沸石轉(zhuǎn)輪燜燃原因分析與應(yīng)對(duì)措施探討

許柱 李寶榮 查浩 茅佳俊

摘? 要：沸石轉(zhuǎn)輪作為大風(fēng)量、低濃度揮發(fā)性有機(jī)廢氣（VOCs）治理的關(guān)鍵設(shè)備，具有占地面積小、凈化效率高、使用壽命長(zhǎng)等顯著特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于涂裝、化工、半導(dǎo)體等行業(yè)。隨著沸石轉(zhuǎn)輪在國(guó)內(nèi)外的大量使用，其技術(shù)已相對(duì)成熟、性能相對(duì)穩(wěn)定，但轉(zhuǎn)輪燜燃問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，本文旨在對(duì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪燜燃的常見(jiàn)原因進(jìn)行分析，并提出在設(shè)備全生命周期有效避免轉(zhuǎn)輪燜燃的措施，以期為避免工程應(yīng)用中的轉(zhuǎn)輪燜燃提供幫助。

關(guān)鍵詞：沸石轉(zhuǎn)輪? 燜燃? 原因分析? 應(yīng)對(duì)措施

中圖分類(lèi)號(hào)：U468? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2020）09（c）-0066-04

Abstract： As the key equipment for the treatment of large air volume and low concentration of volatile organic components （VOCs）， zeolite concentrator has the characteristics of small footprint， high purification efficiency and long service life. It is widely used in coating， chemical， semiconductor and other industries. With the extensive use of zeolite concentrator at home and abroad， the technology is relatively mature and the performance is relatively stable， but the problem of zeolite concentrator boiling occurs from time to time. This article aims to analyze the common causes and proposes measures to effectively avoid zeolite concentrator boiling during the entire life cycle of the equipment， with a view to providing help for avoiding the problem in engineering applications.

Key Words： Zeolite concentrator; Boiling; Reason; Solved measures

隨著揮發(fā)性有機(jī)廢氣（VOCs）治理的需求日益增加、標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，沸石轉(zhuǎn)輪作為一種高性能、高效率處理大風(fēng)量、低濃度VOCs廢氣的濃縮設(shè)備，在汽車(chē)、船舶、化工、半導(dǎo)體、包裝印刷等行業(yè)取得了廣泛的應(yīng)用[1-3]。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，沸石轉(zhuǎn)輪設(shè)備性能已相對(duì)穩(wěn)定，但是燜燃問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，燜燃現(xiàn)象已成為沸石轉(zhuǎn)輪使用中較常發(fā)生的主要技術(shù)問(wèn)題之一。本文將從沸石轉(zhuǎn)輪設(shè)備介紹、轉(zhuǎn)輪+燃燒主要工藝介紹、常見(jiàn)燜燃原因分析、有效避免燜燃措施分析四個(gè)方面對(duì)沸石轉(zhuǎn)輪的燜燃問(wèn)題進(jìn)行論述，以期對(duì)沸石轉(zhuǎn)輪燜燃問(wèn)題的分析與預(yù)防提供幫助。

1? 沸石轉(zhuǎn)輪設(shè)備介紹

工業(yè)化應(yīng)用廣泛的沸石轉(zhuǎn)輪主要分為盤(pán)式和筒式兩種，其功能區(qū)均分為吸附區(qū)、再生區(qū)、冷卻區(qū)，兩種沸石轉(zhuǎn)輪的最大處理風(fēng)量一般均可達(dá)到200000m3/h。沸石轉(zhuǎn)輪設(shè)備在VOCs治理方面具有占地面積小、處理效率高等顯著特點(diǎn)。兩種沸石轉(zhuǎn)輪均有各自的特點(diǎn)，盤(pán)式轉(zhuǎn)輪在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用較廣泛，尤其是汽車(chē)、半導(dǎo)體等行業(yè);而筒式轉(zhuǎn)輪多為模塊化設(shè)計(jì)，沸石材料更換更為方便，較廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、船舶等行業(yè)。

2? 轉(zhuǎn)輪+燃燒主要工藝介紹

對(duì)于不具備回收價(jià)值的大風(fēng)量、低濃度VOCs廢氣，一般通過(guò)沸石轉(zhuǎn)輪濃縮為小風(fēng)量、高濃度廢氣后進(jìn)行燃燒處理，常用的燃燒方式包括蓄熱式熱力焚燒（RTO）、催化燃燒（CO）等，可根據(jù)不同工況選擇燃燒裝置與沸石轉(zhuǎn)輪設(shè)備聯(lián)用。在工程實(shí)踐中轉(zhuǎn)輪+燃燒工藝沸石轉(zhuǎn)輪脫附氣的加熱熱源往往來(lái)源于燃燒裝置的爐膛高溫氣，可通過(guò)高溫氣與轉(zhuǎn)輪冷卻氣混熱，或冷卻氣與高溫氣間接換熱實(shí)現(xiàn)脫附氣加熱到特定溫度（一般為200～220℃），并將脫附出的VOCs廢氣送入燃燒裝置焚燒處理。本文中選擇工程中普遍使用的盤(pán)式沸石轉(zhuǎn)輪+RTO工藝進(jìn)行燜燃問(wèn)題的論述，同時(shí)由于混熱方式加熱脫附氣更容易導(dǎo)致?tīng)F燃現(xiàn)象，將以混熱加熱脫附氣方式進(jìn)行論述。

采用混熱加熱脫附方式的盤(pán)式沸石轉(zhuǎn)輪+RTO主要工藝過(guò)程描述如下：

（1）大風(fēng)量、低濃度廢氣首先經(jīng)過(guò)過(guò)濾系統(tǒng)中的過(guò)濾器，去除廢氣中的粉塵等顆粒物，排向沸石轉(zhuǎn)輪，廢氣中的VOCs被轉(zhuǎn)輪吸附，凈化后的氣體經(jīng)煙囪達(dá)標(biāo)排放。

（2）同時(shí)，以室外新鮮空氣作為冷卻風(fēng)，冷卻脫附后的沸石轉(zhuǎn)輪，以便這部分區(qū)域降溫并恢復(fù)吸附能力。用于冷卻的這部分空氣在冷卻轉(zhuǎn)輪后，通過(guò)與RTO爐膛高溫氣混熱，達(dá)到脫附溫度后用于脫附區(qū)脫附VOCs，脫附后的氣體被送入RTO進(jìn)行高溫焚化處理。

（3）脫附氣體經(jīng)RTO引風(fēng)機(jī)送入RTO風(fēng)室，之后經(jīng)蓄熱室中的蓄熱體吸附熱量后進(jìn)入燃燒室進(jìn)行高溫燃燒，達(dá)標(biāo)后的廢氣經(jīng)蓄熱室并將熱量蓄積在蓄熱體上，通過(guò)風(fēng)室由RTO排風(fēng)機(jī)排出。

上述系統(tǒng)設(shè)有轉(zhuǎn)輪廢氣入口壓力檢測(cè)、轉(zhuǎn)輪壓差檢測(cè)、轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)檢測(cè)、RTO入口氣體溫度檢測(cè)、RTO爐膛溫度檢測(cè)、RTO出口溫度檢測(cè)、冷卻氣出口溫度檢測(cè)、脫附入口溫度檢測(cè)、脫附出口溫度檢測(cè)、急停等功能，并具有數(shù)據(jù)記錄（停電記錄、溫度記錄、壓力記錄、轉(zhuǎn)輪故障記錄等）與報(bào)警功能。

3? 常見(jiàn)轉(zhuǎn)輪燜燃原因分析

轉(zhuǎn)輪自燃主要包括脫附區(qū)進(jìn)氣側(cè)整面碳化、脫附區(qū)進(jìn)氣側(cè)扇面形碳化兩種情況。對(duì)于整面碳化，往往是由脫附氣溫度過(guò)高或廢氣中含低燃點(diǎn)、低閃點(diǎn)物質(zhì)，在轉(zhuǎn)輪正常連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)情況下導(dǎo)致;對(duì)于扇面形碳化，主要是在轉(zhuǎn)輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)情況下，脫附區(qū)殘留一定的高溫，轉(zhuǎn)輪表面積累的有機(jī)物質(zhì)在高溫作用下產(chǎn)生氧化。整面碳化情況屬于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的連續(xù)作用，下文僅將轉(zhuǎn)輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的扇面形碳化作為燜燃情況進(jìn)行討論。

某轉(zhuǎn)輪燜燃情況如圖1所示。從圖中可以看出，燜燃區(qū)域呈扇面形分布，同時(shí)扇面中的碳化區(qū)域不規(guī)則，主要是由于脫附區(qū)是密封區(qū)域，含氧量不足，導(dǎo)致扇面非均勻性高溫碳化。對(duì)于轉(zhuǎn)輪燜燃的原因，有研究認(rèn)為是轉(zhuǎn)輪表面某些物質(zhì)具有一定催化作用，積聚在表面的有機(jī)物在其作用下產(chǎn)生緩慢氧化作用，達(dá)到一定溫度時(shí)產(chǎn)生燜燃[4-6]。

如上所述，導(dǎo)致?tīng)F燃一般須同時(shí)具備轉(zhuǎn)輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)、脫附區(qū)高溫、轉(zhuǎn)輪上有機(jī)物積聚三個(gè)條件，現(xiàn)將系統(tǒng)中導(dǎo)致這三個(gè)現(xiàn)象的原因分析、排查方法、應(yīng)對(duì)措施列于表1中。

4? 有效避免燜燃措施分析

從3常見(jiàn)燜燃原因分析中，可見(jiàn)有效避免轉(zhuǎn)輪燜燃，應(yīng)從項(xiàng)目前期資料收集、工藝設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程、項(xiàng)目運(yùn)行維護(hù)等設(shè)備全壽命流程識(shí)別潛在危害因素，并通過(guò)有效措施予以避免。

在項(xiàng)目前期資料收集方面，應(yīng)充分分析了解廢氣風(fēng)量、成分、濃度等數(shù)據(jù)，為轉(zhuǎn)輪選型及設(shè)計(jì)提供依據(jù)，如廢氣成分中含有高沸點(diǎn)VOCs組分應(yīng)通過(guò)活性炭吸附等前處理措施去除，以避免高沸點(diǎn)VOCs成分在轉(zhuǎn)輪上無(wú)法脫附。廢氣中VOCs濃度往往會(huì)波動(dòng)，應(yīng)充分分析、測(cè)試廢氣中VOCs濃度，為工藝設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

工藝設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是避免轉(zhuǎn)輪燜燃極為重要的環(huán)節(jié)。首先應(yīng)根據(jù)前期收集的資料選擇合適的預(yù)處理措施及合適規(guī)格的沸石轉(zhuǎn)輪，并設(shè)計(jì)適宜的濃縮倍數(shù);其次，在脫附氣預(yù)熱方式的選擇上，盡量選擇換熱器間接換熱，并增旁通措施以便在脫附氣超溫情況下將爐膛高溫氣旁通;再次，通過(guò)增加脫附區(qū)入口氣體超溫保護(hù)、緊急斷電各閥門(mén)有效切斷等措施保證緊急條件下的轉(zhuǎn)輪安全;最后，在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中盡可能多的保存數(shù)據(jù)記錄，在條件具備的情況下增加系統(tǒng)UPS斷電應(yīng)急保護(hù)功能。

項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，嚴(yán)格按照工藝設(shè)計(jì)與要求進(jìn)行施工，禁止出現(xiàn)擅自更改工藝、不按要求設(shè)備選型、不按要求施工等情況，保證系統(tǒng)的高可靠性與穩(wěn)定性。

項(xiàng)目運(yùn)行使用過(guò)程是避免轉(zhuǎn)輪燜燃的另一個(gè)極為重要的環(huán)節(jié)。首先，應(yīng)嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行設(shè)備啟停，禁止急停、未達(dá)運(yùn)行狀態(tài)強(qiáng)制運(yùn)行等操作;其次，做好設(shè)備的日常運(yùn)行、檢修與維護(hù)，設(shè)備異常時(shí)及時(shí)查找原因并排除問(wèn)題，做好停電預(yù)告知制度，停電前及時(shí)停用設(shè)備;最后，做好數(shù)據(jù)記錄與保存，在發(fā)生燜燃情況時(shí)及時(shí)查找燜燃原因，并避免后續(xù)進(jìn)一步燜燃。

5? 結(jié)語(yǔ)

沸石轉(zhuǎn)輪設(shè)備是一種具有較高價(jià)值的關(guān)鍵設(shè)備，其設(shè)備投資往往會(huì)占到整個(gè)工程項(xiàng)目投資的30%～ 40%，一旦設(shè)備損毀，輕則要更換設(shè)備局部，重則更換整套設(shè)備，甚至發(fā)生安全事故，造成不可估量的損失。因此，在轉(zhuǎn)輪選用過(guò)程中一定要在設(shè)備壽命全流程做好避免燜燃的應(yīng)對(duì)措施。

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