RTO裝置在焦化VOCs廢氣處理中的應用
焦化廢氣含有瀝青煙、苯并芘及苯類等有害物質，如果直接排放，會造成大氣污染，影響當地的生態環境。因此，對焦化廢氣進行處理并使其達標排放，是焦化行業可持續發展的必然要求。
某焦化化工廠是生產苯類、酚類、萘類、樹脂類、鹽類等化工產品為主的煤化工綜合利用企業，焦油加工能力為10萬t/a，苯加工能力為3萬t/a，為合成纖維、油漆、染料、醫藥、農藥、化肥等產品提供了豐富的原料。與此同時，該化工廠在正常生產過程中會產生溫度為20～50℃、流量為4000～18000m3/h的焦化廢氣，其基本成分及物化數據如表1所示。
按照國家相關廢氣排放標準的規定，若要將有機廢氣凈化達標，需要由3臺蓄熱室組成的大型ＲTO進行凈化。本項目采用的三室ＲTO是在兩室的基礎上增加了1臺吹掃用蓄熱室，如圖1所示。
ＲTO正常運行時，廢氣的進氣和排氣通過閥門切換來完成。第1個工作周期中，廢氣自下而上經A蓄熱室升溫，然后進入燃燒室氧化放熱；氧化放熱結束后，自上而下通過B蓄熱室，與蓄熱室內的填料進行換熱，將熱量傳遞給B蓄熱室，再經過工藝管路進入煙囪排放;此時C蓄熱室處于吹掃狀態，用吹掃風機將蓄熱室(含集氣室)中的滯留廢氣吹入燃燒室氧化處理，防止因蓄熱室的切換過程影響廢氣處理效率。第2個工作周期中，A蓄熱室處于吹掃狀態，廢氣自下而上進入B蓄熱室，與已吸收熱量的填料進行換熱后，進入燃燒室氧化放熱，再自上而下通過C蓄熱室，并將熱量傳遞給C蓄熱室后，進入煙囪。第3個工作周期中，B蓄熱室處于吹掃狀態，廢氣由C蓄熱室進入，氧化放熱后，通過A蓄熱室進入煙囪，完成了ＲTO裝置運行的1個大周期，如此交替運行。當煙煤在隔絕空氣條件下加熱到950～1050℃，經過干燥、熱解干餾、熔融、黏結、固化、收縮等階段，最終得到焦炭，這個過程稱為煉焦。煉焦過程產生的荒煤氣經過回收和精制可以得到多種芳香烴和雜環化合物等基本化學原料，同時產生的焦爐煤氣是高熱值燃料，可以用來發電或供應城市煤氣。因此，本項目以能源高效利用為目的，采用焦爐煤氣代替輔助燃料，可以節約成本，提高焦爐煤氣利用率，同時能夠滿足ＲTO裝置正常運行時的燃料需求。該裝置主要由燃燒室、蓄熱室(含集氣室)及切換閥門組成。
焦化廢氣處理工藝流程
從化產區域各排氣洗凈塔后收集的廢氣進入廢氣總管，經過安全水封、捕霧器后進入緩沖罐，由廢氣引風機輸送，經過阻火器后進入ＲTO進行焚燒。
本項目中ＲTO收集處理的廢氣有14路，各排氣洗凈塔洗滌后的廢氣通過各自的調節閥控制排出壓力，保證廢氣進入廢氣總管。ＲTO冷態啟動后，首先啟動吹掃風機，用新鮮空氣對設備進行吹掃；吹掃結束后，燃燒系統進行燃氣檢漏，確保點火系統安全；檢漏完成后，啟動燃燒器，通過9個閥門的周期切換完成3個填料床的預熱;預熱結束后焦化廢氣進入ＲTO進行焚燒，燃燒室溫度開始緩慢提升。如果燃燒室溫度持續上升，說明廢氣濃度過高，當溫度達到1100℃時，打開高溫排放閥，將多余的熱量直接排放至煙囪；當溫度達到1180℃時，系統自動報警；當溫度達到1200℃時，為了確保ＲTO裝置安全，ＲTO開啟自動離線程序。
ＲTO離線時，燃燒系統熄火，廢氣風機減速直至停機，新風閥打開，引入小風量新鮮空氣進入ＲTO蓄熱室，開始ＲTO降溫程序。為了降低高溫閥的溫度，在高溫閥設置了1套水冷系統，以確保高溫閥的密封性能，水冷系統由軟水槽、軟水循環泵及軟水冷卻器組成，軟水通過浮球液位計自動補充到軟水槽中，通過軟水循環泵輸送至高溫閥，再通過軟水冷卻器被循環水冷卻后回到軟水槽。
由于焦化廢氣中有機成分的沸點較高，易凝結在蓄熱填料底部，堵塞填料床層，本項目中ＲTO設置了1套反燒程序，當床層底部和頂部的壓差達到3kPa時，自動啟動反燒程序，將凝結在蓄熱填料底部的膠狀物質氧化，從而達到對蓄熱床層清理的目的。反燒程序與正常運行一樣，只不過是排氣溫度達到480℃時再進行閥門切換。3個床層底部溫度依次達到480℃時，反燒程序自動結束，反燒程序有自動和手動2種方式。手動方式可根據實際運行情況，點擊反燒按鈕進行清理。
為了保證系統安全，風機前設置了3套可燃氣體濃度監測儀，其中1套為快速反應型，響應時間小于1s，用于快速連鎖，當廢氣中可燃組分濃度達到爆炸下限的25%時，系統自動連鎖停機。同時ＲTO設置了2個防爆門，當爐內壓力達到11kPa時自動泄壓。
ＲTO裝置工藝優化及運行結果分析
采用ＲTO裝置處理焦化廢氣，優化ＲTO裝置的工藝性能對提高有機廢氣處理效率，實現廢氣達標排放至關重要，本項目在ＲTO工藝設計等方面做了升級和改進。
1）采用焦爐煤氣作為輔助燃料
本項目采用焦爐煤氣作為輔助燃料，既節約了成本，又提高了焦爐煤氣的利用率。從用戶記錄所得到的輔助燃料使用量表明，ＲTO裝置冷啟動時所需焦爐煤氣為240m3/h，能夠滿足ＲTO裝置正常運行時的燃料需求。
2）ＲTO前端增加安全水封、捕霧器和阻火器水封的主要作用是防止高溫回火。
由于其安全性能好，可用在管道收集前端防止回火；焦化廢氣中含有少量的水分，為使進入ＲTO內部的焦化廢氣更加潔凈，增加了捕霧器用于氣液分離;與此同時，由于廢氣中含有易燃氣體，為了阻止易燃氣體在ＲTO內燃燒時火焰傳播到整個管網中，在ＲTO進氣管道前端增加了阻火器。
3）高溫閥水冷系統
在大多數的ＲTO裝置中，高溫閥主要靠自然散熱。考慮到發生緊急情況時燃燒室的溫度過高，本項目采用循環水冷卻系統。水冷系統由軟水槽、軟水循環泵及軟水冷卻器組成，軟水通過浮球液位計自動補充到軟水槽中，通過軟水循環泵輸送至高溫閥，再通過軟水冷卻器被循環水冷卻后進入軟水槽。
總結
經工藝優化后的ＲTO裝置運行結果分析表明:
1)通過多次抽樣測量，ＲTO燃燒室表面溫度基本維持在50～70℃，滿足最高溫度≤75℃的設計要求。
2)燃燒室溫度始終維持在850～1100℃，保證了有機廢氣中的有機成分充分氧化燃燒。
3)煙囪平均出口溫度120℃，低于150℃的設計要求。
4)經當地環保部門多次抽查，經過ＲTO裝置處理的焦化廢氣達到GB16171—2012《煉焦化學工業污染物排放標準》的要求，有機廢氣的凈化率達到了99%，CO的凈化率達到了97%。
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