利用蓄热式燃烧炉处理焦油加工废气

利用蓄热式燃烧炉处理焦油加工废气
发布时间：2022-11-07T02:45:05.359Z 来源：《工程管理前沿》2022年13期7月作者：邢小宁
[导读] 采用蓄热式燃烧炉处理焦油加工产生的废气，热效率可达96%以上
邢小宁
河南金马中东能源有限公司
摘要：采用蓄热式燃烧炉处理焦油加工产生的废气，热效率可达96%以上。

通过废气预处理和废气焚烧，污染物的平均净化效率可达到95%以上，具有净化效率高、适用范围广、操作稳定的特点。

关键词：蓄热式燃烧炉；焦油；废气
前言：挥发性有机化合物（VOCs)是指常温下饱和蒸汽压大于133.32Pa、常压下沸点在50～260℃的有机化合物，或在常温常压下任何能挥发的有机物，是最为常见的大气污染物之一[1]。

它主要来源于化工、石油、制药、喷涂、皮革等行业所排出的挥发性有机废气，这些废气中含有烷烃、芳香烃、卤烃、烯烃、脂肪烃、醛类、酮类和其他化合物，如果未经处理直接排放到大气中，不仅会毒害人类及动植物，还会在光氧化的作用下，形成二次有机物气溶胶，导致光化学烟雾、酸雨、雾霾等一系列环境问题。

1、当前常见的废气治理技术
VOCs的末端治理技术可以分为回收技术和销毁技术。

回收技术主要包括吸附、吸收、冷凝及膜分离等，回收物可以用于生产质量要求较低的产品，或者返回原料再次进行分离提纯。

销毁技术是通过化学方法将有机化合物转化为二氧化碳和水等无毒无害物质，主要包括高温焚烧、催化燃烧、生物氧化、低温等离子体破坏和光催化氧化技术等。

焦油加工废气目前常规的处理技术为冷凝法、洗涤吸收法及燃烧法，冷凝和洗涤吸收技术处理效率较低，而且存在二次污染的问题；燃烧法由于净化效率高、处理彻底、无二次污染，并且适合复杂组分的有机废气，是近年来常用的废气治理技术。

燃烧法中目前较普遍采用的技术有直接燃烧法、催化燃烧法和蓄热燃烧法等（表1）。

蓄热燃烧法是一种处理VOCs废气的成熟工艺，目前广泛应用于喷涂、印刷、化工等行业。

焦油加工废气具有组分复杂、浓度低、风量大等特点，由于催化燃烧法存在催化剂中毒失活、废气不达标的风险，直接燃烧法又只适合高浓度废气且能耗较大，经综合考虑，选择蓄热燃烧法来处理焦油加工产生的废气。

2、蓄热式燃烧炉的应用路径
2.1蓄热式废气燃烧炉的工作原理
蓄热式废气燃烧炉简称RTO，其工作原理是把有机废气加热到760~850℃的高温，停留2s以上，废气中的VOCs与O2发生完全氧化反应，最终分解成CO2和H2O。

为了利用高温烟气的热量，RTO内装有蓄热陶瓷填料，用于预热新进入RTO的有机废气，从而使炉膛维持在较高的工作温度，达到节省燃料的目的。

在加热期，流过蓄热室的高温烟气将热量传递给蜂窝陶瓷蓄热体；在冷却期，低温的废气以相反的方向流过蓄热室并获得热量，成为高温废气。

经过周期性地改变气流方向来完成蓄热室的吸热和放热过程，从而保持炉膛温度的稳定。

2.2废气处理工艺流程
焦油加工废气的处理工艺流程见图1。

焦油加工各套装置产生的工艺废气先经过预处理并调节压力至-0.2kPa左右，进入废气收集管
网，再进入安全
水封、捕雾器、缓冲罐，通过引风机升压至3kPa以上，经阻火器后送入蓄热式燃烧炉，在800～950℃的温度下焚烧处理。

引风机采用变频调节，引风机前的压力进行自动控制，调节引风机前压力在-4kPa 左右，以保证废气能够顺利输送。

在缓冲罐前设置了废气浓度LEL监控，并与新鲜空气补充阀进行连锁控制，当LEL浓度达到25%时，RTO系统连锁停车。

图1 焦油加工废气处理工艺流程图
RTO主要由燃烧室、蓄热室、集气室及切换阀门构成。

RTO正常运行时，废气的进气和排气通过阀门切换来完成。

第1工作周期中，废气自下而上经1号蓄热室吸热升温，然后进入燃烧室，经过处理后的废气自上而下通过2号蓄热室传热降温，进入烟囱排放。

此时3号蓄热式处于吹扫状态，用反吹风机将蓄热式及集气室中的滞留废气吹入燃烧室氧化处理，防止因蓄热室切换过程影响废气处理效率。

第2个工作周期中，1号蓄热室处于吹扫状态，废气自下而上进入2号蓄热室，与已吸收热量的填料进行换热后，进入燃烧室氧化放热，再自上而下通过3号蓄热室，并将热量传递给3号蓄热室后进入烟囱。

第3个工作周期中，2号蓄热室处于吹扫状态，废气由3号蓄热室进入，氧化放热后通过1号蓄热室进人烟囱。

至此完成了RTO设备运行的1个大循环周期，如此交替运行。

3、利用蓄热式燃烧炉处理焦油加工废气的工艺特点
（1）采用高温焚烧工艺，VOCs在800℃以上的高温下停留2s以上，被完全分解成CO2和H2O，效率达到99%以上，不产生二次污染。

（2）采用高性能蓄热陶瓷，热效率达96%以上，可以降低运行成本。

当废气浓度为1000mg/m、燃烧温度800～950℃时，焦炉煤气耗量为30～80m3/h；当废气浓度达到2000mg/m3时，RTO可自己维持燃烧。

（3）在废气进入RTO前设置了阻火泄爆安全水封和捕雾器，在废气管线的合适位置安装LEL监控，并与废气焚烧炉前的新鲜空气补充阀及废气进入焚烧炉的切断阀连锁，当LEL浓度达到25%时，RTO系统连锁停车，保证废气焚烧的安全。

（4）对各装置的废气进行预处理，防止废气输送过程中因萘、焦油等组分过多而堵塞管道。

通过调节阀控制各装置排气压力在-0.2kPa，保证废气的
稳定输送，同时避免因负压控制过低，造成VOCs被吸入废气管网过多，影响RTO的稳定运行。

（5）在阻火器芯板前设置排污阀，降低废气中冷凝液的夹带量，在阻火芯板前后设置压差表，用于监视阻火器是否出现堵塞，提高阻火器的运行效率。

（6）在废气进入RTO前，需尽量除去酸性气体，减轻废气对RTO的腐蚀。

焦油加工真空尾气因含有较高的NH3、H，S、HCN，改质沥青反应釜废气因含硫较高，宜单独进行处理，不宜直接进入RTO收集管网。

结束语：
（1）RTO适于处理组分复杂、低浓度、风量大的焦油加工废气，净化效率高、适用范围广、操作稳定性好，特征污染物的平均净化效率在95%以上，处理后的废气能达标排放，是一种值得推广的焦油加工废气末端治理技术。

（2）RTO采用高性能蓄热填料，热效率可达96% 以上，炉体外表面温度控制在65℃以下，排气温度比进气温度高50℃左右，降低了环保装置的运行成本，并且在合适的废气浓度下，系统可自己维持燃烧。

（3）焦油加工废气收集前需先进行预处理，减小废气中夹带的萘、焦油等重组分，进入RTO前需设置阻火泄爆安全水封和捕雾器，并安装废气浓度 LEL监控，与RTO系统进行连锁控制，保证废气焚烧的安全性。

参考文献：
[1]李存生.基于蓄热式燃烧的高炉煤气高效利用与碳排放[J].工业炉,2022,44(04):24-28.
[2]王林,柳朝晖,丁翠娇,习志勇,安朝榕,王小成,金国强.高炉煤气蓄热式燃烧化学动力学机理研究[J].工业加热,2014,43(06):1-5.
[3]吴道洪.蓄热式燃烧技术与低热值煤气利用[J].江苏冶金,2008,36(06):1-5.
[4]肖仕长.蓄热式燃烧技术在轧钢加热炉上的合理利用[J].四川冶金,2008(04):40-43.。