蓄熱式燃燒爐RTO產(chǎn)品的安全設(shè)計(jì)

劉清波

【摘? 要】蓄熱式燃燒爐RTO是一種用于處理有機(jī)廢氣處理的高溫燃燒裝置，廣泛應(yīng)用于電子、噴涂、印刷、化工等行業(yè)。RTO正常運(yùn)行時(shí)內(nèi)部溫度可高達(dá)850℃，存在設(shè)備超溫甚至爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，為保證RTO設(shè)備能夠安全、穩(wěn)定運(yùn)行主要從工藝路線設(shè)計(jì)、電氣自動控制、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三個(gè)方面保證產(chǎn)品安全性。目前我司在工程實(shí)踐中RTO產(chǎn)品已經(jīng)成功應(yīng)用過數(shù)十套案例，安全事故方面一直是零投訴，現(xiàn)場運(yùn)行狀況良好。

【關(guān)鍵詞】RTO;蓄熱;燃燒;提升閥;VOCs

引言

近些年國內(nèi)時(shí)有RTO設(shè)備爆炸或自燃的新聞爆出，給業(yè)主造成巨大的財(cái)產(chǎn)損失，甚至威脅到現(xiàn)場工人的人身安全。我司在研發(fā)蓄熱式燃燒爐設(shè)備時(shí)，一直把設(shè)備安全放在首位，只有在安全運(yùn)行的前提下才能創(chuàng)造社會價(jià)值。安全事故要以預(yù)防為主，本文主要從以下三方面著手，把安全隱患扼殺在搖籃里。

（1）合理的工藝線路設(shè)計(jì)。（2）合理的電氣自動化設(shè)計(jì)。（3）合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1.RTO設(shè)備簡述

在實(shí)際工程案例中VOCs處理方式主要有催化燃燒、直接燃燒和蓄熱式燃燒。RTO屬于蓄熱式燃燒法，對比催化燃燒和直接燃燒法具有更高的處理率和熱回收效率，VOCs的去除率可達(dá)98%以上，熱回收效率高達(dá)（90%以上），是目前主推的處理工藝。

RTO更適用于小風(fēng)量，中、高濃度有機(jī)廢氣的處理，利用廢棄燃燒產(chǎn)生的熱量維持所需溫度，減少燃燒器加熱的需要，降低運(yùn)行成本。實(shí)際項(xiàng)目中一般通過活性炭吸附和解吸以及沸石轉(zhuǎn)爐濃縮裝置將低濃度的有機(jī)廢氣轉(zhuǎn)化為中濃度和高濃度有機(jī)廢氣，以提高燃燒效率。

RTO有兩室、三室和多室，兩室RTO對管道壓力造成的波動較大，且處理效率低，多室RTO適用于風(fēng)量較大的情況，本文以三室RTO為例講述蓄熱式燃燒爐的處理工藝。

產(chǎn)品原理圖如圖1：

主要工作原理是利用高溫（850℃）使把由工廠收集來的廢氣氧化分解成水和二氧化碳。首先廢氣通過廢氣風(fēng)機(jī)后從蓄熱室1被預(yù)熱后進(jìn)入燃燒室，此時(shí)廢氣被氧化分解，然后從蓄熱室2排出凈化空氣，此時(shí)蓄熱室2被預(yù)熱，同時(shí)吹掃空氣對蓄熱室3進(jìn)行吹掃。然后通過提升閥切換，廢氣從蓄熱室2進(jìn)入燃燒室從蓄熱室3排出，此時(shí)蓄熱室1進(jìn)行吹掃。最后再通過提升閥切換，廢氣從蓄熱室3進(jìn)入燃燒室從蓄熱室1排出，此時(shí)蓄熱室2精心吹掃。如此不斷重復(fù)上面三個(gè)過程，廢氣就源源不斷的被凈化成可以直接排放的凈化空氣了。

2.工藝線路安全設(shè)計(jì)

RTO設(shè)備一般不單獨(dú)使用，需要和周邊設(shè)備配套使用，一是能提高VOCS處理效率，二是提高設(shè)備安全性。常用的方式是采用多級過濾+轉(zhuǎn)輪濃縮+RTO。

（1）多級過濾設(shè)計(jì)。采用絲網(wǎng)（如圖2）過濾，廢氣經(jīng)過絲網(wǎng)后能去除其中的漆霧液滴。

絲網(wǎng)過濾段采用100目金屬網(wǎng)過濾器。該過濾器不僅用于工業(yè)上，在空氣通風(fēng)或空調(diào)。

進(jìn)氣設(shè)備中也是最經(jīng)濟(jì)最方便的解決方法。機(jī)械過濾，是用多層的擴(kuò)張不銹鋼紡織網(wǎng)為過濾網(wǎng)的專用材料，經(jīng)轉(zhuǎn)壓成波浪形，以正確的角度彼此交叉疊合排列。空氣通過絲網(wǎng)目時(shí)氣流會不斷改變方向，并且氣流阻力低，當(dāng)絲網(wǎng)前后壓力增加到設(shè)定值時(shí)可以拆下來水洗或者更換新的絲網(wǎng)。不論是鋁質(zhì)濾網(wǎng)或不銹鋼濾網(wǎng)，均具安全、堅(jiān)固、耐高溫的特性，且容易清洗及保養(yǎng)，長期使用更可降低濾網(wǎng)使用成本。

采用G4、F7過濾去除廢氣中的顆粒物，避免RTO內(nèi)部蓄熱轉(zhuǎn)阻塞，造成排氣不暢導(dǎo)致設(shè)備升溫、爆炸等，實(shí)物如圖3。

采用進(jìn)口聚酯纖維材料制成，纖維材料整體波浪狀分布，內(nèi)有有金屬絲加固，外有金屬邊框加固。保證迎面吹過來的風(fēng)不至于破壞濾材，增加濾材的使用壽命，波浪狀分布還增加了濾材的韌性和容塵量。

（2）轉(zhuǎn)輪濃縮。在引風(fēng)機(jī)牽引下，廢氣經(jīng)過前端過濾后過濾掉廢氣成分中含有的大顆粒物質(zhì)進(jìn)入轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)。轉(zhuǎn)輪被分成12個(gè)分區(qū)，其中冷卻區(qū)和脫附區(qū)各占1/12，剩余部分為吸附區(qū)。經(jīng)過預(yù)處理的廢氣分別進(jìn)入各自轉(zhuǎn)輪的處理區(qū)進(jìn)行吸附過程，達(dá)標(biāo)廢氣經(jīng)煙囪排放，吸附于濃縮轉(zhuǎn)輪中的有機(jī)廢氣VOC，在再生區(qū)經(jīng)高溫空氣處理而被脫附，濃縮到15-25倍的程度。濃縮風(fēng)機(jī)流量為排風(fēng)量的1/25-1/15。脫附下來的高濃度小風(fēng)量廢氣接入RTO進(jìn)行焚燒處理。轉(zhuǎn)輪濃縮原理圖如圖4：

（3）RTO設(shè)計(jì)。經(jīng)過前段過濾和濃縮后的高濃度廢氣進(jìn)入RTO設(shè)備，根據(jù)廢氣成分查出各個(gè)組分高溫裂解所需要的最高溫度，此溫度即為燃燒室正常運(yùn)行需要保持的溫度，一般在850℃上下，經(jīng)過計(jì)算得出廢氣的平均熱值，根據(jù)廢氣從常溫升至850℃所需要的熱量計(jì)算出濃縮后進(jìn)入RTO的最高濃度，如果濃度過高，則RTO內(nèi)溫度一定會有超溫、爆炸風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)廢氣濃度也不宜過低，過低會增加天然氣提供額外的能量，很不經(jīng)濟(jì)。RTO內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖5。

（4）其他安全設(shè)計(jì)。若果廢氣中含低沸點(diǎn)VOCs可采用冷凝回收，水溶性強(qiáng)的氣體成分采用填料塔洗滌處理，對高濃度氣體設(shè)置緩沖罐并補(bǔ)新風(fēng)。設(shè)備、管道接地處理，廢氣管道入口加新風(fēng)閥等等。

3.電氣安全設(shè)計(jì)

3.1 LEL檢測裝置

LEL檢測裝置一般安裝在廢氣進(jìn)入系統(tǒng)前端的管道上，配合連鎖報(bào)警裝置，提醒工作人員對設(shè)備進(jìn)行安全管理，當(dāng)濃度高于某一設(shè)定值時(shí)，觸發(fā)聲光報(bào)警提醒工作人員。當(dāng)濃度高于某一危險(xiǎn)值時(shí)，會觸發(fā)聲光報(bào)警，并自動切斷廢氣和燃料供給管道，同時(shí)打開應(yīng)急排放閥門，此時(shí)設(shè)備進(jìn)入緊急狀態(tài)。

3.2溫度在線監(jiān)測

在RTO燃燒室指定位置安裝熱電偶，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測燃燒室溫度。配合連鎖報(bào)警裝置，提醒工作人員對設(shè)備進(jìn)行安全管理，當(dāng)溫度高于某一設(shè)定值時(shí)，觸發(fā)聲光報(bào)警提醒工作人員。當(dāng)濃度高于某一危險(xiǎn)值時(shí)，會觸發(fā)聲光報(bào)警，并自動切斷廢氣和燃料供給管道，同時(shí)打開應(yīng)急排放閥門，避免爐內(nèi)超溫。此時(shí)設(shè)備進(jìn)入緊急狀態(tài)。。

3.3壓力在線監(jiān)測設(shè)計(jì)

在RTO進(jìn)出口安裝壓差變送器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測進(jìn)出口的壓差，配合連鎖報(bào)警裝置，提醒工作人員對設(shè)備進(jìn)行安全管理，當(dāng)壓差高于某一設(shè)定值時(shí)，觸發(fā)聲光報(bào)警提醒工作人員。當(dāng)壓差高于某一危險(xiǎn)值時(shí)，會觸發(fā)聲光報(bào)警，并自動切斷廢氣和燃料供給管道，同時(shí)打開應(yīng)急排放閥門，此時(shí)設(shè)備進(jìn)入緊急狀態(tài)。

3.4其他連鎖裝置設(shè)計(jì)

燃燒室溫度與新風(fēng)閥連鎖、蓄熱式下部超溫停爐連鎖、排煙溫度超溫停爐連鎖、RTO主風(fēng)機(jī)變頻故障停爐連鎖、燃燒器故障停爐連鎖等，多個(gè)連鎖裝置的設(shè)置確保RTO爐安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。

4.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1阻火閥設(shè)計(jì)

阻火器的作用主要是防止火焰通過管道傳至生產(chǎn)車間，影響到正常的安全生產(chǎn)。阻火器一般安裝在廢氣進(jìn)入RTO設(shè)備之前的管道上。為了保證阻火器的阻火效果，定期需要對阻火器進(jìn)行檢查，清洗阻火芯件。若阻火芯件使用時(shí)間過長（超過兩年），損壞了需及時(shí)更換新的阻火芯件。阻火器實(shí)物如圖6。

4.2應(yīng)急排放閥設(shè)計(jì)

應(yīng)急排放閥安裝在RTO燃燒室旁通管道上，當(dāng)RTO燃燒室內(nèi)部超溫，采取相應(yīng)措施后溫度還繼續(xù)上升的情況下，會自動打開，此時(shí)排放出的氣體溫度一般會高于850攝氏度。這就要求閥門材質(zhì)必須耐高溫。這種閥門一般采用蝶閥形式，蝶閥閥板材質(zhì)RA330合金鋼，配合優(yōu)秀的執(zhí)行器，在緊急情況下觸發(fā)會保證設(shè)備的運(yùn)行安全。高溫閥結(jié)構(gòu)如圖7。

4.3泄爆裝置設(shè)計(jì)

泄爆片是一種能在指定壓力和溫度下自動爆破的安裝裝置，一般安裝在RTO燃燒室頂部位置。在RTO燃燒室出現(xiàn)急速升溫，并且在其他各種降溫降壓措施都無效時(shí)的極端情況下才會起觸發(fā)。

泄爆片安全裝置結(jié)構(gòu)簡單，只需一個(gè)簡單的加持元件即可安裝，成本低，泄爆效果明顯，耐高溫、耐腐蝕，在RTO設(shè)備上廣泛應(yīng)用。泄爆片實(shí)物見圖8。

4.4隔熱防護(hù)設(shè)計(jì)

燃燒室和蓄熱室采取隔熱防護(hù)，采用防火的陶瓷纖維加熱鍍鋅鋼板覆蓋層，內(nèi)層保溫的厚度取決于內(nèi)外溫度差，一般要保溫廠家根據(jù)溫度差計(jì)算所需要的保溫厚度。一般要求鋼板外表面陰面（太陽光未直射的面）溫度不得高于周圍環(huán)境溫度15℃，整個(gè)設(shè)備外表面溫度低于60℃;所有隔熱層折疊并捻縫，以防風(fēng)雨影響。實(shí)物見圖9。

下實(shí)體（如圖10）提升閥部分由于溫度較低一般在100度左右，切下實(shí)體空間狹小，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，所以在下實(shí)體外部保溫，在保證安全的情況下大大降低設(shè)備制造難度和成本，所有VOC內(nèi)部處理風(fēng)管采用密度100kg/m?，厚度100～150mm的巖棉進(jìn)行保溫，保溫材料需采用整塊完整的材料，不允許使用零碎材料拼接，保溫材料需要確保固定可靠，保溫棉做好固定以及連接，不允許出現(xiàn)保溫棉下墜等情形。

5.總結(jié)

圖11是某廢氣處理項(xiàng)目現(xiàn)場的RTO設(shè)備實(shí)績案例，屬于印刷包裝行業(yè)，對設(shè)備安全要求較高。我司針對該項(xiàng)目從以上幾個(gè)方面著手對此項(xiàng)目完成針對性方案設(shè)計(jì)，該項(xiàng)目已經(jīng)持續(xù)兩年安全、平穩(wěn)運(yùn)行，被公司評定為行業(yè)標(biāo)桿項(xiàng)目，也得到了業(yè)主的一致好評。安全無小事，多年來自己一直秉持安全第一、預(yù)防為主的理念，只有平時(shí)多積累、多學(xué)習(xí)、多思考、多總結(jié)，才能做好產(chǎn)品設(shè)計(jì)，做到防患于未然。工藝、機(jī)械、電氣三方面都做好相應(yīng)的安全設(shè)計(jì)，三者相輔相成、缺一不可，只有這樣RTO設(shè)備的安全運(yùn)行才能做到萬無一失。

參考文獻(xiàn)

[1]羅國民蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)[M].

[2]郭志強(qiáng)，劉鐵鎖.汽車涂裝車間廢氣處理系統(tǒng)選型技術(shù)要求[J].現(xiàn)代涂料與涂裝，2017（5）.

[3]姚春權(quán)，鐘世華，鐘才粦.RTO旋轉(zhuǎn)單元失效輔助裝置[J].印制電路信息2016（7）：59-60.