蓄热式燃烧技术处理化工行业VOCs 安全性问题.doc
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1、蓄热式燃烧技术处理化工行业VOCs 安全性问题随着对环境保护的日益重视,酸雨和雾霾污染已经逐渐减少,但是臭氧污染仍日益加重,成为影响环境空气质量的重要污染源,近年来我国因臭氧污染导致的人口死亡数量平均增加10.7%。臭氧污染的重要前体物是VOCs,在紫外线的作用下,VOCs 和氮氧化物会发生一系列复杂的光化学反应,生成臭氧和雾霾二次颗粒。虽然环境空气中氮氧化物的浓度有一定程度的降低,但是VOCs 的减排进入了瓶颈期,产生臭氧的反应中,VOCs 和氮氧化物非线性关系,仅通过氮氧化物的减排甚至会导致臭氧浓度的上升。为了降低臭氧污染,VOCs减排是重中之重。化工行业是我国工业体系的支柱行业,也是VO
2、Cs 排放的重要行业。根据中国环境规划院的研究结果,我国VOCs 年排放量达到3100 吨,我国涉及VOCs 排放的行业超过120 个,其中年排放量超过1 万吨的行业超过50 个。化工行业VOCs典型特征包括:废气浓度高、波动性大、净化效率要求高。蓄热式燃烧技术(RTO)主要原理是:挥发性有机废气经过预热室升温后,进入燃烧室高温焚烧(升温到800),在富氧的条件下进行彻底的氧化分解,有机物氧化成水和二氧化碳,在经过另外一个蓄热室的蓄热体存储热量,存储的热量可以用于下一轮预热新进入的有机废气,经过周期性地改变气流方向从而保持炉膛温度的稳定。RTO 工艺流程图见图1。图1 RTO 工艺流程图由于蓄
3、热式燃烧是一种彻底的氧化分解技术,净化效率高,目前广泛应用于化工行业的VOCs 净化。但由于化工行业VOCs 废气浓度高,且波动性大,存在燃爆的可能性。2015 年3 月江苏某化工企业RTO 净化系统连续两次发生爆炸,经济损失达数百万元;2020 年8 月19 日,浙江某化工企业RTO 净化装置废气管道爆裂,导致生产中断;2019 年6 月15 日,安徽某化工企业RTO 净化系统短时间两次发生爆炸,净化系统损毁严重。化工行业的VOCs 废气浓度一般比较高,在非正常工况下有可能会超过爆炸限;虽然VOCs 污染物浓度比较高,但是废气中的氧含量完全可以满足燃烧爆炸的要求;在不合理设计或者装置非正常运
4、行,而预防措施不到位时,RTO 装置本身的明火、高热物以及电火花和静电等均可能成为点火源。化工行业采用蓄热式燃烧技术处理VOCs 废气时,需要重点关注安全问题。1. 化工行业RTO 处理技术过程中爆炸要素分析根据爆炸三要素:可燃物、助燃物和点火源进行展开分析。1.1 可燃物(1)化工行业废气浓度高、波动性大,在某些工况条件下,比如真空泵其中开启时,可能存在VOCs 废气浓度超过爆炸下限的情况出现。(2)部分生产设备比如蒸馏釜处于故障状态,VOCs 物料被加热导致极高浓度的饱和有机物蒸汽进入RTO 净化装置,导致混合废气浓度超过爆炸下限的情况。(3)部分高沸点VOCs 废气在收集处理系统低温处冷
5、凝,RTO 处理系统启动时,冷凝的液态有机物直接进入RTO,或者在后期温度升高时,冷凝的液态有机物挥发至气相,进入RTO,导致RTO 内部混合废气浓度超过爆炸下限的情况。(4)易聚合物质,如苯乙烯等,容易发生聚合沉积在RTO 下室体温度相对较低的蓄热体处,聚合物随着温度的变化,可能发生二次挥发,导致RTO 内部局部浓度过高超过爆炸下限的情况。1.2 助燃物(1)化工行业有机液体存储与装卸废气以及进出料和反应过程的放空废气,为降低物料的损失,一般采取大管套小管的废气捕集方式,该部分废气收集时,会引入一定量的空气。(2)反应釜的投料口、放料口和取样口以及灌装工位,一般采用集气罩的废气收集方式,收集
6、废气中除了少量的VOCs 外,基本以空气为主。(3)固液分离设备和干燥设备,一般通过密闭的设备或者增设密闭隔间收集废气,废气中会引入大量室内空气。(4)废水集输和处理系统以及固废贮存场所,一般通过全面换风的方式收集废气,收集废气中除了少量的VOCs 外,基本以空气为主。1.3 点火源(1)RTO 燃烧室内明火:当进入RTO 内的VOCs 燃烧释放的潜热不足以维持RTO 正常运行所需要的温度时,需要额外补充天然气并点火升温。RTO 炉内一直维持着高温明火状态,是事故发生时首要考虑的点火源。(2)电火花:一般RTO 的辅助加热系统采用电火花点火器,在RTO 炉初始升温时,如果炉内有机物超过爆炸限,
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