蓄热式燃烧炉RTO产品的安全设计

刘清波

【摘  要】蓄热式燃烧炉RTO是一种用于处理有机废气处理的高温燃烧装置，广泛应用于电子、喷涂、印刷、化工等行业。RTO正常运行时内部温度可高达850℃，存在设备超温甚至爆炸的风险，为保证RTO设备能够安全、稳定运行主要从工艺路线设计、电气自动控制、机械结构设计三个方面保证产品安全性。目前我司在工程实践中RTO产品已经成功应用过数十套案例，安全事故方面一直是零投诉，现场运行状况良好。

【关键词】RTO;蓄热;燃烧;提升阀;VOCs

引言

近些年国内时有RTO设备爆炸或自燃的新闻爆出，给业主造成巨大的财产损失，甚至威胁到现场工人的人身安全。我司在研发蓄热式燃烧炉设备时，一直把设备安全放在首位，只有在安全运行的前提下才能创造社会价值。安全事故要以预防为主，本文主要从以下三方面着手，把安全隐患扼杀在摇篮里。

（1）合理的工艺线路设计。（2）合理的电气自动化设计。（3）合理的机械结构设计。

1.RTO设备简述

在实际工程案例中VOCs处理方式主要有催化燃烧、直接燃烧和蓄热式燃烧。RTO属于蓄热式燃烧法，对比催化燃烧和直接燃烧法具有更高的处理率和热回收效率，VOCs的去除率可达98%以上，热回收效率高达（90%以上），是目前主推的处理工艺。

RTO更适用于小风量，中、高浓度有机废气的处理，利用废弃燃烧产生的热量维持所需温度，减少燃烧器加热的需要，降低运行成本。实际项目中一般通过活性炭吸附和解吸以及沸石转炉浓缩装置将低浓度的有机废气转化为中浓度和高浓度有机废气，以提高燃烧效率。

RTO有两室、三室和多室，两室RTO对管道压力造成的波动较大，且处理效率低，多室RTO适用于风量较大的情况，本文以三室RTO为例讲述蓄热式燃烧炉的处理工艺。

产品原理图如图1：

主要工作原理是利用高温（850℃）使把由工厂收集来的废气氧化分解成水和二氧化碳。首先废气通过废气风机后从蓄热室1被预热后进入燃烧室，此时废气被氧化分解，然后从蓄热室2排出净化空气，此时蓄热室2被预热，同时吹扫空气对蓄热室3进行吹扫。然后通过提升阀切换，废气从蓄热室2进入燃烧室从蓄热室3排出，此时蓄热室1进行吹扫。最后再通过提升阀切换，废气从蓄热室3进入燃烧室从蓄热室1排出，此时蓄热室2精心吹扫。如此不断重复上面三个过程，废气就源源不断的被净化成可以直接排放的净化空气了。

2.工艺线路安全设计

RTO设备一般不单独使用，需要和周边设备配套使用，一是能提高VOCS处理效率，二是提高设备安全性。常用的方式是采用多级过滤+转轮浓缩+RTO。

（1）多级过滤设计。采用丝网（如图2）过滤，废气经过丝网后能去除其中的漆雾液滴。

丝网过滤段采用100目金属网过滤器。该过滤器不仅用于工业上，在空气通风或空调。

进气设备中也是最经济最方便的解决方法。机械过滤，是用多层的扩张不锈钢纺织网为过滤网的专用材料，经转压成波浪形，以正确的角度彼此交叉叠合排列。空气通过丝网目时气流会不断改变方向，并且气流阻力低，当丝网前后压力增加到设定值时可以拆下来水洗或者更换新的丝网。不论是铝质滤网或不锈钢滤网，均具安全、坚固、耐高温的特性，且容易清洗及保养，长期使用更可降低滤网使用成本。

采用G4、F7过滤去除废气中的颗粒物，避免RTO内部蓄热转阻塞，造成排气不畅导致设备升温、爆炸等，实物如图3。

采用进口聚酯纤维材料制成，纤维材料整体波浪状分布，内有有金属丝加固，外有金属边框加固。保证迎面吹过来的风不至于破坏滤材，增加滤材的使用寿命，波浪状分布还增加了滤材的韧性和容尘量。

（2）转轮浓缩。在引风机牵引下，废气经过前端过滤后过滤掉废气成分中含有的大颗粒物质进入转轮系统。转轮被分成12个分区，其中冷却区和脱附区各占1/12，剩余部分为吸附区。经过预处理的废气分别进入各自转轮的处理区进行吸附过程，达标废气经烟囱排放，吸附于浓缩转轮中的有机废气VOC，在再生区经高温空气处理而被脱附，浓缩到15-25倍的程度。浓缩风机流量为排风量的1/25-1/15。脱附下来的高浓度小风量废气接入RTO进行焚烧处理。转轮浓缩原理图如图4：

（3）RTO设计。经过前段过滤和浓缩后的高浓度废气进入RTO设备，根据废气成分查出各个组分高温裂解所需要的最高温度，此温度即为燃烧室正常运行需要保持的温度，一般在850℃上下，经过计算得出废气的平均热值，根据废气从常温升至850℃所需要的热量计算出浓缩后进入RTO的最高浓度，如果浓度过高，则RTO内温度一定会有超温、爆炸风险。同时废气浓度也不宜过低，过低会增加天然气提供额外的能量，很不经济。RTO内部结构图如图5。

（4）其他安全设计。若果废气中含低沸点VOCs可采用冷凝回收，水溶性强的气体成分采用填料塔洗涤处理，对高浓度气体设置缓沖罐并补新风。设备、管道接地处理，废气管道入口加新风阀等等。

3.电气安全设计

3.1 LEL检测装置

LEL检测装置一般安装在废气进入系统前端的管道上，配合连锁报警装置，提醒工作人员对设备进行安全管理，当浓度高于某一设定值时，触发声光报警提醒工作人员。当浓度高于某一危险值时，会触发声光报警，并自动切断废气和燃料供给管道，同时打开应急排放阀门，此时设备进入紧急状态。

3.2温度在线监测

在RTO燃烧室指定位置安装热电偶，用于实时监测燃烧室温度。配合连锁报警装置，提醒工作人员对设备进行安全管理，当温度高于某一设定值时，触发声光报警提醒工作人员。当浓度高于某一危险值时，会触发声光报警，并自动切断废气和燃料供给管道，同时打开应急排放阀门，避免炉内超温。此时设备进入紧急状态。。

3.3压力在线监测设计

在RTO进出口安装压差变送器，用于实时监测进出口的压差，配合连锁报警装置，提醒工作人员对设备进行安全管理，当压差高于某一设定值时，触发声光报警提醒工作人员。当压差高于某一危险值时，会触发声光报警，并自动切断废气和燃料供给管道，同时打开应急排放阀门，此时设备进入紧急状态。

3.4其他连锁装置设计

燃烧室温度与新风阀连锁、蓄热式下部超温停炉连锁、排烟温度超温停炉连锁、RTO主风机变频故障停炉连锁、燃烧器故障停炉连锁等，多个连锁装置的设置确保RTO炉安全、稳定的运行。

4.机械结构设计

4.1阻火阀设计

阻火器的作用主要是防止火焰通过管道传至生产车间，影响到正常的安全生产。阻火器一般安装在废气进入RTO设备之前的管道上。为了保证阻火器的阻火效果，定期需要对阻火器进行检查，清洗阻火芯件。若阻火芯件使用时间过长（超过两年），损坏了需及时更换新的阻火芯件。阻火器实物如图6。

4.2应急排放阀设计

应急排放阀安装在RTO燃烧室旁通管道上，当RTO燃烧室内部超温，采取相应措施后温度还继续上升的情况下，会自动打开，此时排放出的气体温度一般会高于850摄氏度。这就要求阀门材质必须耐高温。这种阀门一般采用蝶阀形式，蝶阀阀板材质RA330合金钢，配合优秀的执行器，在紧急情况下触发会保证设备的运行安全。高温阀结构如图7。

4.3泄爆装置设计

泄爆片是一种能在指定压力和温度下自动爆破的安装装置，一般安装在RTO燃烧室顶部位置。在RTO燃烧室出现急速升温，并且在其他各种降温降压措施都无效时的极端情况下才会起触发。

泄爆片安全装置结构简单，只需一个简单的加持元件即可安装，成本低，泄爆效果明显，耐高温、耐腐蚀，在RTO设备上广泛应用。泄爆片实物见图8。

4.4隔热防护设计

燃烧室和蓄热室采取隔热防护，采用防火的陶瓷纤维加热镀锌钢板覆盖层，内层保温的厚度取决于内外温度差，一般要保温厂家根据温度差计算所需要的保温厚度。一般要求钢板外表面阴面（太阳光未直射的面）温度不得高于周围环境温度15℃，整个设备外表面温度低于60℃;所有隔热层折叠并捻缝，以防风雨影响。实物见图9。

下实体（如图10）提升阀部分由于温度较低一般在100度左右，切下实体空间狭小，结构相对复杂，所以在下实体外部保温，在保证安全的情况下大大降低设备制造难度和成本，所有VOC内部处理风管采用密度100kg/m?，厚度100～150mm的巖棉进行保温，保温材料需采用整块完整的材料，不允许使用零碎材料拼接，保温材料需要确保固定可靠，保温棉做好固定以及连接，不允许出现保温棉下坠等情形。

5.总结

图11是某废气处理项目现场的RTO设备实绩案例，属于印刷包装行业，对设备安全要求较高。我司针对该项目从以上几个方面着手对此项目完成针对性方案设计，该项目已经持续两年安全、平稳运行，被公司评定为行业标杆项目，也得到了业主的一致好评。安全无小事，多年来自己一直秉持安全第一、预防为主的理念，只有平时多积累、多学习、多思考、多总结，才能做好产品设计，做到防患于未然。工艺、机械、电气三方面都做好相应的安全设计，三者相辅相成、缺一不可，只有这样RTO设备的安全运行才能做到万无一失。

参考文献

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[2]郭志强，刘铁锁.汽车涂装车间废气处理系统选型技术要求[J].现代涂料与涂装，2017（5）.

[3]姚春权，钟世华，钟才粦.RTO旋转单元失效辅助装置[J].印制电路信息2016（7）：59-60.