VOCs废气治理中焚烧工艺的选择.docx

VOCs废气治理中焚烧工艺的选择随着国家对大气污染的整治力度加大，工业VOCs废气污染情况得到了根本 性的改变，根据对废气治理装置运行的稳定性、治理效果的可靠性、废气种类的 广适性、工艺的安全性等要求，大部分地方政府颁发的VOCs治理政策指导意见 中废气治理工艺基本上是吸附、吸收、热分解(焚烧)3种工艺及其组合工艺 尽管溶剂回收套用可以节约自然资源并显著降低企业运行成本，但各种工业规范 严重限制了溶剂回收工艺的应用如果回收的溶剂本身纯化回用，则安监部门要求企业的纯化装置须按甲类装 置设计、施工、管理，要取得危化品安全生产许可证；如果回收的溶剂委托外单 位纯化，环保部门要求按危险废物开具五联单并委托有资质单位处理才能转移， 这些规范要求极大增加了企业的运营成本和管理风险，因此除本身已经具备相应 条件的化工企业外的其他企业的废气治理装置大部分采用热分解工艺将有机物 废气一烧了之焚烧)热分解工艺成为VOCs废气治理的主流后技术装备上得到了很大发 展提升，但由于很多环保公司的工程设计人员与业主单位缺乏在初始设计时深入 沟通、装置运行时及时反馈、事故出现时的有效解决方案，使其不了解热分解工 艺特性盲目设计，导致各地频频出现装置爆炸、高能耗停开、装置故障率高等现 象，严重影响了企业的正常生产经营，也给整个废气环保行业发展带来了很多负 面因素。

1热分解工艺简述热分解工艺一般分为直燃(TO)、蓄热燃烧(RTO)、催化燃烧(CO)、蓄热催化燃烧 (RCO)4种，只是燃烧方式和换热方式的两两不同组合，主要可以用于处理吸附 浓缩气，也可以用于直接处理废气浓度〉3.5g/m3的中高浓度废气1) TO是将高浓废气送入燃烧室直接燃烧(燃烧室内一般有一股长明火)，废气中 有机物在750°C以上燃烧生成CO2和水，高温燃烧气通过换热器与新进废气间接 换热后排掉，换热效率一般＜60%导致运行成本很高，只在少数能有效利用排放 余热或有副产燃气的企业中应用2) RTO的燃烧方式与TO相同，只是将换热器改为蓄热陶瓷，高温燃烧气与新进 废气交替进入蓄热陶瓷直接换热，热量利用率可提高到90%以上，理念先进，运 行成本较低，是目前国家主推的废气治理工艺3) CO是采用贵重金属催化剂降低废气中有机物与O2的反应活化能，使得有机 物可以在250〜350°C较低的温度就能充分氧化生成CO2和H2O,属无焰燃烧，高 温氧化气通过换热器与新进废气间接换热后排掉，热量利用率一般＜75%，常用 于处理吸附剂再生脱附出来的高浓废气4) RCO燃烧方式与CO相同，换热方式与RTO相同，由于投资堪比RTO，能处理 的废气种类受催化剂影响又比RTO少，所以很少用企业采用RCO工艺。

热分解以 RTO和CO的应用例子较多，如果用于处理吸附脱附的浓缩气，两者差别不大， 但若直接处理中高浓度废气时有很大区别，需要企业认真对待常见的RTO和CO装置工艺流程如图1、图21…空气过滤器；2—助燃风机；3-H IO风机；4—燃烧器;5—除尘装置；fi—E室RTO燃烧护圏1简单的irm装置流程認分热城排放a £1_空气过滤器;2—助燃风机;3 I：仆凤机；4--燃燐器；改一除尘装蓋；0—傕化炉；7—换热器二圏2簡单的CO装置流程 3 '3谕型謝巔朮2 RTO与CO在处理中高浓度废气中各方面的异同现就废气适用种类、废气浓度、废气流量、辅助能源、仪表自控、安全风险、环 保风险、动力负荷、主设备投资、运行成本等方面进行比较2.1废气适用种类两种工艺都可以用于处理烷烃、芳香烃、酮、醇、酯、醚、部分含氮化合物等有 机废气含硫磷类废气会使催化剂中毒，不适合用CO处理，而如果忽略含硫磷 废气燃烧时对设备仪表的少量腐蚀，可以限制性的使用RTO处理由于处理温度均V1150°C,两种工艺都不能用于处理含卤代烃废气以避免产生二 噁英部分类似硅烷类的废气因为燃烧后生成的固体尘灰会堵塞催化剂或蓄热陶 瓷或切换阀密封面，所以RTO和CO都不能使用。

含漆雾粉尘类废气要预过滤以避免切换阀关不紧、蓄热体阻塞等现象，RTO的预 处理要过滤到至少F6级；而CO处理废气主流通道上无切换阀，加上可以采用让 废气流速较高粉尘不易结存、定期给整个系统升温回火将粉尘剥离分解等方法， 因此CO的预处理只需简单过滤到G4级此外，因为含易自聚有机物（如丁二烯、丙烯酸酯等）废气会影响到切换阀的有效 开闭，同时也可能在位于废气进口处的蓄热体上低温沉积，使用RTO处理该类废 气时会有安全隐患，而CO则不受影响2.2废气浓度由于温度的提高会降低有机物爆炸下限浓度，通常要控制废气进口浓度V 25%LEL，常见有机物的爆炸下限和25%LEL如表1表1常见有机物的爆炸下限浓度和25%LEL表I常见有机物的爆炸下限浓度和名称爆炸下限浓度/名称爆炸下限浓度丿(tng - m:岬*阳‘）(mg • tn 1（磚5〕苯389305J73O苯乙烯4773511930甲苯4217010540正己烷4309010770乙殿乙盤77000i顾乙醍10005325020丙禰6050015130T8B5107812770正丁醇432371081063 M6 ,?■有机物氧化分解会放出大量热量使得废气温升，计算1000mg/m3的常见废气有机 物绝热温升如表2。

名称噩升比名称苯31.5苯乙烯甲苯31,9正己烷乙醸乙酯19.2乙酸丙酮23.2丁酮正丁醉2T 1乙醉温升「仁36,310.925.5以CO处理室温20°C的甲苯废气为例，为避免催化氧化处理后排放气“白烟”和 冷凝湿气对设备的腐蚀等情况，排放气温度一般取＞105C，再考虑到换热效率 则常温废气进出装置后的实际温升应＞100C如果催化燃烧起始温度为250C, 那么废气催化氧化后的温度为350C,则对应废气初始浓度约为3130mg/m3时可 维持系统热量平衡而不用额外能源若废气浓度进一步升高到25%LEL，废气氧 化后温度可达587C，此时催化剂易流失且设备材质要求耐热钢，因此除非在催 化剂层间安装换热管系统及时移走热量，否则CO处理甲苯废气最佳浓度为 3130〜9390mg/m3废气如果进口浓度过高，可进风稀析，稀析阀与氧化气温度连锁；废气进口浓度 如果为2130〜3130mg/m3,可用电或燃气提升废气进催化剂层的温度达到催化起 燃温度250C ；废气进口浓度如果V2130mg/m3,可吸附浓缩后再用CO处理脱附 出的浓缩气；如果废气初始温度较高，比如很多烘箱废气有80C，此时CO能处 理的废气浓度可以相应降低到1560mg/m3。

同样以RTO处理20C的甲苯废气为例，由于RTO的燃烧炉内要有一个长明火点 燃废气，而1.672X 106kJ的燃烧器长明火消耗约5m3/h的天然气提供部分热源， 因此系统维持热量平衡的废气进口浓度最低可以到1700〜2000mg/m3如果RTO 装置设计从燃烧室引出部分高温气体另行降温后回到燃烧室以避免燃烧温度〉 1000C的工艺，则可以提高RTO处理废气的最高浓度到25%LEL2.3废气流量一般单套RTO处理废气流量为8000〜50000m3/h,处理废气流量V5000m3/h时的 RTO装置投资费比不合算，而处理废气流量＞50000m3/h则很容易出现偏流、局 部过热等现象影响废气分解效率单套CO处理废气流量为1000〜20000m3/h, 废气流量再加大，高效换热器设计困难且催化剂层也会出现明显偏流局部过热现 象影响废气分解效率2.4辅助能源RTO的燃烧室需要一支长明火，加上设备自重大、预热时间长，一般使用液化气、 天然气、轻柴油等做为辅助能源，不建议使用电热CO同样可以使用液化气、天然气、轻柴油等做为辅助能源，由于设备自重较RTO 轻50%，为了避免增加一个需监管的危险源，推荐使用电加热（前提是废气浓度 >3500mg/m3），处理废气流量15000m3/h的CO装置电加热系统只180kW，其预 热时间W1.5h。

2.5仪表自控从流程图可以看出，除燃气系统外RTO还需有大量的压力温度检测和切换阀门， 且对阀门、仪表、自控等要求较高；而CO的废气主流通道管路无阀门，只有简 单的温度连锁，自控要求较低2.6安全风险RTO和CO都非常适用于处理如涂布、印刷、制革、化纤、注塑等有机物浓度、 种类、流量平稳的流水线废气，尤其是带温度的烘干废气若采用吸附法还需要前 置降温到V45°C，但如果使用RTO或CO，就可以充分利用其自身余热，大大降 低废气处理成本和整条流水线的总能耗可当部分环保企业将RTO用于储运和化 学合成企业的废气处理时却出现很多的爆炸事故，爆炸基本上是废气来源系统遇 装置回火爆炸，主要原因如下：1） RTO系统在装置初运行时一切顺利，但是运行1〜2年后，部分仪表、调节阀 会出现故障或突发停电、停仪表气等，导致系统安全自控设计失效，系统超温爆 炸事实上大部分的业主是不具备有仪表自控专业维护人员，很难做到预判并及 时更换仪表阀门例如，废气进口浓度需控制在<25%LEL,若采用气相色谱型检测仪，仪器采 样检测得出结果加上自控阀响应时间〉30min，失去安全控制意义，因此一般采 用较灵敏的光离子型可燃探测仪（3选2）,该探测仪半年需强制检验1次， 但是如果废气中含有水汽、粉尘等将大大降低该检测头寿命，而这种仪器失灵是 突发性的。

2） RTO系统尽管采用了一系列安全设计，如废气收集预处理系统的防静电、废气 进口浓度与稀析阀连锁、废气预混缓冲罐、废气风机与负压连锁、废气水预洗涤 等，但是化工厂一定会有事故气紧急排放或某些高浓废气正好集中排放导致的废 气浓度暴增数倍的小概率事件，而处理10000m3/h废气流量的RTO装置的缓冲罐 容积最大也W20m3,折算缓冲罐内停留时间V8s,过短的缓冲时间导致装置的阀 门切换等来不及，废气总管和预处理系统出现回火爆炸这是明火作业的RTO 的本性决定的，是无法根除的CO属无焰氧化，加上换热器等金属结构隔离，就是回火废气来源也达不到燃点;CO工艺管路上无阀门切换，不存在仪表失灵安全风险2.7环保风险RTO要求废气来源气量和浓度稳定，设计操作负荷弹性小，因此只适合用于连续 稳定的流水线废气，如果业主有间歇短暂高浓废气产生，则会频繁出现因安全浓 度下限要求导致废气在进装置前被部分排空，存在环保风险RTO装置设备繁杂，部件多，易出现设备故障废气排空事故而CO要求废气流 量稳定，可以接受间歇的短暂的高浓废气CO装置设备简单，部件少，设备故 障也少此外RTO燃烧室存在死角，废气综合处理效率95%〜97%,而CO废气是 均匀通过催化剂层，处理效率〉99%，因此CO比RTO更容易环保达标，尤其是新 环保标准甲苯类废气从40mg/m3排放标准降低到10mg/m3后，RTO易出排放不达 标环保事故。

高温RTO会产生NOx,而CO因处理温度低不产生NOx，尽管目前国家对有机废气 装置的NOx尚未规定，但从锅炉废气治理发展历史来看，将会对处理气量〉 10000m3/h的废气装置提出监管要求2.8动力负荷RTO通过精密过滤、2次总厚约2m的蓄热陶瓷，装置阻力至少3500〜4000Pa；CO只需通过简单过滤、2次通过列管换热器、总厚0.4m催化剂层，装置阻力V 2500Pa，同样的10000m3/h处理气量，RTO风机电机要22kW，CO风机电机只需 18.5kW，处理风量越大，风机功率差别越大电机功率每减少lkW,每年电费减。