(完整版)蓄热式燃烧技术存在的问题
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蓄热式氧化炉(RTO)危害因素探究摘要:本文围绕蓄热式氧化炉(RTO)的使用问题进行了探讨,概述了蓄热式氧化炉的原理,分析了蓄热式氧化炉在使用过程中容易发生的常见问题,论述了蓄热式氧化炉的危害因素并提出了安全有效的建议和对策,供相关人士参考指正。
关键词:蓄热式氧化炉、使用问题1引言随着国家对生产行业中废气的排放指标要求也越来越高,生产企业纷纷加速工艺技术的转型升级来适应国家和政策的要求。
在这一形势下,环保类技术及设备也有了快速的发展,其中废气焚烧炉的型号也越来越多,应用越来越普遍,本文围绕蓄热式废气焚烧炉(RTO)的使用问题做了论述,希望给相关工作者一些思路和启发。
2蓄热式废气焚化炉概述蓄热式废气焚化炉,又称蓄热式氧化炉,是废气焚化炉的一种,它的主体结构包括燃烧室、蓄热室以及切换阀,其工作原理是在高温800℃左右的环境下将含有大量有机物的废气氧化生成二氧化碳和水,在这一过程中,废气得到净化。
相对于直燃式的废气焚化炉,它的炉膛内有蓄热材料和部件,氧化反应过程中产生的高温气体经过蓄热材料后可以使其升温,为后续进入的有机废气预热,因此可以大大降低有机废气升温所需的能耗,有效地提高了热量的利用率。
随着蓄热材料的不断发展,目前蓄热式氧化炉中蓄热交换器不仅所占用的空间越来越小,同时废气的分解效率也越来越高,可达到99%以上,热量的回收率可达到95%以上。
此外,根据企业或个体用户的实际情况,蓄热式氧化炉的热能回收方式以及切换阀的方式也可以有多种选择。
3蓄热式氧化炉使用中常见问题目前,蓄热式氧化炉在使用过程中主要有以下两类常见的问题:一个是RTO运行不稳定的问题。
造成这一问题的原因可能有:①企业的实际生产工况与RTO的负荷不匹配;②企业生产环节所产生的有机废气成分复杂且废气量不稳定;③RTO以及相关的生产设备设施不完善或者操作失误导致发生火灾、保证等事故。
另一个是RTO运行能耗的问题。
节能减排是生产企业十分重视的一项内容,而大多数的企业在能耗的控制和降低方面不尽人意。
蓄热催化燃烧RCO技术分析RCO技术主要包括废气预处理、燃烧和蓄热三个步骤。
废气预处理是为了去除废气中的杂质和湿度,以保证后续的催化燃烧过程的正常进行。
常见的预处理方法包括冷凝、提纯和干燥等。
在燃烧过程中,所产生的热量通过蓄热媒介(如陶瓷颗粒)吸收并储存起来。
蓄热媒介的选择是关键,它应能够在燃烧温度下稳定运行,并能迅速吸热和释放热量。
催化燃烧是通过催化剂的作用,将废气中的有机物高效地转化为二氧化碳和水。
催化剂通常是金属或金属氧化物,如铂、钯、二氧化钛等。
催化剂的选择应考虑废气组成、温度、催化活性和稳定性等因素。
RCO技术的优点主要有以下几个方面:首先,RCO技术具有高效的处理效果。
由于催化剂的存在,RCO技术可以在较低的温度下进行燃烧,从而减少燃料的消耗和烟气中有害物质的生成。
研究表明,RCO技术可以将有机物的转化率提高到90%以上。
其次,RCO技术是一种低温燃烧技术。
与传统的高温燃烧技术相比,RCO技术可以大大降低能耗和设备的运行成本,同时减少了烟气中氮氧化物和硫氧化物等有害物质的生成。
此外,RCO技术还具有一定的资源回收能力。
通过合理设计和操作,可以将废气中的一些有价值的组分(如烃类、溶剂和可回收材料等)回收利用,实现资源的循环利用。
尽管RCO技术具有许多优点,但仍存在一些挑战和限制。
首先,催化剂的稳定性是一个重要的问题。
由于废气中含有各种有机物和杂质,催化剂容易受到毒性物质的污染和损失活性。
因此,提高催化剂的稳定性和使用寿命是目前研究的重点。
其次,RCO技术在处理高浓度、高湿度废气时,容易产生二次污染问题。
因此,在实际应用中需要考虑废气的前处理措施和催化剂的优化设计,以确保废气的彻底净化。
最后,RCO技术的初始投资和运营成本较高,限制了其广泛应用。
因此,需要进一步研究新型催化剂和蓄热材料,以降低设备成本和能耗。
总之,蓄热催化燃烧技术是一种高效、低温燃烧和废气净化效果好的技术。
尽管在实际应用中仍存在一些挑战和限制,但随着对环境污染治理的要求越来越高,RCO技术有望得到更广泛的应用和推广。
浅析蓄热式氧化炉安全问题分析及预防措施摘要:通过对兄弟企业RTO开车和运行情况调查,结合RTO的详细设计和厂家资料,对RTO装置存在的危害因素进行分析探讨,对RTO设施本身及相关设施提出了安全对策措施,为RTO安全平稳运行提出了参考性意见。
关键词:蓄热式氧化炉;危害因素分析;安全对策措施引言近几年,随着环境保护上有机废气(VOC)排放要求的提高,RTO技术在有机废气回收治理方面越来越普遍,目前在石油化工行业已得到广泛应用。
在投入生产使用后,由于各种原因已发生了不少生产安全事故,不少使用效果也没有达到预期效果,给部分企业使用RTO蒙上了一层阴影。
如何安全有效使用、选用RTO成为企业的一个课题[1]。
1 RTO技术简介[]]蓄热式热力氧化炉(RegenerativeThermalOxidizer)简称RTO,是一种高效有机废气治理设备。
具有热效率高、运行成本低、能处理大风量低浓度废气等特点,可以处理有机废气的品种已近200种,改变了原来仅采用活性碳吸附的局面。
2 RTO改造方案2.1 RTO工艺简介RTO采用三室蓄热式氧化炉来处理废气,主要工艺为收集后的有机废气与新鲜空气在混风箱内混合后用风机输送进入RTO系统进行高温氧化,废气中有机物在高温下氧化分解为无害的CO2和H2O以及热能,从RTO系统出来的被氧化后的达标气体通过烟囱排放如大气。
2.2 RTO的工作原理:把有机废气加热升温至815℃以上,停留时间大于等于1sec,使废气中的VOCs氧化分解,成为无害的CO2和H2O以及少量副产物;氧化时的高温气体的热量被蓄热体“贮存”起来,用于预热新进入的有机废气,从而节省升温所需要的燃料消耗,降低运行成本。
2.3 RTO正常运行工艺:待处理有机废气进入蓄热室1的陶瓷蓄热体(该陶瓷蓄热体“贮存”了上一循环的热量),陶瓷蓄热体放热降温,而有机废气吸热升温,废气离开蓄热室后以较高的温度进入氧化室。
有机废气在氧化室中由燃烧器加热升温至氧化温度815℃,VOCs成分分解成二氧化碳和水。
国内外蓄热现状分析报告# 国内外蓄热现状分析报告## 简介蓄热技术是一种能够将热能在特定时间段内存储起来并在需要时释放的技术。
它是一种可持续利用能源的方式,具有重要意义。
本报告将对国内外蓄热技术的现状进行深入分析,并对其发展趋势进行展望。
## 国内蓄热技术现状分析在国内,蓄热技术发展相对滞后,主要受到以下几个因素的限制:### 技术创新不足目前国内蓄热技术主要集中在传统的储热材料和设备上,如油浸式热储系统、盐融盐浴储热、水热储存等。
这些技术存在着效率低、稳定性差的问题,难以满足长期储热和高温热储的需求。
因此,国内蓄热技术需要更多的技术创新来提升其效能。
### 缺乏政策扶持与国外相比,国内蓄热技术缺乏相关政策的扶持和推动。
在政策法规方面,缺少明确的技术标准和产业发展政策。
这导致企业在研发投入和市场推广中面临更大的风险,限制了蓄热技术的发展空间。
### 市场需求不足由于缺乏对蓄热技术的认识和了解,市场对蓄热产品的需求相对较低。
同时,由于蓄热技术相关设备和材料的价格较高,很多用户并不愿意投资蓄热系统。
因此,国内蓄热技术的市场需求相对较小。
## 国外蓄热技术现状分析相比之下,国外的蓄热技术发展较为成熟,主要表现在以下几个方面:### 技术创新引导发展国外在蓄热技术方面进行了大量的研究,并形成了一批创新的技术成果。
例如,在储热材料方面,国外采用了相变材料和化学储热材料,提高了储热材料的储热密度和稳定性。
在储热系统设计方面,采用了新型的换热器和储热装置,提高了热能的利用效率。
### 政策引导和推动国外的政府通过设立相关的政策和法规,推动蓄热技术的发展。
例如,德国和瑞典等国家对于可再生能源的利用提供了丰厚的补贴政策,鼓励企业和个人采用蓄热技术。
这些政策的实施促进了蓄热技术的市场化和产业化。
### 市场需求旺盛在国外,由于环保意识的提高和能源需求的增加,对蓄热技术的市场需求较高。
尤其是在工业领域和建筑领域,蓄热技术的应用已经逐渐得到认可。
蓄热式加热炉能耗的影响因素分析摘要:新世纪以来,蓄热式加热炉在工业领域得到了广泛应用和发展,但其缺点也随之显现。
由于炉子使用时间的增加,节能效果不明显,能耗逐渐增加。
蓄热式烧嘴砖甚至会落入一些炉子的炉壁,在炉壁和喷嘴处出现火焰移动和漏气。
这些问题严重影响熔炉安全,企业的经济效益和蓄热式加热炉本身的进一步发展。
关键词:蓄热式加热炉;能耗优化;喷嘴1蓄热式加热炉1.1蓄热式加热炉介绍蓄热式炉主要用于配备独立的高温蓄电式热燃烧室或其他蓄热炉和燃烧器,以便在高温加热前对炉内空气或其他气体部分进行高温预热。
它实际上也就是一种传统燃料加热炉和高效燃料蓄热室和换热器的完美结合,主要由高效蓄热室、燃料、排风换热系统、炉体、换向换热系统和高效送风机等系统部分组成。
蓄热器通常是用于空气和其他烟气之间流动散热通道的一部分,里面装满了蓄热器。
通常在高压加热炉中进行成对配合使用。
具有有效提高炉内加热炉质量、统一炉内加热温度、提高加热炉产品质量合格率等优点。
1.2蓄热式加热炉的分类根据不同的标准,蓄热式加热炉可分为不同的类型。
根据预热介质的种类,蓄热式加热炉可分为单一空气预热方式和空气和气体同时预热方式;按结构分有通道式和燃烧器式两种。
燃烧器型式又可分为组式整流和全分布式整流;如果以物料输送方式为划分依据,蓄热式加热炉又可分为推进式和行走式。
不同的蓄热式加热炉具有不同的性能。
全分布式可逆燃烧器蓄热炉可以满足不同钢种对炉温的不同要求,尽可能灵活地控制炉温。
1.3蓄热式加热炉的工作原理高炉石和煤气石化是中国钢铁工业生产中预制和炼铁的重要石化副产品。
预热的时候空气与包括焦炭和其他铁矿石等在燃烧锅炉过程中可能产生的大量一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氢气和其他氮气相互结合。
一氧化碳、甲烷和其他氢气可燃,但溶于一氧化碳的煤气含量仅大约为一个单位方米高炉灶中煤气的25%。
甲烷和其他氢气的气体含量很少,可以忽略不计。
二氧化碳和有机氮气同时具有作为阻燃剂的作用。
蓄热式燃烧技术综述摘要:蓄热式燃烧技术采用采用蓄热材料,让燃料在高温低氧的气氛中燃烧,具有清洁、节能、高效等优点,是目前最具有潜力,且最受欢迎的燃烧技术。
本文主要从蓄热式燃烧的原理及发展等方面进行了阐述,并对两种蓄热式燃烧的工作方式进行了比较和分析,通过梳理与总结,为今后蓄热式燃烧技术的研究方向提供参考。
关键词:蓄热式燃烧;蓄热体;蓄热式烧嘴;换向阀正文:1前言十二五以来,能源(尤其是不可再生能源)和环境问题已经被我们的党和领导列为中国可持续性发展的重要待解决问题之一。
面对日益突出的资源和环境问题,迫切要求高能耗行业全面推行高效、清洁的燃烧技术。
而蓄热式燃烧技术就能很好的实现这一目标。
蓄热式燃烧技术最大的优势是助燃空气预热到高温后,可以采用低氧燃烧的方式降低NOx排放,是一种在高温状况下燃烧的技术,又称高温空气燃烧技术,是20世纪90年代在发达国家开始推广的一项新型燃烧技术,它具有低NOx排放率、低能耗、高热效率的优点,主要用于钢铁冶金、机械、建材等工业部门中,并已出现迅猛发展的势头。
至今有关该项技术在国内已有部分专利,且广泛应用,取得了相当的经济效益[i]。
2专利技术实证分析专利信息实证分析是从专利文献中采集专利信息,对其主要指标进行加工、整理和分析,这些主要指标包括如专利类型分析、技术发展趋势分析、年度趋势分析、地域性分析、申请人(发明人)分析、技术分支分析等等。
2.1申请量分布(1)主要国家申请量分布日本是研究蓄热式燃烧技术相对较早的国家,也是至今为止相关申请量最多的国家,其次是中国、美国,从全球申请量分布图可看出,各国对于蓄热式燃烧技术的重视程度和迫切需要。
(2)中国申请量分布我国80年代中后期,才开始研究蓄热式燃烧技术,申请量也是从80年代后期才开始,早期的有关蓄热式燃烧技术的申请主要是从设置蓄热室开始。
一直到90年代末,国内有关蓄热式燃烧技术的相关申请一直处于平稳趋势,申请量较少。
但从这以后,由于环保和节能等要求,国内逐渐意识到蓄热式燃烧的重要性和迫切性,申请量逐渐增加。
蓄热式加热炉的自动燃烧控制技术摘要:常规加热炉通常采用普通平焰烧嘴供热, 其缺点是利用换热器进行空气预热, 预热温度低, 排烟温度高, 抑制了加热炉加热能力的提高, 且热利用率低, 能耗高。
随着当今钢铁行业热轧生产节奏的不断加快以及对节能降耗要求的不断提高,常规加热炉越来越不能适应用户要求。
为此, 蓄热式加热炉已逐渐成为加热炉发展的趋势, 很多用户新建加热炉时均把蓄热式作为首选, 业内更把蓄热式自动燃烧控制技术称为新世纪工业炉革命性的燃烧技术。
关键词:蓄热式加热炉;自动燃烧控制技术;蓄热式加热炉的最大特点是采用蓄热式烧嘴, 利用蓄热体对空气进行预热,在加热过程中加热炉两侧的两组蓄热体处于蓄热与放热不断交替的状态中, 从而提高空气预热温度,同时, 处于放热状态的蓄热体温度过低而失去对空气进行预热的作用。
因此, 蓄热式加热炉自动燃烧控制的关键技术在于自动换向控制。
一、蓄热式加热炉的自动燃烧控制技术1.蓄热式控制技术。
蓄热式加热炉自动控制系统主要分为三个部分,即炉膛温度控制部分、烧嘴换向控制部分以及炉膛压力控制部分。
其中炉膛温度控制一般通过控制炉内烧嘴的燃烧来实现。
加热炉自动控制系统的设计理念是通过选用合适的控制算法和策略,使加热炉内燃气能够最大程度的实现充分燃烧,并能够控制加热温度快速精准的达到设定值。
在我国的冶金行业中蓄热式加热炉的控制算法主要为PID控制,它的控制优点是能够精确快速的达到控制要求,且控制系统较为稳定,但是当出现较大的干扰及出现突发状况时,控制效果并不是很理想。
由于目前控制技术领域的发展还不够完善,所以蓄热式加热炉的自动控制系统还需要更加仔细的研究。
2.设计方案。
加热炉烧嘴燃烧方案选用脉冲燃烧控制方案,采用独立脉冲燃烧和时序脉冲燃烧二者相结合的方法,烧嘴独立脉冲燃烧,它主要的控制方式是通过一定的计算,得到该区域的热需求量,应用脉宽调制技术来调节系统加热燃烧的占空比,进而控制烧嘴的燃烧时间。
贵钢蓄热式加热炉蜂窝蓄热体堵塞原因分析(贵阳钢厂劳动服务公司型煤项目小组)前言按计划,型煤在三轧分厂了试烧,但在试烧过程中,发现其蓄热式加热炉蜂窝蓄热体发生了堵塞,据该分厂负责人介绍,在正常使用块煤时,该蜂窝蓄热体堵塞周期一般为两月,但使用型煤时,仅用了20余天就发生了堵塞,因而,型煤在三轧分厂的试烧过程被迫暂停。
蓄热体堵塞已经成为了影响型煤在贵钢推广使用的关键因素。
因此我们专门查阅了大量的文献资料对蓄热体堵塞进行了研究。
由于我们无法调阅三轧的加热炉详细资料,因此,我们只能从国内有关的分析文章对蓄热体堵塞的机理进行分析。
正文一、技术简介贵钢二轧及三轧所使用的加热炉均采用了目前较为流行的高温蓄热式燃烧技术。
高温蓄热式燃烧技术简称HTAC,是一项20世纪90 年代初开发的节能、环保效果显著的新一代燃烧技术,具有高效余热回收、高温预热空气及低NOx排放等优点。
蓄热式燃烧的基本原理是将助燃空气(或煤气)预热到800~1000℃以上,在氧浓度低于15%的高温贫氧环境下,成对烧嘴在定时或定温等条件下换向燃烧,达到烟气余热的极限回收和助燃空气(或煤气)的高温预热。
蓄热式加热炉的工作原理不同于传统加热炉。
空气-煤气双预热蓄热式加热炉是蓄热式加热炉的一种普遍形式,主要由换向系统、蓄热体、控制系统、供风及排烟系统组成,工作原理如图1所示。
在A 状态时,煤气和助燃空气经换向阀进入左侧蓄热室,分别被空气蓄热体A和煤气蓄热体A加热,预热后的高温空气和煤气分别从各自的喷口喷出,然后在炉膛内进行燃烧,燃烧产物对坯料进行加热后,烟气通过右侧喷口进入右侧蓄热室,高温烟气中的潜热大部分释放给右侧蓄热室内的蓄热体B将蓄热体加热,然后以150℃的低温经过换向阀,由排烟机排入大气中。
几分钟后,控制系统发出换向命令,换向阀动作,空气与煤气同时换向,系统变为B状态,空气和煤气分别经过右侧蓄热室的空气蓄热体B和煤气蓄热体B,被预热后从右侧喷口喷出并混合燃烧,高温烟气经过左侧蓄热室后大部分潜热释放给左侧蓄热室内的蓄热体将蓄热体加热,然后以150℃的低温经过换向阀,由排烟机排入大气中,完成一个换向周期。
1961 蓄热式焚烧炉在应用中存在的问题由于国家加强推行生态环境的保护,活性碳吸附已不能满足日益提高的标准要求,尾气焚烧装置应运而生。
蓄热式焚烧炉选用先进的热互换技术和新型蜂窝陶瓷蓄热原料,高效先进的换热体系保证了氧化分解热量的有用收回,热收回率95%以上,VOC净化率99%以上,作为一种能源高效利用的焚烧炉被广泛使用。
随着蓄热式焚烧炉的广泛使用,焚烧炉爆炸的案例屡见不鲜,导致事故频发的主要原因是蓄热式焚烧炉的过程安全风险未被充分识别和管控。
2 蓄热式焚烧炉的主要安全风险2.1 蓄热式焚烧炉的机理蓄热式焚烧炉利用天然气等燃料的燃烧为炉膛提供热量,一般来讲炉膛的温度控制在800℃~1200℃之间。
以三段式蓄热焚烧炉为例,工业尾气先进入第一段进行预热,该段的热量主要来自于之前燃烧后的达标尾气的热量。
然后进入焚烧炉的第二段进行氧化,氧化的过程是在蜂窝式陶瓷层进行的,蜂窝式陶瓷的作用主要是为了分散尾气、蓄积热量,使尾气得到充分的停留、加热和氧化,经过第二段氧化的尾气已经有效去除了VOC,达到排放标准。
焚烧炉的第三段是利用处理后的尾气或者空气进行炉膛吹扫,去除残留的VOC。
焚烧炉的三段是在不停地循环往复过程中,三段分别处于不同的三个状态。
处理后的尾气的排放温度一般只高于工业废气进料温度的40℃~50℃,焚烧炉能有效利用热氧化过程中产生的热能。
2.2 人为失误导致蓄热式焚烧炉爆炸蓄热式焚烧炉的很多爆炸案例是发生在点炉的阶段。
人为失误主要是在点火前炉膛没有进行吹扫或者吹扫不彻底。
焚烧炉的燃料一般为天然气或者工厂副产气,燃料气管线的切断阀经过长时间的运行后都会存在微量泄漏。
工厂的大检修一般会持续1~2个月,如果燃料气管线存在微量泄漏的话,炉膛内会集聚相当量的燃料气,燃料气与空气形成爆炸性环境。
另外一种情况是,在点火前已经进行炉膛吹扫了,但是因为炉膛过大而吹扫量不足导致了炉膛置换不彻底,仍然引发爆炸。
2.3 设备故障导致蓄热式焚烧炉爆炸焚烧炉集成了燃料气管线、助燃空气管线、尾气进料管线、处理后尾气出料管线、三段式切换阀组、点火装置等原件,结构相对复杂。
蓄热燃烧技术是一种在高温低氧空气状况下燃烧的技术,又称高温空气燃烧技术,通常高温空气温度大于1000℃,而氧含量低到什么程度,没有人去划定,有些人说应在18%以下,也有说在13%以下的。
这项技术从根本上提高了加热炉的能源利用率,特别是对低热值燃料(如高炉煤气)的合理利用,既减少了污染物(高炉煤气)的排放,又节约了能源,成为满足当前资源和环境要求的先进技术。
另外,蓄热式燃烧技术的采用又强化了加热炉内的炉气循环,均匀炉子的温度场,提高了加热质量,效果也非常显著,一起来随本文了解下吧!一、原理当燃烧装置处于燃烧状态时,被加热介质(助燃空气、煤气)通过换向阀进入蓄热室,高温蓄热体把介质预热到比炉温低100~150℃的高温,通过空煤气烧嘴(或火道)进入炉内,进行弥散混合燃烧。
而另一个配对的燃烧装置2则处于蓄热状态,高温烟气流入蓄热室,将蓄热体加热,烟气温度降到250~150℃后流过换向阀经排烟机排出。
煤气、空气预热各设置一台排烟机,只预热空气设置一台排烟机。
蓄热式燃烧装置系统主要由燃烧装置、蓄热室(内有蓄热体)、换向系统、排烟系统和连接管道,五大部份组成。
无论哪种形式的燃烧装置,蓄热室(内有蓄热体)需要成对布置。
经过一定时间后,换向阀换向如此反复交替工作,使被加热介质加热到较高温度,进入炉膛,实现对炉内物料的加热。
二、特点初期采用蓄热式烧嘴的主要目的是为了进一步提高空气的预热温度,更大程度地回收烟气带走的热量,以节约能源。
但由于高温燃烧带来了高的NOX排放,因此限制了它在工业发达国家的推广使用。
近入90年代后,低NOX的蓄热烧嘴开始进一步研究,1992年开发成功,被称为高温空气燃烧技术。
这种技术的原理是降低燃烧空间中的氧浓度,创造贫氧条件,消除局部炽热高温区,用高速喷出的空气射流卷吸周围烟气形成贫氧燃烧区,此时形成的火焰体积大大增加,亮度减弱,温度均匀,梯度很小,这就有效地减少了NOX的产生。
新开发的蓄热式烧嘴采用分段燃料供应法降低NOX。
蓄热式燃烧炉RTO安全设计要点总结与分析蓄热式燃烧技术是目前国内外最高效的VOCs治理技术之一,其原理是把废气加热到760℃以上,使废气中有机组分在高温下氧化分解成无毒无害的二氧化碳及水。
氧化产生的高温气体流经特制的陶瓷蓄热体,使陶瓷体升温而“蓄热”,此“蓄热”用于预热后续进入的有机废气,从而节省废气升温的燃料消耗。
陶瓷蓄热体常规分成两个(含两个)以上的区或室,每个蓄热室依次经历蓄热-放热-清扫等程序,周而复始,连续工作。
据统计,目前我国所使用的VOCs治理工艺设备中,蓄热燃烧设备超过千套,并还在呈上升趋势。
一般来说,RTO 适用于废气排放浓度较高的行业,如汽车制造、化工、工业涂装、制药等,但对于废气排放浓度较低的行业来说,废气经过适当浓缩后,亦可进入RTO进行处理。
由于有机废气存在易燃性和爆炸的危险性,且RTO设备采用明火焚烧技术,因此,安全性是有机废气焚烧工艺设计首先需要考虑的因素。
为进一步规范企业RTO系统建设,指导使用单位科学安全地管理和使用RTO系统,国家已发布多项技术标准规范对此进行了规定和要求。
2019年8月27日,工信部批准了RTO行业标准《工业有机废气蓄热热力燃烧装置》(JB/T 13734-2019),本标准规定了工业有机废气蓄热热力燃烧装置的术语和定义、分类和型号、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存。
2020年1月14日,生态环境部发布2020年第6号公告,批准《蓄热燃烧法工业有机废气治理工程技术规范》为国家环境保护标准,并予发布,标准编号为HJ1093-2020。
标准规定了蓄热燃烧法工业有机废气治理工程的设计、施工、验收和运行维护的技术要求。
适用于蓄热燃烧法工业有机废气治理工程的建设与运行管理,可作为建设项目环境影响评价、环境保护设施的工程咨询、设计、施工、验收及建成后运行与管理的参考依据。
2021年12月24日,江苏省应急管理厅发布了与生态环境厅联合组织编写的《蓄热式焚烧(RTO炉)系统安全技术要求》(试行),本标准将适用于蓄热式焚烧炉(以下简称RTO炉)系统新建、改扩建的工程咨询、评价、设计、安装、验收与运行管理,同时要求本标准实施前已建成的RTO炉项目,参照执行。
一,设备简介蓄热式燃烧器是在极短时间内把常温空气加热,被加热的高温空气进入炉膛后,卷吸周围炉内的烟气形成一股含氧量大大低于21%的稀薄贫氧高温气流,同时往稀薄高温空气附近注入燃料,燃料在贫氧(2%~20%)状态下实现燃烧。
同时,炉膛内燃烧后的热烟气经过另一个蓄热式燃烧器排空,将高温烟气显热储存在另一个蓄热式燃烧器内。
工作温度不高的换向阀以一定的频率进行切换,常用的切换周期为30~200秒。
两个蓄热式燃烧器处于蓄热与放热交替工作状态,从而达到节能目的。
1.实现了蓄热体温度效率、热回收率和炉子热效率三高作为一个回收烟气余热的燃烧系统,温度效率、热回收率和炉子热效率可以说是衡量它热工性能优劣的主要指标。
国内外大量生产实际的测试数据表明,在适当的换向周期下,经过蓄热体后的高温空气温度和进入蓄热体的烟气温度十分接近,仅差100℃左右,温度效率高达95%左右,热回收率为80%左右。
炉子热效率得到了较大的提高。
2 . 加热质量好,氧化烧损小由于高温空气燃烧技术是属于低氧空气燃烧范畴,而且助燃空气的切入点和燃料切入点与传统的燃烧方法不一样,从而避免了高温火焰过分集中造成的炉内各区域温差大的弊病,同时也减少了高温氧化烧损的可能性。
由于炉温的均匀程度大大提高,被冶炼的物料加热质量得到了充分保证。
3.节能效果显著蓄热式燃烧系统与传统燃烧系统比,热回收率大大提高,节能效果特别明显,其节能率往往达到40~50%。
这对于传统燃烧系统来说几乎是不可能的。
4.适用性较强,能用于多种不同工艺要求的工业炉由于蓄热式燃烧系统的炉温均匀性好,炉温波动小,不存在高温区过分集中及火焰对工件的冲刷等问题,所以它的适用范畴较宽。
目前己在大中型推钢式及步进式轧钢加热炉、均热炉、罩式热处理炉、辐射管气体渗碳炉、钢包烘烤炉、玻璃熔化炉、熔铝炉、锻造炉等工业炉上使用。
不论是采用蓄热式燃烧器的炉子或蓄热式工业炉,在实际运行中都比较稳定可靠,取得了比较好的经济效益和社会效益。
我国蓄热式燃烧技术目前存在的几点不足 目前,我国的资源和环境问题日益突出,迫切要求高能耗行业全面推行高效、清洁的燃烧技术。蓄热式燃烧技术,又称高温空气燃烧技术,是20世纪90年代在发达国家开始推广的一项新型的燃烧技术,它具有高效烟气余热回收、空气和煤气预热温度高以及低氮氧化物排放的优越性,主要用于钢铁、冶金、机械、建材等工业部门中,并已出现迅猛发展的势头。至今我们已有了自己的一些专利,并且在国内有了相对广泛的应用,取得了相当的经济效益。 关键部件 1 蓄热体 蓄热体是高温空气燃烧技术的关键部件,其主要技术指标如下: (1)蓄热能力:单位体积蓄热体的蓄热量要大,这样可减小蓄热室的体积,需要通过材料的比热CP来衡量。(2)换热速度:材料的导热系数λ可以反映固体内部热量传递的快慢,导热系数大可以迅速地将热量由表面传至中心,充分发挥蓄热室的能力;高温时,材料辐射率可表征气体介质与蜂窝体热交换的强弱。(3)热震稳定性:蓄热体需要在反复加热和冷却的工况下运行,在巨大温差和高频变换的作用下,很容易脆裂、破碎和变形等,导致气流通道堵塞,压力损失加大,甚至无法继续工作。(4)抗氧化和腐蚀性:有些材料在一定的温度和气氛下发生氧化和腐蚀,会堵塞气体通道,增加流通阻力。(5)压力损失:在气体通过蜂窝体通道时,会产生摩擦阻力损失,在流经两块蜂窝体交界面时因流通面积突变和各个通道之间可能发生交错而产生局部阻力损失;前者对传热有利,后者对传热是不利的,因此应尽力减少局部阻力损失来降低风机的动力消耗。(6)经济性:它是一个重要的指标,一种蜂窝体如果各种性能都好,但成本很高,推广和应用会受到限制。 2 换向阀 由于必须在一定的时间间隔内实现空气、煤气与烟气的频繁切换,换向阀也成为与余热回收率密切相关的关键部件之一。尽管经换热后的烟气温度很低,对换向阀材料无特殊要求,但必须考虑换向阀的工作寿命和可靠性。因为烟气中含有较多的微小粉尘以及频繁动作,势必对部件造成磨损,这些因素应当在选用换向阀时加以考虑。如果出现阀门密封不严、压力损失过大、体积过大、密封材料不易更换、动作速度慢等问题,会影响系统的使用性能和节能效果。 3 烧嘴 烧嘴的设计原则是不能让空气和煤气混合得太快,这样容易形成局部高温,但也不能混合得太慢,防止煤气在蓄热室出现“二次燃烧”甚至燃烧不充分。为了保证燃料在低氧气氛中燃烧,必须在设计其供给通道时,考虑燃料和空气在空间的扩散、与炉内烟气的混合和射流的角度及深度,而这些参数应根据加热装置尺寸、加热工艺要求、燃料种类、烧嘴大小、预热温度和空煤气压力等因素来确定。 蓄热式燃烧技术又被称为“高温稀薄燃烧”技术。实现这种低氧燃烧的有效途径之一是:合理的布置烧嘴的位置和数量以及各个燃烧单元的相对位置关系和换向方式,有效地组织炉膛内气流的流动,依靠预热后空气和煤气射流的高速卷吸,使炉内产生大量烟气回流。一般来说,射流的速度越大,炉内的卷吸和回流作用越强烈,就越有利于实现低氧的气氛,而这种相对很低的煤气和氧气浓度降低了平均燃烧速度,拓展了燃烧边界,形成了均匀的温度场,并降低了NOx的排放。 对现存几个问题的分析 蓄热式燃烧技术在中国发展了近二十年了,通过科研工作者的努力,取得了相当的技术成果和经济效益。但也反映出了一些不足。客观地讲,我国对蓄热式燃烧技术的认识还不如国外发达国家深刻,目前考虑的还仅仅是节能,并不是真正意义上的“第二代蓄热式燃烧技术”。 1 蜂窝体的使用寿命不高 目前国内蜂窝体的使用寿命均不是很高。加热炉上的蜂窝体使用寿命一般为3~6个月,甚至出现过使用一个星期就大量碎裂的情况。用于钢包烘烤器上的蓄热体因烟气温度低使用寿命有所增加。蓄热体在使用过程中经常出现的问题主要有熔化、软化、破裂、堵塞和腐蚀等,其中蓄热体材料的抗热震稳定性差是工程设计中最常出现的问题。造成以上问题的原因主要有以下三点: (1)材料问题蜂窝体长期工作在急冷急热、还可能带有腐蚀性气体的恶劣环境中,经常承受着高温作用和因内外温差变化而引起的应力作用。这种工作环境对蓄热体的材料提出了苛刻的要求。 为了增加蓄热量,减小蓄热室的体积,需要增加蓄热体的密度。但抗热震稳定性与密度在一定程度上是互相排斥的,即密度越高,抗热震稳定性一般都比较差。 在使用过程中,蓄热体与气流进行热交换,一些带有腐蚀性的气体和颗粒会对蜂窝体产生不利影响。比如氧化铁颗粒会降低铝硅材质的软熔温度,使蜂窝体熔化而堵死气孔;酸性气体会对蜂窝体产生腐蚀作用;微小颗粒会附着在蜂窝体表面而堵塞气体通道等。 (2)偏流问题蓄热室内热交换过程大致如下:在排烟阶段,烟气流经蜂窝体时将显热储存在蜂窝体中,加热蜂窝体;在燃烧阶段,空气(或煤气)流经蜂窝体时被加热,余热被重新带回炉内。在以上的任何一个阶段,如果气体在蓄热室内出现偏流,经过若干次换向后容易导致蜂窝体局部高温而产生热应力。当产生的温度应力超出其承受极限时,蜂窝体就会破裂。 (3)“二次燃烧”问题蓄热式燃烧系统的空气喷口和煤气喷口一般都是相互独立的,这样有利于形成炉内低氧气氛,拓展火焰边界,形成均匀的温度场,提高加热质量和减少氮氧化物的排放。但是对空气和煤气两股射流的速度、交角和距离的最佳值很难把握,一旦处理不当则容易造成炉内局部煤气燃烧不充分而其它地方氧气还有剩余。这些烟气在被吸入蓄热室时,空气和煤气会重新接触产生“二次燃烧”,放出的热量可以完全被蜂窝体吸收,尽管没有造成能量损失,但局部高温很容易使蜂窝体熔化而失效。 研制出一种高品质的蓄热材料来适应蓄热体恶劣的工作环境是提高其使用寿命最有效的办法。 2 关于副烟道的讨论 国内对此问题存在着两种观点,一种认为没有必要加副烟道;另一种认为必须加副烟道。投入使用的蓄热式加热炉有的使用了副烟道,有的没有使用。 (1)从能量的角度来看,只有高炉煤气双预热时水当量比略大于1 0,而其它如焦炉煤气、天然气单预热时水当量比均大于1 0。这就意味着通过预热煤气和空气的办法仍然无法将烟气中的显热全部吸收,一定要有少部分的烟气直接排出炉外。在不能提高蓄热室排烟温度的情况下换向阀和引风机只能够承受有限的温度),只能通过副烟道来实现这一目的。 (2)从工程实践的角度看,没有加副烟道的加热炉几乎无一例外的存在炉压大、冒火严重等缺点。这样很容易烧坏现场的工作设备,恶化车间的操作环境;如果使用高炉煤气等CO含量高的煤气,还容易因燃烧不完全而对现场操作人员的身体健康造成危害。 (3)从风机工作能力的角度看,通常使用的引风机似乎也没有这个能力将炉内的烟气全部引出。预热后的空气和煤气至少以40~50m/s的速度喷入炉内,经燃烧反应后体积膨胀,引风机是否能够以40~50m/s甚至更高的速度将烟气从炉内引出值得怀疑。况且一味加大强制排烟,是否会因引风速度过快而影响炉内的燃烧效果,还有待进一步证实。 最好的办法就是在蓄热式加热装置上安装可调烟道闸板和金属换热器(加热炉可以适当增设预热段)。当然采取这种措施的利弊还要视具体情形来定。 3 节能效果的分析 查阅许多文献资料,经常能看到这样一句话:“蓄热式燃烧技术可实现烟气的极限回收。”根据目前蓄热式燃烧的应用效果来看,空气和煤气的预热温度似乎与理论计算还有差距。要想实现所谓的“极限回收”,以下三个条件必须认真考虑: (1)确保烟气最大程度地通过蜂窝体排出 蓄热式燃烧要想最大程度的回收烟气中的显热,就必须最大程度的使烟气流经蓄热室。蓄热式烧嘴在燃烧状态时,为了合理组织炉内气体流动,必须使煤气和空气高速喷入炉内,这就需要适当的缩小喷口面积;而下个状态——蓄热状态时,本来烟气排出的速度就小于空气和煤气的流入速度,加上烟气的流动阻力加大和流通面积变小,相比之下,排烟量在一定程度上远小于煤气或空气的流入量,从而影响节能效果。所以笔者认为,蓄热式燃烧技术需要认真研究的课题之一就是:如何在不影响燃烧效果的前提下,增加流经蓄热室的烟气量。如果这个问题没有得到很好的解决,很可能会成为制约蓄热式燃烧技术节能效果的瓶颈。 (2)蜂窝体的体积必须合理 蓄热室中蜂窝体的体积大小必须合适,蜂窝体的多少与排烟量、蜂窝体的比表面积、烟气温度、蜂窝体的传热系数、比热、煤气种类和烧嘴能力等诸多因素有关。如果蜂窝体放少了,在一个换向周期内,蜂窝体没有能力将烟气当中的显热全部回收,节能效果将下降。但也并非多多益善,如果蜂窝体放得太多,会使排烟温度过低,腐蚀性气体如硫化物以及水蒸汽在其内大量凝结(因为很多煤气的燃烧产物中都含有SOx和H2O),硫化物容易腐蚀蜂窝体,水的出现无疑将加剧蜂窝体的损坏,两者都将降低蜂窝体的工作性能和使用寿命,影响节能效果。 在设计蓄热室时,不能单纯为了减小其体积而一味地提高蜂窝体的比表面积,要考虑蜂窝体的堵塞问题;同时还应考虑蜂窝体的质量是否能将一个换向周期内的烟气显热全部吸收。 (3)提高蓄热室内气流的均匀度 蓄热室气流分布状况将影响蓄热室的热交换能力、空气煤气的预热温度、蜂窝体的使用寿命等,所以提高蓄热室内烟气、空气和煤气分布的均匀性是一个迫切需要解决的问题。因为气流在蓄热室中均匀流动时,会提高蜂窝体的利用率,从而提高蓄热室的温度效率和热效率,同时还可以减小蜂窝体因各处温度不均产生危险的温度应力。为了提高蓄热室内气流的均匀度,一般采取的措施有增加烧嘴内扩散段的长度、安装导流板、防止蜂窝体之间互相遮蔽、尽量避免气体流道出现剧烈的转弯等。 其它诸如引风机的工作能力、切换阀的密封性能等也是保证节能效果的关键因素。 蓄热式燃烧系统是一个有机的结合体,作为该系统关键设备的