工业有机废气热氧化技术研究进展-第3页-北极星VOCs在线

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2.3浓缩转轮的设计

转轮是转轮浓缩系统的关键部件，是由疏水性沸石吸附介质与陶瓷纤维加工成波纹状膜片，再卷制形成蜂巢状的圆筒形框架结构，如图3所示。

转轮驱动马达通过链轮、链条传到转轮上，同时为防止链条因松动或太紧，在链条的背面装有张力弹簧来吸收弹性的变化使转轮正常运转。此外，转轮的框架结构上距离转轮表面一定距离处装有耐VOCs腐蚀、耐高温的材料制成空气密封件，防止空气泄露。

在设计时要根据气速来确定吸附器的尺寸，根据废气量来确定所用沸石分子筛的量和转轮厚度。转速对吸附性能和RTO氧化效果有着重要的影响，转速过低或过高都会影响吸附剂的吸附性能，因此应根据实际情况选择最佳转速。

2.4控制技术

2.4.1换向技术

系统的稳定高效运行对废气处理效果至关重要，所以对蓄热式热氧化系统的控制技术提出了较高的要求，其中换向技术是控制系统的重要组成部分。由于在系统运行期间需要进行频繁换向，因此换向方式的选择及换向阀的工作可靠性都将直接影响到系统整体的工作性能。

根据蓄热式氧化技术的形式不同可分为床式RTO和旋转式RTO，因此阀门的切换方式和换向一次所用的时间也有所不同。目前用于两床式RTO有直通式截止阀、三通换向阀、升降开闭式四通换向阀、二位五通换向阀、旋转式四通换向阀等。图1所示的两室床式RTO中，采用直通式截止阀的开闭来控制废气流向，截止阀阀杆的运动形式有升降阀杆和升降旋转杆式，该换向阀装置最为可靠，但其缺点是阀体较多，增加了阀位控制回路的复杂程度，且在系统换向期间少量未经焚烧处理废气不经过燃烧室而直接进入排气管路，也使RTO系统平均VOCs去除效率有所降低。

20世纪80年代又出现了三室RTO系统，如图4所示。

三室RTO系统包括3个蓄热室，增加了1个蓄热室用于吹扫。在每个换向周期中，3个蓄热室分别处于进气、排气和吹扫状态;周期终了时，排气室切换为进气室，进气室切换为吹扫室，吹扫室切换为排气室。此系统的优点是减少了换向期间未经焚烧处理的VOCs废气的排放量，用排出的烟气去反吹蓄热室，使平均VOCs去除效率比两室RTO系统都有所提高。但由于阀门数量增加，系统相对复杂，在换向时依然存在压力波动大、流动不稳定的问题。

20世纪90年代，出现了多蓄热室旋转换向的RTO系统，因其只有一个换向阀也称作单阀RTO。该装置的蓄热体中设置分区隔板，将蓄热床层分为几个独立的扇形区。多个蓄热室通过旋转式分配器连续地控制气流流动的方向，使各部分交替地处于储存热量与释放热量的状态。北京科技大学萧琦等对现有蓄热式有机废气焚烧炉进行了改进，如图5所示。

该装置消除了两室或三室流程换向时产生的压力脉冲和波动，提高了流动的稳定性，且旋转阀结构紧凑、占地面积小、使用寿命长。但在处理较高浓度的VOCs时，由于旋转换向阀门的泄露率过大导致排放浓度仍然偏高，难于达到国家标准，应提高阀门的密封性能使泄漏率低于1%。

换向周期对燃烧室的温度波动、烟气排放温度及蓄热室的整体余热回收效率有着重要影响。SALOMONS等通过对煤矿乏风的催化氧化进行实验研究，发现通过周期性的换向，可使低浓度的乏风得到最佳的处理效率和热量回收，其中乏风流动速度、浓度及换向周期是主要的影响因素。刘慧等通过分析得出换向时间最大值如式(1)所示。

从式(1)可以看出，最佳换向时间主要与出口预热空气温度、蓄热室内存放预热空气的有效体积和理论空气量有关。典型的切换时间范围为30～120s。张先珍等通过实验测定了方孔蜂窝体的换热特性，确定了其所选用实验装置的最佳换向时间为40s时炉内温度波动幅度小，炉温分布均匀，热效率最高。

鉴于切换式蓄热燃烧系统在工作中频繁换向造成的温度、压力的波动及换向瞬间燃烧不连续的缺点，有人提出了可实现蓄热连续燃烧的高温空气燃烧技术(HTAC)。张建军等开发出了由两对蓄热体、一对四通换向阀的组合的自蓄热式高温空气燃烧器，得到了连续、稳定的高温空气，并对此进行了优化设计。

2.4.2蓄热式氧化装置启动技术

在实际工程应用中，因装置并非长期保持运行状态，启动和停机次数较多，因此快速、稳定地启动装置直接影响着系统的稳定性和能耗的高低。

蓄热式氧化装置的启动方式有电加热启动和外部燃烧器加热启动技术。电加热启动技术的设计思路是根据实际情况分别对电加热器、加热控制系统进行设计选型，继而对加热系统的配置和配电容量进行优化，该技术已成功应用于60000m3煤矿乏风蓄热氧化装置，加热启动平稳。外部燃烧器加热启动技术即以石油液化气和天然气等作为燃料，对称设置外部燃烧加热系统，根据装置内部温度场的情况调节各燃烧器功率和鼓风机风量来保持整个氧化床横截面同步均匀加热。

2.4.3浓度调节和安全保护技术

由于生产工艺上的不稳定，有机废气蓄热氧化装置可能面临废气流量和废气中VOCs浓度波动比较大的情况。VOCs浓度的剧烈波动会引起炉内温度的大幅变化，对系统的安全性有很大威胁。

当进入RTO装置的有机废气中VOCs浓度远高第于设计浓度时，炉内温度和尾气排出温度都会升高，当炉内温度超过蓄热体或炉墙材料的使用温度，或尾气排出温度超过允许的阀门最高工作温度时，将可能引起这些材料和设备的损毁;当VOCs浓度接近爆炸下限时，还会诱发回火、爆炸等严重事故。当进入RTO装置的有机废气中VOCs浓度远低于设计浓度时，会大量消耗辅助燃料，增大运行成本，甚至无法维持炉内温度，导致反应终止。

目前，适应VOCs浓度波动的调节技术主要包括：①设置旁路系统，即在VOCs浓度升高时，采用冷旁路系统使部分冷废气绕过蓄热床直接进入燃烧室，或采用热旁路使燃烧后的废气绕过蓄热床直接进入烟囱，减少蓄热体的蓄热量;②采用掺混技术保持进入RTO的VOCs浓度稳定，如采用PID算法设计预掺混监控系统，并自动调节掺混风量;③设置辅助加热系统，即在VOCs浓度偏低时，启动辅助加热系统保持炉内温度稳定;④在RTO之前缓冲罐，使废气流量和VOCs浓度更加平稳，有效地减小系统的波动。

另外，设备零部件制造质量不合格、安全措施不到位或运行操作不规范也都可能引起安全事故。比如，RTO系统中需要频繁的换向，若气动换向阀密封性差、换向阀损坏或气源压力不足，就可能导致换向阀不能正常工作，如果由生产线排出的废气不能通过RTO系统充分净化并从烟囱顺利排出，废气聚集在系统中，废气压力和VOCs浓度不断升高，就可能发生爆炸事故。

为了保证RTO系统的安全，还应在RTO之前设置阻火器，在RTO上布置防爆门，并设置事故旁路;在控制系统设计时也应考虑炉膛超压连锁保护及其它安全保护系统。尤其是在处理成分复杂、VOCs浓度高、易燃易爆的有机废气时，要特别注意加强对系统的监控，设置系统自锁和报警系统来保证设备的运行安全。

原标题：工业有机废气热氧化技术研究进展

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