两室蓄热式焚烧炉排放达标改造探讨

刘 凯，於 杭，叶亚秋

（杭州宜邦橡胶有限公司，浙江 杭州 311228）

早期使用的蓄热式焚烧炉（RTO）基本为两室结构。近几年，为了满足GB 31571—2015《石油化学工业污染物排放标准》中对大气污染物有组织排放控制提出的诸多要求，RTO 建设企业和使用企业均作出一些应对措施。建设企业开发出三室RTO、旋转式RTO 等新型产品，已建成两室RTO的企业则通过两室RTO 改造以求达到排放要求。大气污染物有组织排放的控制要求可以总结分为两类：一类是某一种或多种特征污染物低于要求限制，另一类是去除效率大于95%或97%。

图1 是两室RTO 的主要结构。工作流程为：废气经入口③、④阀门进入蓄热体A，①、②阀门关闭；废气经过高温蓄热体A 加热升温进入燃烧室燃烧，由蓄热体B 吸收废气热量后经出口⑦、⑧阀门排出，⑤、⑥阀门关闭，处理合格的气体外排至大气。过程持续约180 s，蓄热体A 温度下降，蓄热体B 温度升高。此时阀门切换，废气经入口⑤、⑥阀门进入蓄热体B，⑦、⑧阀门关闭；废气经过高温蓄热体B 加热升温进入燃烧室燃烧，由蓄热体A 吸收废气热量后经出口①、②阀门排出，③、④阀门关闭，处理合格的气体外排至大气。两室RTO 约经360 s 一个周期循环切换，维持蓄热体的温度状态。

图1 两室RTO 主要结构

两室RTO 不能达到标准要求的原因主要有两点：

（1）RTO 阀门密封性能差。废气处理过程的特点是风量大，风管及阀门直径大，阀门切换要求阀门开关速度快，因此通常选用蝶阀，但其缺点是泄漏率较高，普通蝶阀的泄漏率约为1%。

（2）RTO 两室阀门在切换时废气直排。两室RTO 在切换阀门的瞬间，有短暂时间是所有阀门全开的状态，在该状态时，废气会不经过燃烧室直接排至大气。

为解决以上两点问题，可以尝试改造成三室RTO 或改进废气工艺流程。

1 改造成三室RTO

两室RTO 可以通过增加一个蓄热室的方式改造为三室RTO，图2 为三室RTO 主要结构。工作流程为：废气经入口③、④阀门进入蓄热体A，①、②阀门关闭,吹扫阀门关闭；废气经过高温蓄热体A 加热升温进入燃烧室燃烧，由蓄热体B吸收废气热量后经出口⑦、⑧阀门排出，⑤、⑥阀门关闭，吹扫阀门关闭；蓄热体C 处于吹扫状态阀门关闭吹扫阀门开启，处理合格的气体外排至大气。过程持续约180 s，蓄热体A 温度下降，蓄热体B 温度升高。此时阀门切换，14 吹扫阀门关闭阀门开启排气；⑦、⑧阀门关闭（⑦、⑧、阀门有一段时间同时排气），⑤、⑥阀门开启进气；③、④阀门关闭（③、④、⑤、⑥阀门有一段时间同时进气），13 吹扫阀门开启，蓄热体A 处于吹扫状态。过程持续约180 s，蓄热体B 温度下降，蓄热体C 温度升高。此时阀门切换至蓄热体C 进气，蓄热体A 排气，蓄热体B 吹扫，一个完整切换周期约540 s。

图2 三室RTO 主要结构

三室RTO 运行时，两个蓄热体在工作状态，一个蓄热体处于吹扫待工作状态，切换时可以保证叠加开启或关闭时间，防止废气直排。

两室RTO 改造主要增加了一个蓄热室以及附带的阀门、一套吹扫系统并扩大了燃烧室。三室RTO 对于阀门切换速度要求较低，因此可以将进出风的蝶阀更换为其他密封性更好的阀门，选择范围更广。从工作流程描述可以看出，三室RTO 完全解决了两室RTO 排放不能达标的问题，其优点是结构稳定、系统简单，缺点是改造成本相对较高，后续消耗天然气增加。

2 增加反吹扫系统

一种带反吹扫功能的两室蓄热催化净化有机废气的装置，即进行优化改造的两室RTO 系统，可以达到环保要求，同时投入较少。图3 是带反吹扫功能的两室RTO 结构，其工作流程为：废气经入口③、④阀门进入蓄热体A，①、②阀门关闭；废气经过高温蓄热体A 加热升温进入燃烧室燃烧，由蓄热体B 吸收废气热量后经出口⑦、⑧阀门排出，⑤、⑥阀门关闭，⑨阀门打开，⑩阀门关闭，阀门打开；风箱由RTO 入口风机保持负压状态，处理合格的气体外排至大气。过程持续约180 s，蓄热体A 温度下降，蓄热体B 温度升高。此时切换,阀门关闭，⑨阀门关闭，⑩阀门打开；进出气阀门切换，①、②阀门打开，③、④阀门关闭，⑤、⑥阀门打开，⑦、⑧阀门关闭；阀门切换时直排的废气经⑩阀门、风箱由入口风机抽吸至RTO 入口，维持数秒以排尽未处理的废气；一段时间后，⑩阀门关闭，⑨阀门打开，恢复正常排气。

图3 带反吹扫功能的两室RTO 结构

从工作流程描述可以看出，通过设置风箱，将切换直排的废气引入其中，完成切换后排至RTO 入口，此方案解决了阀门切换时废气直排的问题。如果通过更换高密封性能的阀门减少泄漏，可以认为这个方案也解决了两室RTO 排放不能达标的问题，其成本较低，只需要增加一个风箱及三个阀门，但RTO 系统的稳定性差，每次切换阀门时，RTO 将停止排气，风箱内的废气也会影响RTO 入口压力及风量。

若将RTO 系统（包括风箱）作为一个整体，RTO 系统非阀门切换状态是一个稳态的系统，进入RTO 的废气量应约等于排出RTO 的废气量。⑨阀门关闭后，RTO 系统不排气，进气未停止，系统内的废气总量增加，风箱的作用是缓冲，风箱越大缓冲作用越明显，系统压力上升主要取决于风箱体积及压力。若RTO 入口废气风量为20000 Nm3/h，⑨阀门关闭时间为5 s，根据理想气体状态方程计算，为保持RTO 工作压力不变，风箱的体积应为2800 m3（风箱待工作状态为真空，工作状态压力为常压）。这个体积的风箱，制造成本非常高昂，且需要大量空间安置风箱。若风箱体积过小，可导致RTO 燃烧室高压报警和天然气不能进气，甚至安全泄爆口开启。按照其方案实施是不可行的，应对方案内容进行调整。

图4 是改进后带反吹扫功能的两室RTO 结构，在风箱前增加一台空气压缩机，⑩阀门移至风箱出口，风箱出口增加一个调节阀。工作流程为：废气经入口③、④阀门进入蓄热体A，①、②阀门关闭；废气经过高温蓄热体A 加热升温进入燃烧室燃烧，由蓄热体B 吸收废气热量经出口⑦、⑧阀门排出，⑤、⑥阀门关闭；⑨阀门打开，⑩阀门打开,调节阀全开，空气压缩机停止，风箱由入口风机保持负压状态，处理合格的气体外排至大气。过程持续约180 s，蓄热体A 温度下降，蓄热体B 温度升高。此时切换，⑨阀门关闭，⑩阀门关闭,调节阀全关，空气压缩机停止启动；进出气阀门切换，①、②阀门打开，③、④阀门关闭，⑤、⑥阀门打开，⑦、⑧阀门关闭；阀门切换时直排的废气由空气压缩机排至风箱内，维持数秒以排尽未处理的废气；数秒后，⑨阀门打开，空气压缩机停止，恢复正常排气；⑩阀门打开，调节阀缓慢开启，在180 s 内将其中存留的废气缓慢排入RTO 入口。

图4 改进后带反吹扫功能的两室RTO 结构

仍以RTO 入口废气风量为20000 Nm3/h，⑨阀门关闭时间为5 s，风箱内压缩废气压力为0.1 MPa计算，根据理想气体状态方程，风箱体积应为14 m3，若增加风箱压缩废气压力，可以缩小风箱的体积，实际设计应将风箱压力控制在低于0.1 MPa，以避免其成为压力容器，增加不必要的安全附件和安全检查。空气压缩机必要参数是吸气量应大于330 Nm3/min，排气压力大于0.1 MPa。经改进的两室RTO 可以达到环保排放要求，其优点是改造成本低，缺点是系统流程复杂、稳定性差。

3 结语

为满足废气排放环保要求可以将两室RTO改造成三室RTO 或增加反吹扫功能。两种改造均可以满足要求，各有优缺点。改造成三室RTO 的优点是结构稳定、系统简单，缺点是改造成本相对较高，后续消耗天然气增加。增加反吹扫功能的两室RTO 优点是改造成本低，缺点是系统流程复杂、稳定性差。在条件允许的情况下，改造成三室RTO 方案优于增加反吹扫功能的两室RTO 方案。