王 昊

九室RTO處理大風(fēng)量VOCs廢氣設(shè)備研究

王 昊

（杜爾涂裝系統(tǒng)工程（上海）有限公司，上海 201799）

以九室RTO為研究對(duì)象，介紹了多室RTO的原理，對(duì)比分析在處理同樣VOCs廢氣風(fēng)量條件下九室RTO與三室RTO、五室RTO并聯(lián)組合工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)其運(yùn)行控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，得出其在處理大風(fēng)量VOCs廢氣應(yīng)用上具有較好的優(yōu)勢(shì)及積極的現(xiàn)實(shí)意義。

九室RTO；VOCs；控制；大風(fēng)量

隨著我國(guó)節(jié)能減排和環(huán)保要求的日趨嚴(yán)格以及工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的需求提升，近年來(lái)對(duì) VOCs廢氣處理的需求增長(zhǎng)迅速。目前，不同國(guó)家關(guān)于揮發(fā)性有機(jī)物的定義不完全相同。在我國(guó)，揮發(fā)性有機(jī)物是指在20 ℃條件下飽和蒸氣壓大于或等于0.01 kPa，或者特定適用條件下具有相應(yīng)揮發(fā)性的全部有機(jī)化合物的統(tǒng)稱[1]。VOCs污染著大氣環(huán)境，在一定條件下，能參與形成二次氣溶膠，是大氣中光化學(xué)煙霧和PM2.5的重要來(lái)源[2-4]。目前VOCs廢氣有多種處理方法, 主要包括冷凝回收、溶劑吸收、活性炭吸附、等離子、生物處理和焚燒處置等[5-6]。其中，等離子、生物處理、溶劑吸收和活性炭吸附主要用于處理低濃度廢氣，冷凝回收主要用于處理高濃度廢氣，但是冷凝回收之后往往難以直接排放，所以還需要輔佐其他工藝進(jìn)行進(jìn)一步處理。以蓄熱式熱力焚化爐（RTO）為代表的VOCs燃燒法處理技術(shù)，以其具有熱效率高（可達(dá)到≥95％）、運(yùn)行成本低、能處理大風(fēng)量中低濃度廢氣、濃度稍高時(shí)還可進(jìn)行二次余熱回收等特點(diǎn)，目前已在化工、醫(yī)藥、涂裝、印刷等行業(yè)中成為越來(lái)越常用的VOCs廢氣處理方法。根據(jù)這些行業(yè)中VOCs廢氣產(chǎn)生特點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)性，RTO技術(shù)具有凈化效率高、污染物分解徹底，阻力低、風(fēng)機(jī)裝機(jī)功率小，流程短、易于維護(hù)，適用面廣、幾乎可去除所有類型的有機(jī)污染物，可處理大風(fēng)量、低濃度的廢氣，可回收熱量或蓄熱再利用，熱利用高等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)處理此類VOCs有著較廣泛的應(yīng)用前景[7-10]。

RTO作為是一種高效的VOCs廢氣處理設(shè)備，其技術(shù)自西方引入中國(guó)的時(shí)間較晚。在有機(jī)廢氣凈化諸多方法中，在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家RTO已在整個(gè)VOC廢氣凈化范圍內(nèi)起到主導(dǎo)地位[11-13]。國(guó)內(nèi)較早應(yīng)用的領(lǐng)域?yàn)橥垦b行業(yè)，其風(fēng)量大，廢氣濃度較低，一般經(jīng)濃縮轉(zhuǎn)輪提濃后進(jìn)入RTO處理。RTO焚燒爐經(jīng)過(guò)多年的應(yīng)用改進(jìn)，表現(xiàn)出一定的優(yōu)缺點(diǎn)。其主要優(yōu)點(diǎn)如下：①幾乎可以處理所有有機(jī)廢氣，特別適用于有機(jī)物含量低的碳?xì)浠衔锏姆倩慌c傳統(tǒng)的催化燃燒、直燃式熱氧化技術(shù)相比，處理大風(fēng)量、中低濃度的工業(yè)有機(jī)廢氣效果顯著，且具有凈化效率高（最高可達(dá)99%以上）、熱效率高（可達(dá)95%以上）、運(yùn)行成本低等特點(diǎn)。②可適應(yīng)廢氣中有機(jī)物組成和濃度的變化波動(dòng)，對(duì)廢氣中含有的少量粉塵等固體顆粒物不敏感，且VOCs質(zhì)量濃度達(dá)到 2 000 mg·m-3以上時(shí)，無(wú)需添加助燃燃料也可實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行。③采用蓄熱載體進(jìn)行換熱，加熱速度快，低溫?fù)Q熱效率高，排煙溫度低，節(jié)能效果顯著；較高的熱回收率使補(bǔ)充燃料的量顯著減少，大大降低生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用。④爐內(nèi)溫度整體逐漸升高且分布均勻，燃燒溫度高、速度快、噪聲低，煙氣在爐內(nèi)高溫停留時(shí)間長(zhǎng)，有效減少NOx的產(chǎn)生。⑤整個(gè)裝置的壓力損失較?。ㄒ话?3 000 Pa），有機(jī)沉積物可周期性地清除，蓄熱體可更換，裝置使用壽命較 長(zhǎng)[14-15]。RTO處理的廢氣風(fēng)量相對(duì)較小，使用兩室或三室的RTO即可滿足部分項(xiàng)目的需要。

但隨著RTO應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，國(guó)內(nèi)待處理的VOCs的行業(yè)越來(lái)越多，廢氣風(fēng)量越來(lái)越大，當(dāng)前國(guó)內(nèi)在運(yùn)行的單臺(tái)RTO處理能力已達(dá)到了 200 000 Nm3·h-1，使用的是五室RTO。近年來(lái)隨著國(guó)內(nèi)越來(lái)越嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)出臺(tái)，特別是在石油化工、煤化工行業(yè)中一些原先無(wú)處理措施或處理措施不能滿足要求的VOCs廢氣污染源也已陸續(xù)開(kāi)啟了末端治理之路，一般這些排放廢氣的組分特征大部分符合RTO可處理的要求，但其所要排放的廢氣風(fēng)量一般都較大，部分經(jīng)安全補(bǔ)風(fēng)后的廢氣風(fēng)量已超了300 000 Nm3·h-1，采用三室或五室RTO技術(shù)需要并聯(lián)多臺(tái)才可以滿足處理量，對(duì)占地、投資、系統(tǒng)安全控制等要求均具有較大的挑戰(zhàn)。為此，單臺(tái)處理更大風(fēng)量的RTO設(shè)備越來(lái)越受到重視，對(duì)解決當(dāng)前日益風(fēng)量大型化的VOCs廢氣處理具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

本文以可處理360 000 Nm3·h-1廢氣風(fēng)量的九室RTO為研究對(duì)象，闡述其運(yùn)行原理，對(duì)比分析其優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)說(shuō)明。

1 多室RTO原理

RTO，蓄熱式氧化爐，工作原理是：先將廢氣經(jīng)過(guò)蓄熱體預(yù)熱到一定的溫度，然后在燃燒室將廢氣的有機(jī)物分子氧化燃燒成二氧化碳和水。氧化燃燒產(chǎn)生的高溫氣體再流經(jīng)蓄熱體，使蓄熱體升溫，此“蓄熱的熱量”用于預(yù)熱新進(jìn)入爐膛的廢氣。蓄熱體的進(jìn)出氣不斷地被換向閥切換，形成周而復(fù)始的連續(xù)工作[16-17]。

基本工作過(guò)程為：VOCs廢氣經(jīng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)推進(jìn)或者吸入RTO進(jìn)口集風(fēng)管，切換閥引導(dǎo)氣體進(jìn)入蓄熱床，氣體在經(jīng)由陶瓷蓄熱床到燃燒室的過(guò)程中被逐漸預(yù)熱至至少760 ℃以上，在燃燒室高溫氧化分解，凈化后的高溫尾氣在通過(guò)另一陶瓷蓄熱床時(shí)會(huì)將熱量留在其中，使得出口處的蓄熱床得到加熱，凈化尾氣得到降溫，使得出口溫度略高于RTO進(jìn)口溫度。然后通過(guò)切換閥改變氣流進(jìn)入蓄熱床的方向，實(shí)現(xiàn)蓄熱區(qū)與放熱區(qū)的交替轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)最大化回收RTO內(nèi)的熱量。

塔式RTO分為偶數(shù)室RTO和奇數(shù)室RTO兩類。對(duì)于偶數(shù)室RTO設(shè)備而言，固定的兩半蓄熱室通過(guò)閥門的切換交替進(jìn)/出廢氣，即可完成釋放/吸收熱量；但是在閥門切換的時(shí)候，會(huì)有一個(gè)室體從進(jìn)氣狀態(tài)轉(zhuǎn)換為排氣狀態(tài)，這時(shí)會(huì)有一部分剛剛進(jìn)入蓄熱體甚至還未進(jìn)入蓄熱體的廢氣因?yàn)槭殷w狀態(tài)切換為排氣狀態(tài)而直接從設(shè)備中排出，這部分氣體并未經(jīng)過(guò)高溫區(qū)間，在其中的VOC并未得到分解，濃度相對(duì)較高。又因?yàn)镽TO系統(tǒng)狀態(tài)切換較為頻繁，所以偶數(shù)室體的RTO效率會(huì)因此而降低。而對(duì)于奇數(shù)室體RTO設(shè)備而言，會(huì)留有一個(gè)蓄熱室進(jìn)行清掃處理，這樣使得殘余的未反應(yīng)完全的有機(jī)廢氣被重新返吹掃至爐膛內(nèi)進(jìn)行氧化，可以很好地保證尾氣的處理效率。一般偶數(shù)室體RTO的VOCs的去除率只有95%以上，而奇數(shù)室體RTO的VOCs的去除率可達(dá)到99%以上。因此，當(dāng)前國(guó)內(nèi)主流的RTO廢氣處理設(shè)備一般為奇數(shù)室體。

2 九室RTO與并聯(lián)組合RTO技術(shù)可行性對(duì)比

以所處理VOCs廢氣風(fēng)量為360 000 Nm3·h-1為例，可選擇的RTO技術(shù)方案有3種，分別為：?jiǎn)闻_(tái)九室RTO直接處理、兩臺(tái)五室RTO并聯(lián)處理、四臺(tái)三室RTO并聯(lián)處理。以下對(duì)這3種方案路線進(jìn)行技術(shù)可行性的對(duì)比。

2.1 方案介紹

2.1.1 單臺(tái)九室RTO

九室RTO系統(tǒng)示意圖如圖1所示。其僅使用一臺(tái)9室RTO來(lái)處理360 000 Nm3·h-1的有機(jī)廢氣，正常運(yùn)行時(shí)采用“四進(jìn)四出一吹掃” 即4個(gè)蓄熱室同時(shí)進(jìn)氣，4個(gè)蓄熱室同時(shí)排氣，剩余1個(gè)蓄熱室進(jìn)行吹掃的模式進(jìn)行循環(huán)處理。

圖1 九室RTO系統(tǒng)示意圖

單臺(tái)九室RTO系統(tǒng)主要包括上室體和下室體及配套設(shè)備3部分，其中上室體包括燃燒室和蓄熱室。蓄熱室共有9個(gè)室體，每個(gè)室體有單獨(dú)的蓄熱填料床；燃燒室包含有由多個(gè)燃燒器組成的燃燒系統(tǒng)。下室體主要為進(jìn)出風(fēng)風(fēng)道及吹掃系統(tǒng)，風(fēng)道內(nèi)每個(gè)室體擁有一個(gè)進(jìn)氣切換閥門，一個(gè)排氣切換閥門和一個(gè)吹掃閥門。配套廢氣輸送系統(tǒng)主要由前置風(fēng)機(jī)或后置風(fēng)機(jī)、吹掃風(fēng)機(jī)等組成。

蓄熱填料床中裝有陶瓷填料，并襯有一個(gè)絕熱層，用于隔絕反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的高溫。燃燒室位于蓄熱填料床的上方，將蓄熱填料床相互連通，燃燒室內(nèi)襯有纖維保溫材料。燃燒器系統(tǒng)帶有單獨(dú)的燃燒空氣接頭，設(shè)于RTO蓄熱式氧化爐的一側(cè)，操作人員易于接近進(jìn)行各種必要的操作。

廢氣輸送系統(tǒng)包含廢氣管道、凈化氣管道、與RTO蓄熱式氧化爐整合為一體的具有氣密性的廢氣入口閥和凈化氣體出口閥以及吹掃氣體出口風(fēng)閥。其中廢氣入口閥門和凈化氣體出口閥門對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的處理效率的影響尤為重要，因?yàn)槌祾呤殷w以外，其余室體的廢氣入口閥和凈化氣體出口閥均處于一個(gè)打開(kāi)一個(gè)關(guān)閉的狀態(tài)，一旦關(guān)閉的閥門存在泄漏情況，將出現(xiàn)廢氣從入口閥門進(jìn)入，并直接從出口閥門離開(kāi)設(shè)備不經(jīng)過(guò)燃燒室的情況，會(huì)直接影響設(shè)備的處理效率。切換風(fēng)閥均位于蓄熱填料床的底部，以便于進(jìn)入維護(hù)。

RTO蓄熱式氧化爐為循環(huán)式運(yùn)行。廢氣氣流首先經(jīng)過(guò)由時(shí)間進(jìn)行控制的切換風(fēng)門進(jìn)入到4個(gè)蓄熱填料床中，從下往上流過(guò)熱填料床，在這一過(guò)程中廢氣與蓄熱填料接觸傳熱，蓄熱填料因?yàn)闇囟容^高，將熱量傳與廢氣，廢氣在過(guò)程中進(jìn)行升溫，同時(shí)蓄熱填料降溫，在此過(guò)程中，廢氣得到預(yù)熱，大部分的烴被氧化。之后到達(dá)燃燒室，在此廢氣被加熱到最終反應(yīng)溫度，剩余的烴被完全氧化。最后，被氧化后的高溫凈化氣從上往下流過(guò)另外4個(gè)填料床，在這一過(guò)程中廢氣與蓄熱填料接觸傳熱，廢氣因?yàn)闇囟容^高，將熱量傳與蓄熱填料，廢氣在過(guò)程中進(jìn)行降溫，同時(shí)蓄熱填料升溫，在此過(guò)程中，廢氣降溫，而蓄熱填料儲(chǔ)存了大量的能量。隨后儲(chǔ)存足夠能量的填料床將成為下一個(gè)循環(huán)中的廢氣輸入床，再次將儲(chǔ)存的熱量傳遞給輸入的廢氣。

在室體完成進(jìn)氣過(guò)程后，為了防止沒(méi)有進(jìn)入蓄熱室而沒(méi)有被氧化的廢氣直接通過(guò)排氣過(guò)程排出設(shè)備，部分高溫潔凈氣體將從燃燒室進(jìn)入蓄熱室，然后通過(guò)吹掃管路回到設(shè)備前端作為廢氣重新輸入到設(shè)備中，在此過(guò)程中，高溫的潔凈氣的流動(dòng)會(huì)不斷地對(duì)室體進(jìn)行吹掃清潔，使其能夠作為下個(gè)周期的輸出室。

系統(tǒng)具有較高的熱效率，放熱氧化反應(yīng)所釋放的熱量大多數(shù)的時(shí)間可以維持自燃的運(yùn)行，也就是不需要消耗額外的天然氣。在自燃的運(yùn)行模式，燃燒器系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。

在RTO爐起爐和停爐降溫過(guò)程中，因?yàn)闋t膛內(nèi)溫度不足以將廢氣完全分解，所以考慮處理效率及安全因素，RTO蓄熱式氧化爐的啟動(dòng)和停車僅使用新鮮風(fēng)。

RTO采用低負(fù)荷啟動(dòng)和預(yù)熱，此時(shí)天然氣燃燒器系統(tǒng)投入使用，但是為了減少能量消耗，降低運(yùn)行費(fèi)用，啟動(dòng)及預(yù)熱時(shí)將以較低風(fēng)量運(yùn)行，且為了防止出現(xiàn)較大的熱震并保護(hù)蓄熱填料的壽命，升溫速度將按照升溫曲線嚴(yán)格控制。

2.1.2 兩臺(tái)五室RTO并聯(lián)

兩臺(tái)五室RTO并聯(lián)系統(tǒng)示意圖如圖2所示。因?yàn)槲迨殷wRTO同時(shí)進(jìn)入廢氣的室體數(shù)量只有2個(gè)，較九室體RTO減少了一半，所以處理相同風(fēng)量的有機(jī)廢氣如果使用五室體RTO最少需要兩臺(tái)并聯(lián)。每臺(tái)五室體RTO正常運(yùn)行時(shí)采用“二進(jìn)二出一吹掃” 即2個(gè)蓄熱室同時(shí)進(jìn)氣，2個(gè)蓄熱室同時(shí)排氣，剩余1個(gè)蓄熱室進(jìn)行吹掃的模式進(jìn)行循環(huán)處理。

圖2 兩臺(tái)五室RTO并聯(lián)系統(tǒng)示意圖

單臺(tái)五室RTO系統(tǒng)主要包括上室體和下室體及配套設(shè)備3部分，其中上室體包括燃燒室和蓄熱室。蓄熱室共有5個(gè)室體，每個(gè)室體有單獨(dú)的蓄熱填料床；燃燒室包含有由多個(gè)燃燒器組成的燃燒系統(tǒng)。下室體主要為進(jìn)出風(fēng)風(fēng)道及吹掃系統(tǒng)，風(fēng)道內(nèi)每個(gè)室體擁有一個(gè)進(jìn)氣切換閥門，一個(gè)排氣切換閥門和一個(gè)吹掃閥門。配套廢氣輸送系統(tǒng)主要由前置風(fēng)機(jī)或后置風(fēng)機(jī)、吹掃風(fēng)機(jī)等組成。

除了室體數(shù)量和燃燒器數(shù)量與九室體RTO不同以外，五室體RTO的主體結(jié)構(gòu)與九室體RTO基本相同。但是九室體因?yàn)樵谝粋€(gè)循環(huán)內(nèi)需要吹掃的室體數(shù)量較多，所以其閥門切換頻率較高。

2.1.3 四臺(tái)三室RTO并聯(lián)

四臺(tái)三室RTO并聯(lián)系統(tǒng)示意圖如圖3所示。因?yàn)槿殷wRTO同時(shí)進(jìn)入廢氣的室體數(shù)量只有1個(gè)，較五室體RTO又減少了一半，所以處理相同風(fēng)量的有機(jī)廢氣如果使用三室體RTO最少需要4臺(tái)并聯(lián)。三室體RTO為奇數(shù)室體RTO中的最小設(shè)備，廣泛應(yīng)用于各類低風(fēng)量項(xiàng)目中，也是業(yè)內(nèi)最成熟的產(chǎn)品。每臺(tái)三室體RTO在正常運(yùn)行時(shí)采用“一進(jìn)一出一吹掃”即1個(gè)蓄熱室進(jìn)氣，1個(gè)蓄熱室排氣，剩余1個(gè)蓄熱室進(jìn)行吹掃的模式進(jìn)行循環(huán)處理。對(duì)風(fēng)量較小的三室體RTO而言，可以設(shè)置單燃燒器維持爐膛溫度穩(wěn)定以進(jìn)一步降低成本。

單臺(tái)三室RTO系統(tǒng)主要包括上室體和下室體及配套設(shè)備3部分，其中上室體包括燃燒室和蓄熱室。蓄熱室共有3個(gè)室體，每個(gè)室體有單獨(dú)的蓄熱填料床，燃燒室包含有由一或多個(gè)燃燒器組成的燃燒系統(tǒng)。下室體主要為進(jìn)出風(fēng)風(fēng)道及吹掃系統(tǒng)，風(fēng)道內(nèi)每個(gè)室體擁有一個(gè)進(jìn)氣切換閥門，一個(gè)排氣切換閥門和一個(gè)吹掃閥門。配套廢氣輸送系統(tǒng)主要由前置風(fēng)機(jī)或后置風(fēng)機(jī)、吹掃風(fēng)機(jī)等組成。

除了室體數(shù)量和燃燒器數(shù)量與九室體RTO不同以外，三室體RTO的主體結(jié)構(gòu)與九室體RTO相同。

圖3 四臺(tái)三室RTO并聯(lián)系統(tǒng)示意圖

2.2 性能與可行性對(duì)比

對(duì)3種系統(tǒng)的性能與可行性進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表1所示。

表1 性能對(duì)比詳表（360 000 Nm3·h-1)

可靠性方面：經(jīng)過(guò)HSE風(fēng)險(xiǎn)矩陣和RPN風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)評(píng)估后可發(fā)現(xiàn)，九室體RTO在S（嚴(yán)重）和D（檢測(cè)）方面與三室RTO、五室RTO差距不大，但是在LO（可能性）方面因?yàn)槠漭^少的儀表和設(shè)備數(shù)量有著至少24%的優(yōu)勢(shì)。在此方面，因?yàn)榫攀殷w整個(gè)系統(tǒng)相較于五室體及三室體來(lái)講更簡(jiǎn)單，控制更為便捷，所以因?yàn)閮x表閥門數(shù)量的減少，極大地增加了其可靠性。

達(dá)標(biāo)性與節(jié)能性方面，三者沒(méi)有太大的差異。

實(shí)用性方面：上表可以看出4臺(tái)三室RTO與2臺(tái)五室RTO的占地面積均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單臺(tái)九室RTO的占地面積。而且從布局角度來(lái)看，4臺(tái)三室RTO與2臺(tái)五室RTO之間并聯(lián)，設(shè)備區(qū)域接近方形，管路較單臺(tái)九室RTO復(fù)雜很多，增加了后期維護(hù)、檢修、拆卸及吊裝的成本，所以單臺(tái)九室RTO具有較優(yōu)的實(shí)用性，可以利用盡量小的占地需求來(lái)滿足廢氣處理的需要，同時(shí)又兼顧了后期巡檢維護(hù)的便捷性。

經(jīng)濟(jì)性方面：三室RTO和五室RTO與九室RTO設(shè)備相比，九室體RTO總室體數(shù)量少，使得其保溫、蓄熱材料、儀表等成本均有所降低。又因?yàn)榫攀襌TO僅需要1臺(tái)，而三到五室RTO需要多臺(tái)，所以三到五室RTO的切斷閥門、熱旁通閥門、壓差傳感器、RTO風(fēng)機(jī)、燃燒器等設(shè)備及儀表的數(shù)量均隨著RTO數(shù)量增多而直線上升，成本也相應(yīng)的增加。從運(yùn)行成本考慮，因?yàn)槿襌TO、五室RTO與九室RTO的設(shè)備運(yùn)行原理相同，在總風(fēng)量、阻力及熱工計(jì)算幾乎相同時(shí)，九室RTO的運(yùn)行成本僅因?yàn)槠漭^少的散熱量而有微弱優(yōu)勢(shì)。節(jié)能降耗要從長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃和設(shè)計(jì)開(kāi)始：可以用優(yōu)化的思想對(duì)待新建、改擴(kuò)建煉油裝置系統(tǒng)進(jìn)行整體的布局，做好總體優(yōu)化工作，從規(guī)劃和設(shè)計(jì)開(kāi)始就深入節(jié)能理念，這點(diǎn)是非常重要的[18]。所以從經(jīng)濟(jì)性上講，單臺(tái)九室RTO是最低的，尤其在投資成本上具有較大的優(yōu)勢(shì)。

因此綜合以上，處理此大風(fēng)量廢氣使用單臺(tái)在九室RTO具有非常優(yōu)秀的實(shí)用性、可靠性及經(jīng)濟(jì)性。

2.3 九室RTO優(yōu)缺點(diǎn)

九室RTO的優(yōu)點(diǎn)：因?yàn)榫攀殷wRTO作為目前單體設(shè)備最大的RTO設(shè)備，與多設(shè)備并聯(lián)相比，有著多重優(yōu)勢(shì)，不僅便于施工撬裝，而且因?yàn)槠洳季趾侠硇苑奖阊惨暀z修；較少的塔與儀表數(shù)量，較少的管道與閥門，簡(jiǎn)單的控制邏輯，且不存在設(shè)備之間的風(fēng)量平衡問(wèn)題，九室體RTO還有著更高的設(shè)備可靠性。另外，對(duì)工況變化較大的工況，九室體RTO的風(fēng)量可調(diào)整性更高，可以從8%～100%連續(xù)變化，但是多設(shè)備并聯(lián)時(shí)，對(duì)于低風(fēng)量工況只能臨時(shí)離線設(shè)備，但是離線的設(shè)備需要熱備以應(yīng)對(duì)高風(fēng)量工況，極大地增加了運(yùn)行費(fèi)用，所以九室體RTO還有著對(duì)工況變化的高適應(yīng)性。

九室RTO的缺點(diǎn)：因?yàn)閱闻_(tái)設(shè)備室體較多，所以對(duì)設(shè)計(jì)不合理的九室體RTO會(huì)出現(xiàn)室體風(fēng)量不均勻的情況，而室體風(fēng)量不均勻會(huì)導(dǎo)致室體溫度的不平均，對(duì)于溫度較低的室體，會(huì)出現(xiàn)處理效率不佳的情況，甚至在自持工況下出現(xiàn)失溫的情況，所以九室體RTO因?yàn)槠漭^高的技術(shù)含量導(dǎo)致市場(chǎng)技術(shù)成熟可靠的產(chǎn)品較少，僅有少量有較強(qiáng)研發(fā)實(shí)力的企業(yè)可以設(shè)計(jì)、制造九室體RTO并有成熟應(yīng)用的案例。

3 九室RTO控制系統(tǒng)

3.1 RTO 閥組控制

RTO設(shè)備是通過(guò)閥門的開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)氣體流向的改變。對(duì)于九室RTO有27個(gè)切換閥門，每個(gè)床層都對(duì)應(yīng)有進(jìn)氣閥、排氣閥、吹掃閥3個(gè)閥門，同一時(shí)刻，每個(gè)床層打開(kāi)1個(gè)且互不相同的閥門，通過(guò)27個(gè)閥門的周期切換，實(shí)現(xiàn)對(duì)9個(gè)床的進(jìn)氣、排氣及吹掃階段的周期性轉(zhuǎn)換。對(duì)于九室RTO來(lái)說(shuō)，27個(gè)閥門程序切換的控制系統(tǒng)好壞直接影響著RTO的運(yùn)行穩(wěn)定性與凈化效率。1個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)，27個(gè)閥門的狀態(tài)如表2所示。

表2 九室RTO 1個(gè)循環(huán)周期閥門狀態(tài)

九室RTO閥組控制一個(gè)大循環(huán)需要如下9個(gè)操作階段。

第1個(gè)操作階段：待處理的有機(jī)廢氣在入口風(fēng)機(jī)作用下通過(guò)蓄熱室1、3、5、7輸送至燃燒室，從而廢氣流經(jīng)該室內(nèi)的高溫蓄熱陶瓷床，其在工藝中冷卻下來(lái)，廢氣中的部分VOCs在這個(gè)階段被氧化。

在有機(jī)廢氣流經(jīng)燃燒室時(shí)，廢氣中所含有的污染物在燃燒器或VOCs分解放熱的設(shè)定溫度下發(fā)生氧化分解。接下來(lái)，高溫凈化氣體流經(jīng)室2、4、6、8，并加熱室2、4、6、8中的冷陶瓷床。

在第1個(gè)操作階段中，室9在工藝空氣條件下進(jìn)行吹掃。吹掃風(fēng)機(jī)直接把氣體從蓄熱床底部吹到陶瓷蓄熱體的上部進(jìn)入燃燒室。

第2個(gè)操作階段：需要凈化的有機(jī)廢氣通過(guò)蓄熱室1、3、5、8輸送至燃燒室，從而廢氣流經(jīng)該室內(nèi)的高溫陶瓷床。工藝空氣中的部分VOCs在其中被氧化。

在有機(jī)廢氣流經(jīng)燃燒室時(shí)，廢氣中所含有的污染物在燃燒器或VOCs分解放熱的設(shè)定溫度下發(fā)生氧化分解。接下來(lái)，高溫凈化氣體流經(jīng)室2、4、6、9，并加熱以上4個(gè)室中的冷陶瓷床。

在第2個(gè)操作階段中，室7在工藝空氣條件下進(jìn)行吹掃。吹掃風(fēng)機(jī)直接把氣體從蓄熱床底部吹到陶瓷蓄熱體的上部進(jìn)入燃燒室。

第3個(gè)操作階段：類似上階段操作流程，蓄熱室1、3、6、8進(jìn)氣閥門打開(kāi)使廢氣進(jìn)入，蓄熱室2、4、7、9排氣閥門發(fā)開(kāi)排出凈化氣，蓄熱室5打開(kāi)吹掃閥門進(jìn)行吹掃。

第4個(gè)操作階段：類似上階段操作流程，蓄熱室1、4、6、8進(jìn)氣閥門打開(kāi)使廢氣進(jìn)入，蓄熱室2、5、7、9排氣閥門發(fā)開(kāi)排出凈化氣，蓄熱室3打開(kāi)吹掃閥門進(jìn)行吹掃。

第5個(gè)操作階段：類似上階段操作流程，蓄熱室2、4、6、8進(jìn)氣閥門打開(kāi)使廢氣進(jìn)入，蓄熱室3、5、7、9排氣閥門發(fā)開(kāi)排出凈化氣，蓄熱室1打開(kāi)吹掃閥門進(jìn)行吹掃。

第6個(gè)操作階段：類似上階段操作流程，蓄熱室2、4、6、9進(jìn)氣閥門打開(kāi)使廢氣進(jìn)入，蓄熱室1、3、5、7排氣閥門發(fā)開(kāi)排出凈化氣，蓄熱室8打開(kāi)吹掃閥門進(jìn)行吹掃。

第7個(gè)操作階段：類似上階段操作流程，蓄熱室2、4、7、9進(jìn)氣閥門打開(kāi)使廢氣進(jìn)入，蓄熱室1、3、5、8排氣閥門發(fā)開(kāi)排出凈化氣，蓄熱室6打開(kāi)吹掃閥門進(jìn)行吹掃。

第8個(gè)操作階段：類似上階段操作流程，蓄熱室2、5、7、9進(jìn)氣閥門打開(kāi)使廢氣進(jìn)入，蓄熱室1、3、6、8排氣閥門發(fā)開(kāi)排出凈化氣，蓄熱室4打開(kāi)吹掃閥門進(jìn)行吹掃。

第9個(gè)操作階段：類似上階段操作流程，蓄熱室3、5、7、9進(jìn)氣閥門打開(kāi)使廢氣進(jìn)入，蓄熱室1、4、6、8排氣閥門發(fā)開(kāi)排出凈化氣，蓄熱室2打開(kāi)吹掃閥門進(jìn)行吹掃。

可以看到，經(jīng)過(guò)以上9個(gè)操作階段后，室體狀態(tài)將重新回到第一階段的位置，完成了1個(gè)大循環(huán)。接下來(lái)將重復(fù)該循環(huán)操作，如此不斷地交替進(jìn)行。通常情況下1個(gè)循環(huán)周期的時(shí)間為270～540 s。

因?yàn)镽TO每個(gè)室體狀態(tài)的切換均通過(guò)3個(gè)閥門控制（進(jìn)氣閥門、排氣閥門、吹掃閥門），所以閥門開(kāi)關(guān)位置直接決定了室體的狀態(tài)，同樣經(jīng)過(guò)以上9個(gè)操作階段后，閥門也將重新回到第一階段的位置，同樣完成1個(gè)大循環(huán)。隨后重復(fù)該循環(huán)操作，如此不斷地交替進(jìn)行。在大循環(huán)中，各個(gè)階段下蓄熱室的狀態(tài)見(jiàn)表3。

表3 九室RTO 1個(gè)循環(huán)周期蓄熱室狀態(tài)

3.2 RTO 工藝安全控制

RTO安全性能指標(biāo)的高低直接決定了系統(tǒng)的安全性的強(qiáng)弱。九室RTO系統(tǒng)工藝安全系統(tǒng)的幾個(gè)關(guān)鍵要點(diǎn)如下：

1）設(shè)置氣體濃度LEL監(jiān)測(cè)與稀釋/緊急旁通閥門聯(lián)鎖，有效控制有機(jī)廢氣濃度或緊急情況下安全排放。 在廢氣濃度過(guò)高時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)加大稀釋風(fēng)量以保證廢氣濃度的安全穩(wěn)定。同時(shí)，設(shè)置LEL還能保證系統(tǒng)可以檢測(cè)因前端異常導(dǎo)致的廢氣濃度極高的異常工況，可以控制系統(tǒng)安全離線。

2）RTO爐下室體床層溫度及排放溫度與進(jìn)氣量/燃燒器等進(jìn)行實(shí)時(shí)聯(lián)鎖，用于控制燃燒室溫度。

3）設(shè)置RTO爐的過(guò)熱保護(hù)措施，當(dāng)燃燒室溫度過(guò)高時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)調(diào)節(jié)燃燒器、高溫泄放系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)和吹掃系統(tǒng)的動(dòng)作以確保系統(tǒng)燃燒室溫度的穩(wěn)定性。

4）RTO熱氧化室與風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的聯(lián)鎖控制，保證設(shè)備的正常運(yùn)行，防止通風(fēng)不足的情況，以確保RTO室體內(nèi)殘存VOC的清除。

5）廢氣溫度與RTO的聯(lián)鎖控制，避免廢氣高沸點(diǎn)組分在RTO下室體冷凝和沉積，防止冷凝處VOC集聚從而引起安全風(fēng)險(xiǎn)。

6）排煙溫度與進(jìn)氣閥門聯(lián)鎖控制，當(dāng)排煙溫度超過(guò)限定值后，進(jìn)氣閥門主動(dòng)關(guān)閉，同時(shí)自動(dòng)打開(kāi)旁通緊急排放閥，確保廢氣不會(huì)在煙氣分布室中著火燃燒。

7）設(shè)置燃燒器安全管理系統(tǒng)時(shí)時(shí)監(jiān)控燃燒過(guò)程的安全。通過(guò)燃?xì)飧邏郝?lián)鎖、燃?xì)獾蛪郝?lián)鎖、助燃風(fēng)低壓聯(lián)鎖、管路系統(tǒng)檢漏聯(lián)鎖、UV火焰監(jiān)測(cè)聯(lián)鎖、調(diào)節(jié)閥門開(kāi)度檢測(cè)等措施，使得檢測(cè)系統(tǒng)與強(qiáng)制通風(fēng)和燃燒器供氣閥進(jìn)行聯(lián)鎖控制以保證系統(tǒng)安全。

4 結(jié) 論

九室體RTO屬于目前市面上能處理最大量VOCs的單體RTO設(shè)備，它有著和三室體五室體RTO相同且成熟的切換邏輯和經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的安全控制連鎖，并且九室體以其優(yōu)秀的可靠性、方便的易檢修性和較大的風(fēng)量可調(diào)區(qū)間在大風(fēng)量項(xiàng)目中具有著不可替代的位置。雖然目前能夠研發(fā)和制造九室體RTO的供應(yīng)商仍屬鳳毛麟角，但是隨著市場(chǎng)的逐漸成熟，九室體RTO在將來(lái)會(huì)是高風(fēng)量項(xiàng)目，諸如煤化、石化等行業(yè)VOC治理的主流設(shè)備。

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Application Research of Nine-chamber RTO Equipment for Treating VOCs Waste Gas With Large Air Volume

（Durr Paintshop System Engineering (Shanghai) Co., Ltd., Shanghai 201799, China）

Taking the nine-chamber RTO as the research object, the principle of multi-chamber RTO was introduced. The advantages and disadvantages of the nine-chamber RTO process and the parallel combination process of three-chamber RTO and five-chamber RTO under the condition of dealing with the same VOCs exhaust air volume were compared and analyzed. at the same time, its operation control system was expounded in detail. In conclusion, nine-chamber RTO has advantages and positive practical significance in treating large air volume VOCs exhaust gas.

Nine-chamber RTO; VOCs; Control system; Large air volume

2021-08-20

王昊（1986-），女，遼寧省鞍山市人，工程師，碩士，2011畢業(yè)于瑞典皇家工學(xué)院環(huán)境工程專業(yè)，研究方向：焚燒系統(tǒng)。

X701

A

1004-0935（2021）12-1887-07