16000m3h VOCs有机废气处理方案RTO蓄热式氧化燃烧Word文档格式.docx
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16000
（2）废气设计处理量：
16000m3/h（合14416Nm3/h）；
（3）废气进口温度：
常温（本方案按30℃设计）；
（4）废气的设计浓度：
1215ppm（本方案按平均值设计）；
（5）废气的绝热温升（按平均浓度计算）：
76.5℃；
（6）RTO装置建造区域范围：
非防爆区域。
4燃料及公用工程（需方负责）
4.1、辅助燃料
辅助燃料：
0#柴油；
柴油热值：
43410kj/kg；
4.2、公用工程条件
（1）供电
三相380V，50Hz
单相220V，50Hz
（2）仪表空气
温度环境温度
压力0.6Mpa（G）
露点-40℃
含尘≤1um
（3）压缩空气
压力0.7Mpa（G）
（4）循环冷却水
供水温度30℃
供水压力0.45Mpa（G）
回水温度40℃
回水压力0.2Mpa（G）
（5）柴油
温度常温
压力常压
5设计分析
5.1、废气有机成分分析
名称
分子式
自燃点（℃）
低位热值（kcal/kg）
体积含量（%）
爆炸极限（%）
CH4
540
11832
0.2825
5.3~15
H2S
260
2500
0.0033
4.3~40
C2H6S
206
6770
0.0911
2.2~19.7
C2H6O
793
6400
0.0525
4.3~19
C7H8
536
9687
0.2457
1.27~7
（1）硫化氢（H2S）
无色气体，有恶臭和毒性。
熔点-85.5℃，点火时可燃烧，有蓝色火焰，空气充足时生成二氧化硫和水，空气不足或湿度较低时生成硫和水，硫化氢易容于水后成氢硫酸，化学性质不稳定，在空气中易燃烧。
燃点260℃，其蒸汽与空气形成爆炸极限，爆炸极限为4.3%~40%，车间中有害物质最高允许浓度为10mg/m3，居民区有害物质最高允许浓度为0.01mg/m3。
（2）二甲硫醚（C2H6S）
无色液体，具有令人不愉快的气味，熔点-83.2℃，沸点38℃，闪点＜-36.5℃，微溶于水，其蒸汽与空气形成爆炸极限，爆炸极限为2.2%~19.7%。
二甲硫醚的氧化产物是二氧化碳、水和二氧化硫。
5.2、RTO设计参照相关标准
（1）《中华人民共和国环境保护法》（1989年）
（2）《化工管道设计规范》
（3）《设备及管道设计通则》
（4）《工业企业厂界环境噪声排放标准》（GB12348-2008Ⅲ类）
（5）《仪表供气设计规定》（HG20510-2000）
（6）《信号报警、联锁系统设计规定》（HG20511-2000）
（7）《仪表系统接地设计规定》（HG20513-2000）
（8）《化工企业静电接地设计规程》（HGJ28-90）
（9）《大气污染物综合排放标准》（GB16297－1996）
（10）《恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）
（11）《城市区域环境噪声标准》（GB3096-1993）
（12）《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）
5.3、烟气设计排放标准
烟气排放参考标准：
烟气排放按GB16297-1996《大气污染物综合控制标准》中的二级排放标准执行和GB14554-93《恶臭污染物排放标准》。
恶臭污染物排放准值
序号
控制项目
排气筒高度（m）
排放量（kg/h）
1
15
0.58
25
0.90
30
1.3
35
1.8
40
2.3
60
5.2
80
9.3
14
120
21
2
5.4、烟气达标排放分析
（1）二氧化硫（SO2）
烟气排放按GB16297-1996《大气污染物综合控制标准》执行，现设定烟囱高度为20m，按二级标准选取最高允许排放浓度550mg/m3，最高允许排放速率4.3kg/h，假设硫全部转化为二氧化硫，二氧化硫的喷淋洗涤去除效率达到80%。
SO2的排放浓度=3.06×
1000000/16000=191.3mg/m3≤550mg/m3
SO2的排放速率=15.3×
（1-0.8）=3.06kg/h≤4.3kg/h
（2）硫化氢（H2S）
烟气排放按GB14554-93《恶臭污染物排放标准》执行，现设定烟囱高度为20m，硫化氢的最高允许排放量0.1kg/h，假设硫化氢的氧化分解率达到90%。
硫化氢的排放量=0.1×
（1-0.9）=0.01kg/h≤0.58kg/h
（3）二甲硫醚（C2H6S）
烟气排放按GB14554-93《恶臭污染物排放标准》执行，现设定烟囱高度为20m，甲硫醇的最高允许排放量0.58kg/h，假设甲硫醇的氧化分解率达到95%。
甲硫醇的排放量=10×
（1-0.95）=0.5kg/h≤0.58kg/h
经理论计算分析得：
废气中未氧化分解和未吸收的污染物排放浓度及排放量远远小于国家标准中的排放限值，也就是说烟气达标排放符合GB16297-1996《大气污染物综合控制标准》中的二级排放标准执行和GB14554-93《恶臭污染物排放标准》。
注：
本热氧化系统排放烟囱由需方负责提供。
6RTO设计工艺要求及装置组成
6.1、工艺选择
RTO系统由一个公共氧化室、两个（三个或多个）蓄热室、一套换向装置和相配套的控制系统组成。
两厢式的RTO：
VOC废气首先进入一个蓄热室预热废气，然后进入氧化室氧化分解，接着烟气进入另一个蓄热室放热，最总烟气排出RTO系统，阀门交替运行处理VOC废气。
特点：
1、投资成本不高；
2、具有很高的热效率（达到95%以上）；
3、低操作成本；
4、VOC的分解效率99%以上；
5、可低浓度高流量的处理废弃；
6、能够安全、连续运行。
三厢式的RTO：
VOC废气首先进入其中的一个蓄热室预热废气，然后进入氧化室氧化分解，接着烟气进入另一个蓄热室放热，此时第三个蓄热室正处于净化状态。
三个蓄热室的阀门交替运行。
三厢RTO的运行过程
阶段
蓄热室1
蓄热室2
蓄热室3
一
VOCs进气
排气
净化
二
三
结论：
废气中含有恶臭性污染物质，成分相对复杂，根据上述综合分析本方案选用三厢式RTO处理，处理效率高。
6.2、工艺设计要求
1、根据废气成分分析，采用RTO处理，热效率高有利于最大限度地降低运行成本；
2、RTO系统设计应满足废气处理负荷波动范围；
3、RTO系统设计能完全氧化生产过程中产生的废气，并将废气中的碳、氢、氧化物完全地转变为CO2、H2O等无害物质；
4、点火应采用多种控制方式。
即可以现场PLC手动点火，也可以自动点火；
5、设备材料应具备耐高温、耐腐蚀性能，主体设备使用寿命15年；
6、要按规定做好防雷及静电接地。
7、RTO系统运行时间按年运行7200小时设计。
8、RTO系统应能满足在任何条件下都能稳定、连续、安全氧化处理。
6.3、RTO设计应满足以下技术要求
（1）热氧化室温度：
≥800℃；
（2）氧化分解效率：
≥95%；
（3）焚毁去除率：
≥99%；
（4）热灼减率：
≤3%；
（5）高温烟气滞留时间：
≥0.5秒；
（6）主体设备外壁温升：
≤50℃。
6.4、三厢式RTO系统运作流程
（1）RTO起炉阶段
废气进口阀门和旁通阀门都关闭，依次打开烟气排放阀门，点火燃烧器自动点火，将三个蓄热室分别逐个加热到运行状态。
（2）RTO正常运行阶段
正常运行时，一个完整的热氧化周期流程如下：
业主收集的废气首先进水封装置经雾水分离器后进入第一组蓄热室预热到750℃左右，预热后的废气进入氧化室氧化分解，使废气中所含有机物充分氧化分解，通过柴油燃烧量自动控制热氧化温度维持在800℃左右，产生的烟气进入第二组蓄热室，与蓄热陶瓷填料进行换热。
通过抽取换热出来的少量烟气进入第三组蓄热室起到净化蓄热室作用，为蓄热做准备。
放热后的烟气进降温塔大水量喷淋降低烟气温度。
降温后的烟气由引风机进喷淋洗涤塔洗涤除去酸性气体，最后通过烟囱达标排放到大气中去（喷淋洗涤塔和烟囱由需方负责）。
三组阀门自动轮流切换（切换时间设定为2min）。
（3）RTO停炉阶段
废气进口阀门关闭，旁通阀门打开，依次打开烟气排放阀门，让蓄热室的温度慢慢降下。
（4）工艺流程框图
7蜂窝蓄热陶瓷（核心技术）
7.1、蓄热陶瓷功能：
1、降低废气热损失，最大限度提高燃料的利用率，降低单位能耗；
2、提高理论氧化温度，改善氧化条件，满足热工设备的高温要求，扩大低热值燃
料的应用范围，尤其是高炉煤气的应用范围，提高燃料热值的利用率；
3、改善炉膛热交换条件，提高设备的产量和产品的质量，减少设备投资；
4、降低热工设备单位产品的废气排放量及有害气体的排放量，减少大气污染，改
善环境。
7.2、蓄热陶瓷特点：
1、材质多样，可根据客户和使用环境的不同，选用不同材质和规格的产品。
2、孔壁薄、容量大、蓄热量大、占用空间小。
3、孔壁光滑、背压小。
4、使用寿命长、不易渣蚀、粘蚀和高温变形。
5、产品质量规格高，安装时，蓄热体之间排放整齐，错位小。
6、具有低热膨胀性、比热容大、比表面积大、压降小、热阻小、导热性能好、耐热冲击好等特性。
7.3、蓄热陶瓷材质：
堇青石质、莫来石质、氧化硅质、刚玉莫来石质、致密堇青石、致密莫来石等。
7.4、蓄热陶瓷规格：
150×
150×
300mm25×
25孔孔宽度4.9mm壁厚度1.0mm
比表面积540m2/m3截面空隙率67%
300mm35×
35孔孔宽度3.3mm壁厚度1.0mm
比表面积695m2/m3截面空隙率57%
300mm40×
40孔孔宽度3.0mm壁厚度0.7mm
比表面积825m2/m3截面空隙率65%
300mm50×
50孔孔宽度2.26mm壁厚度0.72mm
比表面积1008m2/m3截面空隙率57%
7.5、致密堇青石蜂窝陶瓷蓄热体技术参数：
物理性能
项目
单位
指标
比重
g/cm3
1.75～1.90
平均热膨胀系数
（20-1000℃）10-6℃-1
1.5～2.0
比热
J/kgK
700～800
热导率
（20-100℃）W/mk
1.2～1.5
抗热冲击
oK
Min300
最高工作温度
℃
1300
化学组成
氧化硅SiO2
%
48.00～50.00
氧化铝Al2O3
34.00～36.00
氧化镁MgO
12.00～14.00
钾、钠、钙K2O.Na2O.CaO
1.00～1.20
氧化铁Fe2O3
1.50～1.60
氧化钛、钡TiO.BaO
0.70～0.75
根据本方案参数得热氧化系统换热效率=（800-80）/（800-30）=93.5%
8设备型号及规格
8.1、主要设备规格
（1）蓄热室（数量：
叁座）
蓄热室的作用是将烟气的大部分热量由蓄热材料储存起来，用于预热废气，使废气进入热氧化室前提前氧化分解，同时可以节约燃料。
废气处理量：
16000m3/h；
壳体材质：
外壳Q235-B+陶瓷纤维模块；
进口烟气温度：
800℃；
出口烟气温度：
80℃；
进口废气温度：
30℃；
预热废气温度：
750℃；
蓄热室尺寸：
2500mm×
4700mm；
本方案蓄热体规格：
150×
300（mm），40×
40孔；
蓄热体堆放要求：
1、下层为陶瓷矩鞍环（特点：
一种有沟槽的半圆形结构填料，具有制作简单，不易堵塞和均匀流体的作用）。
规格：
￠38mm、尺寸：
60mm×
30mm×
40mm、比表面积：
197m2/m3、空隙率：
75%、堆积密度：
630kg/m3。
陶瓷矩鞍环总体积为：
4.5m3。
所用填料支架材质为：
SUS304+防腐（陶瓷涂料）。
2、中层为炻石蓄热体，堆放两层，总体积为5.84m3。
3、上层为致密堇青石，堆放五层，总体积为14.6m3，另预留两层堆放空间，以保证实际废气绝热温升低于理论废气绝热温升时使用。
所用蓄热体支架材质为：
每层炻石和致密堇青石之间用陶瓷垫块隔开，以保证顺利通气。
（2）氧化室（数量：
壹座）
热氧化室的作用是将蓄热室出来的废气进一步彻底氧化分解，使氧化温度维持在800℃左右，通过柴油燃烧机自动控制柴油的燃烧量。
氧化室设计温度：
氧化室内压力：
负压设计；
烟气停留时间：
≥1S；
出口烟气量：
14428Nm3/h；
氧化室外型尺寸：
8500mm×
2000mm。
（3）降温塔（数量：
通过喷淋泵大水量喷淋降低烟气温度。
材质：
外壳Q235-B+防腐（环氧树脂）；
≤50℃；
喷淋水量：
25000kg/h；
降温塔外型尺寸：
￠1800mm×
6500mm。
（4）雾水分离器（数量：
外壳Q235-B+陶瓷涂料；
废气进口尺寸：
300mm×
600mm；
废气出口尺寸：
￠530mm；
雾水分离器外型尺寸：
￠1200mm×
4200mm。
（5）水封装置（数量：
壹套）
进口废气量：
水封装置外型尺寸：
￠1270mm×
2500mm。
8.2、辅助设备规格
（1）引风机（数量：
壹台）
型号：
9-26NO.10D
流量：
23612~30052m3/h
压力：
5761~5065pa
电机功率：
75kw（变频）
转速：
1450rpm
叶轮：
SUS316+防腐涂料（陶瓷涂料）
含：
不锈钢波纹管（2只）、进口调节风门、减震器。
（2）长明火燃烧器（数量：
长明火燃烧器为进口件，采用单独程序控制器控制、当燃烧器启动后，燃烧器运行锁定灯指示运行。
当在运行过程中如出现意外熄火，光明电阻检测不到火焰，程序控制器自动停机、故障输出并运行锁定，待延时解除锁定后方可重新开始启动程序。
燃料：
O#柴油；
G10；
出力消耗：
5~10kg/h；
控制方式：
ON-OFF；
功率：
0.17kw。
（3）喷淋泵（数量：
贰台）
4.0kw。
（4）柴油中间储槽（数量：
壹只）
Q235-B；
容积：
1m3。
（5）柴油管路平台（数量：
附：
控制阀门、柴油泵（功率：
0.55kw×
2）。
（6）气动蓋板阀（又称扑克阀，数量：
拾套，分别为叁套进气阀、叁套出气阀、叁套反吹阀、壹套旁通阀）
1、由蓋板（材质：
SUS304）、轴（材质：
45#）和气动执行机构（日本SMC）组成。
防腐涂料采用陶瓷涂料。
2、气动蓋板阀优点：
A、蓋板与气缸活塞杆垂直安装，只做转动而不做上下运动，摩擦系数小，并与密封面平行接触。
B、由于采用硅橡胶密材料具有良好的自润滑性，与球体的磨擦损失小，故球阀的使用寿命长。
C、开启灵活，全自动控制，密闭结构，不易泄气。
D、采用仪表空气作为动力源，操作方便，安全可靠。
E、前后移动金属蓋板行程小于2秒，且切换低噪音。
F、气动执行机构采用日本进口气缸，使用寿命长。
G、每一个阀门上设有两个限为开关，确保每个阀门开到位或关到位的情况反应到控制室。
H、采用日本进口两位五通电磁阀，能保证气动元件频繁的开启或关闭。
（7）废气及旁通管路（数量：
管路外型尺寸：
Q235B+防腐涂料（重金属鳞片漆）；
阻火器（材质：
SUS304）。
（8）烟气管路（数量：
￠630mm；
Q235B+防腐涂料（陶瓷涂料）。
（9）反吹风管路（数量：
￠219mm；
（10）给水管路（数量：
管路尺寸：
DN20mm；
Q235B。
（11）仪表空气管路（数量：
（12）压缩空气管路（数量：
DN25mm；
（13）柴油管路（数量：
DN15mm；
（14）送风管路（数量：
￠159mm；
（15）喷淋管路（数量：
DN65mm；
SUS304。
9RTO安全运行的措施
1、氧化室内装有火焰检知器：
火焰检知器与长明火燃烧器连锁控制，当火焰检知器检测不到火焰时，废气进气阀关闭，出气阀门及旁通阀门打开。
2、氧化室内设有长明火燃烧器、保持氧化室内任何时候都有明火不会由于气体浓度的变化而引起爆燃。
3、氧化室上部设有防爆口，以防止烟气爆燃对炉体的损坏，起到瞬间泄压作用。
4、RTO系统设有旁通烟道，当系统处于非正常运行时，废气从旁通烟道直接进烟囱排向大气。
5、进RTO系统前废气管道上装有废气浓度检测仪（由买方负责），当废气浓度不在设定范围之内，VOC废气不进RTO系统直接由旁通烟道通过烟囱排向大气。
6、废气进RTO装置前废气管道上装有不锈钢阻火器，不会因回火发生爆炸。
7、废气进界区前设水封装置，保证整个系统的安全、连续运行（由买方负责）。
10系统防腐措施
10.1本项目处理的废气中含有S等微量有害物质，焚烧后产生SO2、SO3等酸性气体，需要进一步洗涤吸收后进行尾气排放，以达标排放。
与废气接触部分防腐采用重金属玻璃鳞片，与烟气接触的部分，防腐采用陶瓷涂料，降温塔内部防腐采用环氧树脂。
重金属玻璃鳞片涂料
玻璃鳞片涂料具有耐蚀，抗渗透性好，涂膜收缩率低，热膨胀系数小，固化残余应力少，耐磨损，施工简便，易于修补，因而玻璃鳞片涂料在化工、冶金、化纤、电镀、建筑等行业均有大量应用。
1、对化学介质、气体、蒸气的渗透性小，难以引起水蒸气扩散现象，这是由于层层重叠排列的玻璃鳞片，使介质渗透距离长的缘故。
2、固化时收缩低，由于分散，粘接面残余应力小。
3、热膨胀系数小，粘接热应力相应也小，耐热温度高，耐热冲击性能好。
4、耐磨性、耐刮擦性能出色，对机械损伤也只限于局部。
5、涂料施工工艺性能好。
陶瓷涂料
陶瓷涂料耐候性和加工性能优异，耐脏而且耐损伤，具有超强的耐磨性能。
广泛应用于水泥、钢铁、火电、石化行业以及国防工业中很多物料强冲刷，强腐蚀，重磨损的部位。
1、具有极高的机械强度和刚度。
2、具有优良的韧性和抗震性。
3、整体性好。
膨胀系数低，使其体积稳定，不可能产生裂缝，因而整体性好。
环氧树脂
环氧树脂具有粘附力强、固化方便、力学性能优良、具有优良的耐碱性、耐酸性和耐溶剂性等特点，做为防腐耐温达180℃。
1、下层蓄热材料的防腐主要是针对废气中含有有机酸露点产生的腐蚀，中、上层蓄热材料的防腐主要是针对废气中酸性气体的高温腐蚀。
2、所采用的钢制设备和钢制构件采用喷砂除锈后，然后喷高温防锈底漆。
3、主体部分设备均使用外保温层，保温的同时也有防腐的功能。
11控制系统说明
11.1系统安装停电保护、过载保护、线路故障保护和误操作等安全保护装置，所有电气设备均可靠接地，保证系统在特殊状态下的安全性（在相对湿度80%，电器回路绝缘电阻不小于24兆欧，电气连线外有金属软管保护。
11.2系统设有保护接地控制系统的接地分为两部分：
保护地（交流地）和屏蔽地（直流地）。
控制系统接地的目的就是为了当进入控制系统的信号、供电电源或设备本身出现问题时，有效地接地系统可承受过载电流，并迅速将其导入大地，为系统提供屏蔽层，消除电子噪声干扰，为整个控制系统提供公共信号参考点。
有效地接地系统的保护有两方面：
人员保护和设备保护。
当接地系统发生问题时，可造成人员的触电伤害，设备着火损失。
11.3热氧化系统设有长明火燃烧器、热氧化系统运行时保持炉内任何时候都有长明火不会由于气体浓度的变化而引起爆燃。
11.4热氧化室采用负压设计，为了使有害气体不溢出炉体而直接排出大气。
废气在炉膛内经过复杂的物理化学反应，使废气中的有机物质彻底分解销毁。
热氧化室内衬陶瓷纤维模块，最外层以钢板保护层，炉体外壁温升不超过50℃。
11.5在热氧化室上部设有防爆口，以防止炉膛内烟气爆燃对炉体的损坏。
热氧化室设有热电偶，及时反映热氧化室内温度，便于及时调节燃料量。
11.6废气进系统前装有测废气浓
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