會(huì)發(fā)生超溫爆炸。

3 ? ?RTO系統(tǒng)安全控制方式

3.1 ? ?控制方式總體思路

在進(jìn)行RTO系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮以下幾個(gè)方面：

（1）限制入爐廢氣濃度;

（2）疏排爐內(nèi)富余熱量;

（3）運(yùn)行超限、設(shè)備故障聯(lián)鎖停爐。

3.2 ? ?限制入爐廢氣濃度

有機(jī)物氧化分解放出大量熱量使得廢氣溫度升高，由于溫度的提高會(huì)降低有機(jī)物爆炸下限濃度，通常要控制廢氣進(jìn)口濃度<25%LEL。設(shè)計(jì)時(shí)采用變頻稀釋風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)稀釋風(fēng)量的方法控制氧化爐進(jìn)口廢氣濃度?？刂撇呗圆捎冕槍?duì)混合廢氣LEL的閉環(huán)調(diào)節(jié)，通過增減稀釋風(fēng)機(jī)頻率，調(diào)節(jié)稀釋風(fēng)量，控制廢氣進(jìn)口LEL。當(dāng)LEL增加時(shí)，加大稀釋風(fēng)量;當(dāng)LEL減小時(shí)，減小稀釋風(fēng)量。主要控制LEL在20%～25%，一般設(shè)定在20%并自動(dòng)跟蹤。

實(shí)際調(diào)試時(shí)，由于此控制系統(tǒng)存在延遲，某些時(shí)刻上游廢氣濃度變化速率過快，稀釋風(fēng)量無法快速調(diào)節(jié)，將導(dǎo)致LEL超過25%，進(jìn)而造成停爐。故對(duì)控制策略略做調(diào)整，在原控制系統(tǒng)上加入前饋控制，將上游廢氣LEL作為前饋值，當(dāng)上游廢氣濃度變化時(shí)，系統(tǒng)能夠立即調(diào)節(jié)稀釋風(fēng)量，控制LEL在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。

3.3 ? ?疏排爐內(nèi)富余熱量

氧化爐內(nèi)的富余熱量通過熱旁通閥的調(diào)節(jié)送至余熱回收裝置。通過控制燃燒室的溫度來調(diào)節(jié)熱旁通閥開度，當(dāng)燃燒室的溫度升高時(shí)，開大熱旁通閥，增加送至余熱回收裝置的熱量;當(dāng)燃燒室的溫度降低時(shí)，關(guān)小熱旁通閥，減少送至余熱回收裝置的熱量。主要控制燃燒室溫度在900～1 000 ℃，一般設(shè)定在950 ℃并自動(dòng)跟蹤。

實(shí)際調(diào)試時(shí)，為避免系統(tǒng)的外部干擾，加入混合廢氣LEL作為前饋。

若RTO系統(tǒng)未設(shè)置余熱回收裝置，可通過熱旁通閥將富余的熱量直接排至煙囪。

3.4 ? ?運(yùn)行超限、設(shè)備故障聯(lián)鎖停爐

當(dāng)入爐濃度無法限制、富余熱量無法疏放或設(shè)備故障無法運(yùn)行時(shí)，觸發(fā)系統(tǒng)聯(lián)鎖停爐。停爐時(shí)，立即關(guān)閉氧化爐入口閥，打開緊急旁通閥，切斷廢氣進(jìn)入氧化爐，將廢氣直接通過煙囪排放。同時(shí)關(guān)閉所有切換閥，保持熱旁通閥開度，將氧化爐內(nèi)的熱量通過余熱回收裝置緩慢排放。

稀釋后混合廢氣濃度超限或稀釋風(fēng)機(jī)故障跳閘判定為入爐濃度無法限制;熱旁通閥已全開但還有富余熱量、富余熱量超過余熱回收裝置限值判定為富余熱量無法疏放;蓄熱式切換閥故障，導(dǎo)致廢氣持續(xù)從一蓄熱室進(jìn)一蓄熱室出，無法切換蓄熱室;燃燒室、蓄熱室、燃燒爐出口管道溫度超限或故障，判定為系統(tǒng)故障，觸發(fā)聯(lián)鎖停爐。

此外，鑒于儀表、閥門故障或突發(fā)停電、停氣的風(fēng)險(xiǎn)及系統(tǒng)防爆與控制響應(yīng)快速性的要求，系統(tǒng)閥門選用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，氧化爐入口閥、切換閥選用氣開型閥門，緊急旁通閥選用氣關(guān)型閥門。

4 ? ?投運(yùn)效果

RTO系統(tǒng)投運(yùn)后，無論是在穩(wěn)態(tài)還是上游負(fù)荷變化時(shí)，混合廢氣的LEL均控制在20%附近，燃燒室溫度均控制在950 ℃附近?；旌蠌U氣未出現(xiàn)超限情況，且設(shè)備故障時(shí)能夠觸發(fā)聯(lián)鎖停爐，達(dá)到安全運(yùn)行的目標(biāo)。

5 ? ?結(jié)語

了解RTO系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)，有利于更好地指導(dǎo)安全運(yùn)行控制。實(shí)際運(yùn)行中，要合理控制燃燒室溫度，盡量降低燃燒器負(fù)荷，節(jié)能的同時(shí)達(dá)到安全運(yùn)行的目標(biāo)。

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收稿日期：2020-07-07

作者簡(jiǎn)介：戴尚訪（1989—），男，浙江杭州人，工程師，從事超低排放、VOCs治理等控制專業(yè)技術(shù)工作。