蓄热式焚烧炉在大型污水厂中的应用及仪表方案

蓄热式焚烧炉在大型污水厂中的应用及仪表方案

李迎召,张巧燕

浙江石油化工有限公司 浙江 舟山 316000

摘要：简介浙石化污水场高浓度臭气蓄热式焚烧炉的应用，包含工艺路线选择、设备选型、仪表选型方案及缺陷处理，以及针对环保要求进行的技术路线改造。

关键词：蓄热式、臭气、安全、环保、仪表

引言

浙江石油化工有限公司4000万吨/年炼化一体化项目总规模为4000万吨/年炼油能力，项目分为两期。污水处理场是本炼化项目重要的公用工程之一，主要承担全厂污水处理及回用、废气处理等功能。臭气处理单元（高浓度臭气部分）是污水处理场中的臭气收集和处理设施。本项目将一期、二期污水处理场的臭气统一考虑，按照高浓度、低浓度臭气分别进行收集和处理，高浓度臭气的设计处理规模为80000Nm3/h。

根据VOCs去除率及安全运行等综合考虑，浙石化高浓度臭气处理选用三槽蓄热式焚烧炉（RTO)及配套处理设施，包括前置洗涤塔、气液分离罐、阻火器、三槽蓄热式焚烧炉（RTO）、骤冷塔、后洗涤塔、烟囱，以及附属的仪表及安全PLC控制系统。

污水场高浓度废气处理系统工艺路线为：污水处理场臭气→前洗涤塔→气液分离罐→阻火器→三槽蓄热式焚烧炉（RTO）→急冷塔→后洗涤塔→烟囱，详述如下：

臭气收集后输送至前洗涤塔入口，吸收臭气中的H2S，预处理前设有3套LEL监测仪。臭气洗涤后，经气液分离罐进一步除去水雾，然后由中继风机将废气输送至焚烧炉。经焚烧炉高温氧化处理后，净化气再导入急冷塔、后洗涤塔进行降温和除酸，最后净化气通过后置系统风机经烟囱排至大气。

臭气气中含氮物质有氨气、三甲胺，经高温氧化后将生成一定量的NOx，因RTO是去除VOCs的设备，并不能抑制NOx的生成，在连续生产运行中，要保证臭气中的含氮量不超标，才能满足环保排放指标要求。

蓄热式焚烧炉（RTO炉)是一种有机臭气处理设备，它可以处理大风量、低浓度的有机臭气，而且还可以回收热能。蓄热式焚烧炉（RTO炉)是高浓度臭气处理的核心设备，其工作效率、工作状态决定了整个高浓度臭气的VOCs去除率。蓄热式焚烧炉处理有机臭气的基本原理是在760℃以上的高温下，将有机臭气彻底氧化分解，生成洁净的二氧化碳和水，同时释放出大量热量，净化以后的高温气体通过蓄热室内的蓄热陶瓷，蓄热陶瓷吸收高温气体的热量而将热量蓄积起来，蓄热陶瓷具有快速吸热与放热的特点，蓄热陶瓷吸收的热量用于预热下一个循环进入的臭气。

蓄热式焚烧炉采用耐高温的陶瓷纤维棉进行保温、隔热，减小热量损失。陶瓷纤维棉可将VOCs反应放出的热量储存在蓄热体内，用来加热入口臭气，陶瓷纤维棉的高蓄热率保证了热量的损失，有效降低能耗。

焚烧炉采用高效燃烧器，具有良好的可调比，可满足当工艺臭气中的VOCs浓度升高，燃烧机输出同步降低。确保维持炉膛温度的同时，降低燃料气的损耗。当蓄热室温度达到设定温度时，燃料气可退出供应，完全依靠臭气中的热值来维持蓄热室温度，在处理臭气的同时最大量减少燃料供应。此功能可大大减少燃料气的使用，在节省能耗的同时，可更灵活、安全的控制蓄热室的温度，保证了设备安全。当温度降低至设定值时，DCS系统可自动启动燃烧器，保持蓄热室的温度，同时保证臭气的充分氧化燃烧。

高浓度臭气仪表、阀门全部选用防爆型，根据HAZOP分析、SIL分析，现场配备安全型PLC系统，焚烧炉关键仪表、阀门进入安全PLC系统内，用于实现安全、快速联锁动作。同时PLC内部所有参数通讯至DCS系统，用于控制和记录。

为防止臭气内可燃气体超标引起爆炸，在臭气主管道上设置三台可燃气体检测器（LEL），当臭气入口监测浓度超过LEL的20%或超过RTO热容量情况时，开启紧急旁通系统排放臭气，同时开启新风进行冷却置换，有效减少焚烧炉爆炸的可能性。可燃气体检测器为安全仪表，为保证数据的真实性、可对比性，建议3台LEL选用同类型仪表。

为避免炉体突然停机，臭气隔离阀关闭，臭气滞留在管道内，同时臭气不会立刻停止排放，随着臭气积聚，浓度越来越高，在氧含量足够的情况下，一旦出现火花或静电等点火源，就可能发生闪爆。为此，在RTO炉停机后，系统风机需继续运行，用于置换管道、RTO炉内残留臭气、烟气，同时降低焚烧炉的温度。系统风机必须保证效率和持续运行，为此，设置两台系统风机，两台系统风机可分别足量抽取整个系统内的臭气。

废气进入三个蓄热室内燃烧，按照顺控程序进行切换。三个蓄热室配置三台切换阀，分别为进气阀、排气阀、吹扫阀。在正常运行时，臭气通过上一循环为出口状态的高温蓄室预热，臭气经过此高温蓄热室预热后温度快速上升。当高温臭气进入燃烧室后，发生氧化反应，热量以及干净的气体将经过另外一个蓄热室，此时热量将被此蓄热室吸收。周期性的切换使热量均匀的分布在整个焚烧炉内。如此循环往复，使得臭气氧化所释放的热量，被充分利用。三个蓄热室循环往复的切换进气，即保证了三个蓄热室内温度的平衡，不会超温或偏温，又最大限度减少阀门切换时漏排的可能。

臭气切换阀采用FLOWRITE阀体配套KINETROL扇形执行机构，可实现快速开关。9台切换阀六分钟实现一次开关循环，用以将臭气均衡导入三个蓄热室。9台切换阀的高效、稳定运行是焚烧炉运行的基础，在日常生产中，要做好维护工作。

燃烧器燃料入口管道与炉内设置差压变送器，限制高差压产生，差压过高，意味着燃烧器可能发生堵塞，需要进行维护；同时，也有可能意味着进入燃烧器的燃气过多，存在一定的危险性。

焚烧炉的爆炸通常发生在点火阶段或熄火后再点火阶段，为避免炉内发生爆炸，在焚烧炉熄火后、点火前，需要系统风机对焚烧炉内残留烟气、臭气持续进行置换，以确保新鲜空气充满整个焚烧炉系统。

燃料气管道上设置两台紧急切断阀，并设置一台调节阀，用于控制燃料气的紧急切断和负荷调整。当焚烧炉内温度达到设定值时，燃料气调节阀将全部关闭，退出燃料气。

两个燃烧室各配置一台火检，品牌为杜拉格，测量形式为紫外型，可调整安装方向，配置吹扫风用于防止焚烧炉内粉尘对测量产生影响。火检运行信号、故障信号参与停车联锁，若火检运行中出现故障，迅速切断燃料气供应，焚烧炉熄火。

出于环保、安全考虑，在废气入口增加了旁路阀，当焚烧炉熄火后废气旁路阀联锁打开，废气导入低浓度臭气处理单元，避免了废气直排烟囱可能造成的环境污染，同时可避免废气扩散至大气中出现可燃气积聚爆炸风险。

为防止臭气内可燃气体超标引起爆炸，在臭气主管道上增设两台可燃气体检测器（LEL），形成三取二联锁。可燃气体检测器直接联锁停机，停机后立即执行置换排放程序，防止超标臭气进入焚烧炉引起爆燃或爆炸。

仪表在系统运行中，关键维护工作主要包括火检系统、燃料气阀、臭气切换阀。

火检要保证吹扫风正常投用，防止焚烧炉内粉尘影响火焰检测，同时可降低高温烟气对火检的损害。夏季高温晴朗天气时，要对火检做好防护，防止阳光直射产生高温，影响火检的正常测量，防护措施对火检的正常运行非常重要。焚烧炉熄火后，偶尔会出现火检信号和火检强度信号波动而无法再次点火情况，可能是因高温炉壁辐射导致。

燃料气阀门选用霍尼韦尔进口电动阀，电动执行机构内电子元器件被胶封在外壳内，避免了可能泄漏的燃料气、臭气进入执行机构内引起爆炸风险。同时也带来了维修维护的不便，电动执行机构故障时，无法查找故障电路并予以更换。电动执行机构品牌的选择应全厂统一考虑，便于备品备件或备阀的储备。

臭气切换阀在运行时，每6分钟完成一次开关动作，且开关动作时有振动现象，日常维护中需加强巡检和定期保养，防止限位开关松动或限位开关盖子抱死。限位开关状态参与联锁停车，易导致误动作停车，需对限位开关的联锁做三取二或其他方式的改造。

结束语

RTO焚烧炉在大型污水处理场的应用日渐增多，自动化程度高、臭气处理彻底等优势比较明显，但其危险性也同样明显，高浓度臭气中可燃气体的积聚带来的爆炸风险尤为突出，需给予高度重视。仪表阀门的正常运行也同样关键，直接影响焚烧炉的安全稳定运行，在仪表选型方面要做好通用性考虑，结合全厂仪表做统一考虑。

参考文献资料

HJ1093-2020《蓄热燃烧法工业有机废气治理工程技术规范》

JB/T13733-2019《工业有机废气蓄热催化燃烧装置》

中国环保产业协会标准《旋转式沸石吸附浓缩装置》

NFPA 86 美国防火协会 烘箱与熔炉标准