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蓄热式焚烧实现VOCs的高效安全治理

文/李宇彤

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恩国RTO装置结构示意图

VOCs(Volatile OrganicCompounds)通常指在环境条件下容易蒸发或挥发的有机化合物,在我国被定义为“参与大气光化学反应的有机化合物,或者根据规定的方法测量或核算确定的有机化合物。”

一、VOCs的种类和来源

种类VOCs主要包括:非甲烷总烃(烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃),含氧有机化合物(醛、酮、醇、醚等),卤代烃,含氮化合物,含硫化合物等。不仅对人体产生毒害,而且是PM2.5和光化学烟雾的罪魁祸首,对环境造成严重污染。因此,VOCs治理越来越受到国家的重视,“十三五”生态环境保护规划明确指出,要在重点行业及细颗粒物和臭氧污染严重的重点地区推进挥发性有机物总量控制,全国排放总量下降10%以上。

1、来源

VOCs种类繁多,成分复杂,来源广泛。我国VOCs排放中来自工业生产的排放量占比超过50%,主要产生于石化、有机化工、表面涂装、包装印刷、油漆生产、金属涂装、轮胎制造、化纤生产等行业。

2、VOCs 的处理方法

VOCs的两大处理方法 VOCs废气处理的方法主要有两类:回收法和破坏法。回收法是通过物理方法,用温度、压力、选择性吸附剂和选择性渗透膜等方法来分离VOCs,达到将有价值溶剂回收并循环利用。回收法主要包括吸收法、吸附法、冷凝法及膜分离技术。由于VOCs往往为多组分,很难回收,因此多数情况下要采用破坏法,即:通过化学方法如燃烧法,或生化反应如生化过滤,将有机物转变成为CO2和水。破坏法有热力燃烧法、催化燃烧法、生物降解法等传统技术。

3、VOCs处理技术的发展变迁

最早用来处理VOCs的设备是固定床活性碳吸附装置,可用于治理任何浓度的常温有机废气,但处理低浓度、大风量有机废气时,设备庞大,不经济。1950年,美国研发出以天然气为燃料的直接燃烧技术,用来处理高温、高浓度废气, 但燃料费用很高。为了降低燃料消耗,美国、日本相继开发出催化燃烧技术及蓄热式燃烧技术(RTO)。20世纪70年代,美国首先将RTO用于VOCs废气的净化工程。随着技术不断完善,到20世纪90年代中期,在欧美发达国家,RTO已普遍应用于VOCs的净化处理,在VOCs处理市场中占主导地位。

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 恩国的沸石浓缩转轮和RTO设备

二、RTO受到国内市场青睐

我国对VOCs的治理几经变迁,从早期的喷淋吸收,到采用活性炭吸附,至2008年开始应用燃烧法处理。现在,RTO作为一种高效、低能耗、安全的技术,越来越多地受到国内市场的青睐。

RTO是采用在炉体内填装高性能蓄热体,通过直接热交换的方式截留燃烧后高温气体的热量,蓄积在蓄热体中,用来预热废气,降低对辅助燃料的消耗量,达到节约成本的目的。

1、RTO的优点

首先,它的通用性强,可处理的有机废气范围广泛且去除效率高。其次,热效率高。此外,操作方便,很少需要维护,使用寿命较长。相较吸收法等其他处理方式,虽然RTO一次性投资较大,然而由于上述诸多优势,RTO 仍然得到了广泛应用。

2、RTO装置的工作原理

通常,蓄热式焚烧炉由两个加固保温蓄热槽和一个燃烧氧化槽构成,蓄热槽内填有耐高温的蓄热陶瓷。废气先通过一侧蓄热槽进入燃烧氧化槽。在此过程中,当废气经过蓄热槽时,高温蓄热陶瓷会预热废气,并将温度升高后的废气导入燃烧氧化槽。在燃烧氧化槽中,废气经高温氧化反应后,变为高温干净气体,然后通过并加热另一侧的蓄热槽。在下一个循环中,通过切换风门改变废气进出焚烧炉的方向,出口端蓄热槽改为废气入口端来预热废气。通过双切风门周期性地切换废气进出方向,可使整个系统的热回收效率保持最佳状态。整个RTO运行过程中的核心部件是双切风门。

三、恩国RTO装置亮点介绍

美国恩国环保公司(Anguil Environmental System,Inc)自1978年成立以来一直专注于以燃烧法进行VOCs废气治理,拥有全系列的VOCs废气燃烧处理设备,包括蓄热式焚烧炉(RTO)、蓄热式催化焚烧炉(RCO)、直接燃烧焚烧炉(DFTO)、催化式焚烧炉(CO)、浓缩转轮与各式焚烧炉配合的组合技术以及余热回收系统。我们可以完全从客户的角度出发,推荐最适用、合理的燃烧系统。

RTO 作为恩国众多产品中的核心技术,具有高安全性、高去除效率、高效节能、较低的运行费用、操作容易等特点,深受用户的欢迎。

1、双切风门采用特殊设计

如前所述,整个RTO运行过程中的核心部件是双切风门,恩国环保采用特殊的结构设计,由PLC控制的三通切换阀切换时间短,增强了阀门的密封性,使阀门的废气泄漏率超低且延长了使用寿命。此外,切换阀的位置独立于炉体之外,便于维修。

2、从设计到安装调试的整个过程,首先考虑安全性。

由于VOCs中含有大量易燃易爆气体,因此VOCs处理设备的安全性异常重要。恩国环保在系统设计、材料选择、控制系统、安装、调试等各个环节都将安全性放在第一位。例如,根据VOCs废气所含气体的性质有针对性地选择设备所用材料。在系统的设计上符合美国NFPA86规范(美国消防协会制定的安全标准)要求,含系统配置、关键性仪器仪表选型等。燃料管道采用双关断设计,控制系统配有火焰强度显示、高温控制器、报警、复位、开关机、紧急停机以及无纸记录仪。整个RTO的控制系统有软硬体联锁,可通过温度、压力等反馈,及时调节相应联动器件,有效保障系统安全。当工艺中VOCs废气浓度波动大时,恩国会为客户选择配备热旁通系统,以便在浓度过高时保护炉体安全,并且对多余热量进行回用。此外,还设有系统过温保护、离线高温清理蓄热体等功能,使系统更安全、持久运行。

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恩国为美国制罐企业JL Clark公司提供的RTO设备

3、多管齐下提高去除率。

恩国的两槽式RTO去除效率可达到99%。此外,通过在两槽式RTO的基础上配备吹扫塔,将阀门切换时逃逸的废气收集后再次送入焚烧炉燃烧,可提高去除效率。当客户对去除效率有更进一步要求时,还可提供三槽式RTO。

4、节能高效

针对大风量、低浓度的废气,恩国采用沸石浓缩转轮先把废气进行吸附,再经脱附把浓缩后的废气送至RTO等焚烧系统中进行燃烧处理,降低能耗、提高处理效率。为了节省能耗,恩国还可为客户配备蒸气锅炉、换热器等余热和能源回收系统,用于工厂制程或供热需要,减少运行成本,使整条产线能耗降到最低,提高能源利用。

5、为金属包装业量身打造RTO解决方案

针对金属包装业VOCs的治理和热能回收利用,恩国已积累了10多年经验。除了美国老牌制罐厂商JL Clark,恩国服务的客户还有Silgan制罐、Rexam包装、B-Way集团、Vancan 等知名企业。

金属包装行业中的两片/三片罐/钢桶生产线的废气源来自涂布、印刷等工序,主要污染因子是二甲苯等VOCs。生产线的烘房和彩印/涂布线排放的废气工况分别是高温废气和低温、低浓度废气。

针对烘房的高温热风废气,恩国采用蓄热式焚烧炉(RTO)与余热利用装置来处理。在RTO中被分解后的干净气体通过烟囱排入大气之前,会预先进入高效换热器将热风送到烘房,供给烘房所需的热能,并且导入的热风极为干净不影响产品质量。另外,当废气中的挥发性有机物浓度达到一定值(3%~4%爆炸下限,LEL)时,VOCs反应所产生的热能将会维持RTO自供热运转,而不需要添加额外的辅助燃料,从而大大降低了设备的运行成本及碳排放量。

针对彩印/涂布线的低温、低浓度废气,恩国采用沸石浓缩转轮与RTO组合来处理,浓缩转轮大幅减少了RTO处理的风量,缩小了整个炉体的体积,可降低设备成本投入并减少运行成本。恩国环保拥有全球销售及技术支援体系,并早已在中国建立了完整的设计、制造、安装、调试、售后团队,可为客户提供整合的解决方案,包括工程、制造、安装与技术支援,其高效、专业的服务及优质的VOCs治理工程质量深受客户、专家们的称赞。

(文章来源:金属包装)

 

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