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煤化工

GRTO(安全型蓄热式氧化炉)技术工艺介绍

安居乐蓄热式氧化氧化炉(Guarantee Regenerative Thermal Oxidizer)是一种用于处理中高浓度挥发性有机废气的节能高效安全环保装置。原理是将废气加热到800℃以上,废气中的有机物在高温下发生氧化反应,使废气中的碳氢化合物变成CO2和H2O,直接排放到大气。

主要技术特点:

1)我公司安全型蓄热式氧化技术(GRTO)获得国家环保部技术评估认可,安全性能高;

2)VOCs的净化效率高,在满足排放标准的前提的同时,可实现较高的VOCs去除率(≥99.5%);

3)热效率高(≥95%),若废气热值较高,还可实现余热回收;

4)低温燃烧不产生的氮氧化物;

5)投资和运行成本性价比高;

6)系统自动化运行程度高,PLC控制,可实现无人值守;

7)设备结构紧凑、占地小,便于安装。


一.GRTO系统工作流程

安居乐安全型蓄热式氧化炉是由三个加固保温之室所构成,室内部分区域填满耐高温陶瓷蓄热材,利用天然气加热维持燃烧炉内之燃烧室设定温度。位于GRTO旁边的切换阀和风管通道,不仅可以控制废气的进出方向,而且使废气在 GRTO 炉内作一个顺时针和逆时针流动的作用。此方向切换的模式由PLC 控制完成,PLC 的这种定期切换的控制大大提高了系统热回收效率。一般一个切换动作的循环时间约为2到4分钟。

图 GRTO工作示意图


废气通过热回收室进入氧化室,在这个过程中,高温蓄热陶瓷会先预热入口废气然后导入氧化炉腔。当废气经过蓄热床时,温度会急剧上升。在燃烧室氧化反应后,高温干净的气体会通过并加热另一侧的蓄热床。为了提高蓄热床的热回收效率,系统通过PLC定时控制双切风门作动来切换废气的流动方向。这样周期性的切换使温度更加均匀的分布到整个氧化炉体。

二.安全型蓄热式氧化炉(GRTO)系统优势

1.安全性高

1.1 机械硬件设计安全性

1)阻爆轰阻火器

废气处理设备与制程废气多用管道相连,为了进一步保障生产车间内的安全,防止GRTO氧化室由于压力波动涉及管道发生回火,在GRTO入口需安装阻火器。阻火器的性能要求及其质量检测方法完全符合国家相关要求。

2)近零泄漏提升阀

由于气流换向阀的好坏对GRTO设备的运行非常关键,因此系统所用切换阀门由安居乐GRTO气动提升阀是全权由安居乐设计、制造和安装;阀座与阀板阀座双密封保持阀门长期运行并可保证气密性,金属与金属线型密封使用特殊加封处理达到阀门零泄漏,系统VOCs氧化处理效率达到更高的去除效率,并能延长阀门使用寿命。阀门精度高,运行可靠。

三向切换阀门由气动制动器推动,并且由PLC控制以保持其最佳的能耗;

图提升阀示意图


上海安居乐环保科技股份有限公司GRTO经过上海特种设备监督检验技术研究院测试,对10000 m³/h GRTO的提升阀加压至5500 Pa;停留120s(与GRTO正常运行时阀门切换时间一致),做打压检测;泄漏量为0.04mm³/s ,泄漏率为亿分之0.0014,远小于国家蓄热室氧化装置设计规范0.2%泄漏要求,可在GRTO应用方面实现近零泄漏。

提升切换阀的性能不仅关系着RTO系统的废气处理效率,更是整个系统安全运行的关键。

3)泄爆门

现实设备运行中,在适当的位置加泄爆门,如GRTO顶部装爆门,此泄爆门可以靠自重关闭,泄爆后不会影响GRTO的正常运行。

4)保温

治理工程管道、设备烟气温度超过60 ℃时,需要做防烫保温,保温设计满足SGBZ-0805的相关规定

1.2 电气设计安全性

1)防雷/防静电/接地

进风、排风管道采用金属材质,法兰跨接,系统接地,防止静电产生和积聚;

具备短路保护和接地保护功能,接地电阻小于4Ω;

安装符合GB 50057《建筑物防雷设计规范》规定的避雷装置。

2)防护防爆等级

风机、电机和置于现场的电气仪表等设备的防爆等级不低于现场级别,防护等级满足或高于现场使用工况。

3)其他防护措施

配备“隔离安全栅”等,防止仪表、阀门故障产生的火花引起事故。

1.3 工艺设计安全性

1)GRTO热旁通

在GRTO炉体顶部设置高温热旁通,并配备高温比例调节阀,用于泄去VOCs浓度过高时GRTO炉膛蓄积的热量。

2)GRTO提升阀气封

由于本项目废气VOCs组分十分复杂,可能会有低燃点VOCs在蓄热体中下部即发生氧化燃烧反应,为防止GRTO提升阀切换时蓄热体内部的火苗或火花回火,在提升阀的密封面上采用仪表风做气封,防止炉膛回火到废气管道,避免安全事故的发生。

1.4 控制系统设计安全性

1)UPS(&应急压缩空气储罐)设计

一旦突然停电,UPS将维持系统正常运转,保持系统原位运行,为争取恢复电源或安全停机留下充足的准备时间(压缩空气储罐用于系统故障停机时阀门的动作执行)。

2)高温限制器

高温限制器于主控制盘上独立控制,并需经FM 认证,高温控制报警,此报警信号不经过 PLC 而直接与燃烧器联接,如超过设定温度,立即关闭燃烧器。高温限制器如果失去功能或者温度传感器失去监测功能,立即自动关闭燃烧器。

3)系统压力温度在线监测连锁控制设计

实时监测:炉膛温度、蓄热陶瓷(上中下层)温度、GRTO排气温度等温度数值,以及燃料管路压力、蓄热陶瓷压差、GRTO进出口管路压差、助燃风与炉膛压差等压力(压差)数值,若以上数值发生异常,则采取对应的安全联锁措施进行控制。

4) GRTO 点火安全设计

GRTO 系统的设计参照 NFPA 86 规范(国消防协会制定)要求。

严格控制GRTO设备燃烧器的点火程序。GRTO设备的燃烧器为长明火装置, 在运行过程中必须保证不熄灭,否则在GRTO设备内的废气可能会达到爆炸极限, 一旦再次点火可能发生爆炸事故。燃烧器的重新点火必须要严格遵守操作规程,如若违规操作点火,可能导致爆炸事故。

5)GRTO 运行过程安全设计

(1)安全启机预热:

高压点火过程由火焰占测仪来观察和控制,首先点燃燃料串的母火,确认无误后再导入天然气点燃主火进行预热炉体。在天然气燃料串根据NFPA(美国消防协会)规定设置两个由FM(工厂互助保险协会)认证的快关阀门,并配有调压阀来将管道柴油压力调整至GRTO系统所需的压力。

(2)吹扫

在GRTO启动时,根据NFPA规定先对GRTO进行吹扫,至少置换6倍GRTO体积的新鲜空气,吹扫的目的是将残留在GRTO管道和炉膛内的有机物清理干净,避免点火时引爆。

(3)控温

当GRTO温度出现异常时(即前端浓度太高),通过PLC程序自动控制关闭进气阀,全开异常外排和新风阀,使GRTO设备完全通过新鲜风降温。GRTO炉膛温度通过2根高温热电偶进行实时监控,运行过程PLC程序通过自动调节燃气调节比和相关阀门控制炉膛温度的稳定。当炉膛温度出现异常升温时,可通过GRTO设备的泄温口进行紧急排温。

(4)报警

在触控式荧幕上会时刻显示系统运行状态,如果系统发生报警,将会在触控式荧幕上显示何时何地发生何种报警,便于及时排查系统故障。

(5)引风机故障处理

引风机故障自动采取停炉处理。GRTO设备在运行过程中如若引风机发生故障停止运行,可能导致GRTO内的焚烧废气不能及时排出,可能发生炉体火灾甚至爆炸等事故。

(6)燃烧系统测试

a) 所有压力开关都会进行高压和低压双向风压测试,直至设定值报警;

b) 所有压力表都显示正确;

c) 所有紧急切断阀都能正确按顺序开关;

d) 管路系统测试压力为工作压力的1.5倍,确保无泄漏;

e) 设备生产、监督以及测试符合ISO 9001:2000工艺要求。

2.VOCs去除率高、排放浓度稳定、运行费用低

VOCs去除率高、排放浓度稳定,其中,我公司在设计GRTO时,注重以下几项方面数据从而提高GRTO系统VOCs去除率:

1)GRTO废气停留时间按照1.2s设计,VOCs去除率≥99.5%;

2)对GRTO炉膛做流体与热量耦合方针,使炉膛内部高温区域分布均匀;

图  仿真示意图

3)采用高密封性的提升阀进行废气风向切换,泄漏率远低于国家规定的0.2%的泄露率,并经过“上海市特种设备监督检验技术研究院”的阀门泄露检测,从而避免因提升阀泄漏率加高的问题导致尾气排放浓度波动;


图 系统提升阀照片

我公司通过优化蓄热体结构及布置方案,可将GRTO系统热效率提高至95%以上,每年可为甲方节省的燃料费用>100万元人民币。

3.可操作性高、可维护性好

3.1 PLC设计、自动化程度高

GRTO控制系统采用PLC控制系统对蓄热氧化系统进行自动控制和调节。可对生产系统的主要用电设备根据工艺要求,采用现场手动控制、自动控制并具有远程控制系统。控制级别由高到低为:现场手动控制、远程控制、自动控制。

3.2 可维护性好

1)系统采用高自动化阀门、仪表等配件,避免手动操作,提高维护性能;

2)系统选用高性能、高可靠性的供应商,降低配件故障率,提提升系统整体稳定性。


 

三.成果鉴定证书与国家安全认证

1. GRTO技术成果鉴定证书


2. 国家安全认证

“科发会评字[2018]第004号”文,环境保护技术会议评估报告对上海安居乐环保“GRTO-安全型蓄热式焚烧炉VOCs尾气处理系统环境保护技术”做了技术鉴定,认为该技术在安全上、处理效率上相比国内外同类技术有先进性,该系统集成度与自动化水平高,且有安全性好、运行稳定、可靠、高效等特点,可适用于石油化工、煤化工、农药、精细化工、喷涂、印刷等行业VOCs废气处理。