焦化廢氣含有瀝青煙、苯并芘及苯類等有害物質(zhì)，如果直接排放，會造成大氣污染，影響當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。因此，對焦化廢氣進(jìn)行處理并使其達(dá)標(biāo)排放，是焦化行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然要求。

某焦化化工廠是生產(chǎn)苯類、酚類、萘類、樹脂類、鹽類等化工產(chǎn)品為主的煤化工綜合利用企業(yè)，焦油加工能力為10萬t/a，苯加工能力為3萬t/a，為合成纖維、油漆、染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、化肥等產(chǎn)品提供了豐富的原料。與此同時，該化工廠在正常生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生溫度為20～50℃、流量為4000～18000m3/h的焦化廢氣，其基本成分及物化數(shù)據(jù)如表1所示。

按照國家相關(guān)廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，若要將有機(jī)廢氣凈化達(dá)標(biāo)，需要由3臺蓄熱室組成的大型RTO進(jìn)行凈化。本項目采用的三室RTO是在兩室的基礎(chǔ)上增加了1臺吹掃用蓄熱室，如圖1所示。

圖1 典型的三室蓄熱式熱力氧化器（力皇）

RTO正常運行時，廢氣的進(jìn)氣和排氣通過閥門切換來完成。

第1個工作周期中，廢氣自下而上經(jīng)A蓄熱室升溫，然后進(jìn)入燃燒室氧化放熱；氧化放熱結(jié)束后，自上而下通過B蓄熱室，與蓄熱室內(nèi)的填料進(jìn)行換熱，將熱量傳遞給B蓄熱室，再經(jīng)過工藝管路進(jìn)入煙囪排放;此時C蓄熱室處于吹掃狀態(tài)，用吹掃風(fēng)機(jī)將蓄熱室(含集氣室)中的滯留廢氣吹入燃燒室氧化處理，防止因蓄熱室的切換過程影響廢氣處理效率。

第2個工作周期中，A蓄熱室處于吹掃狀態(tài)，廢氣自下而上進(jìn)入B蓄熱室，與已吸收熱量的填料進(jìn)行換熱后，進(jìn)入燃燒室氧化放熱，再自上而下通過C蓄熱室，并將熱量傳遞給C蓄熱室后，進(jìn)入煙囪。

第3個工作周期中，B蓄熱室處于吹掃狀態(tài)，廢氣由C蓄熱室進(jìn)入，氧化放熱后，通過A蓄熱室進(jìn)入煙囪，完成了RTO裝置運行的1個大周期，如此交替運行。當(dāng)煙煤在隔絕空氣條件下加熱到950～1050℃，經(jīng)過干燥、熱解干餾、熔融、黏結(jié)、固化、收縮等階段，最終得到焦炭，這個過程稱為煉焦。

煉焦過程產(chǎn)生的荒煤氣經(jīng)過回收和精制可以得到多種芳香烴和雜環(huán)化合物等基本化學(xué)原料，同時產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣是高熱值燃料，可以用來發(fā)電或供應(yīng)城市煤氣。

因此，本項目以能源高效利用為目的，采用焦?fàn)t煤氣代替輔助燃料，可以節(jié)約成本，提高焦?fàn)t煤氣利用率，同時能夠滿足RTO裝置正常運行時的燃料需求。該裝置主要由燃燒室、蓄熱室(含集氣室)及切換閥門組成。

從化產(chǎn)區(qū)域各排氣洗凈塔后收集的廢氣進(jìn)入廢氣總管，經(jīng)過安全水封、捕霧器后進(jìn)入緩沖罐，由廢氣引風(fēng)機(jī)輸送，經(jīng)過阻火器后進(jìn)入RTO進(jìn)行焚燒。

本項目中RTO收集處理的廢氣有14路，各排氣洗凈塔洗滌后的廢氣通過各自的調(diào)節(jié)閥控制排出壓力，保證廢氣進(jìn)入廢氣總管。RTO冷態(tài)啟動后，首先啟動吹掃風(fēng)機(jī)，用新鮮空氣對設(shè)備進(jìn)行吹掃；吹掃結(jié)束后，燃燒系統(tǒng)進(jìn)行燃?xì)鈾z漏，確保點火系統(tǒng)安全；檢漏完成后，啟動燃燒器，通過9個閥門的周期切換完成3個填料床的預(yù)熱;預(yù)熱結(jié)束后焦化廢氣進(jìn)入RTO進(jìn)行焚燒，燃燒室溫度開始緩慢提升。

如果燃燒室溫度持續(xù)上升，說明廢氣濃度過高，當(dāng)溫度達(dá)到1100℃時，打開高溫排放閥，將多余的熱量直接排放至煙囪；當(dāng)溫度達(dá)到1180℃時，系統(tǒng)自動報警；當(dāng)溫度達(dá)到1200℃時，為了確保RTO裝置安全，RTO開啟自動離線程序。

RTO離線時，燃燒系統(tǒng)熄火，廢氣風(fēng)機(jī)減速直至停機(jī)，新風(fēng)閥打開，引入小風(fēng)量新鮮空氣進(jìn)入RTO蓄熱室，開始RTO降溫程序。為了降低高溫閥的溫度，在高溫閥設(shè)置了1套水冷系統(tǒng)，以確保高溫閥的密封性能，水冷系統(tǒng)由軟水槽、軟水循環(huán)泵及軟水冷卻器組成，軟水通過浮球液位計自動補(bǔ)充到軟水槽中，通過軟水循環(huán)泵輸送至高溫閥，再通過軟水冷卻器被循環(huán)水冷卻后回到軟水槽。

由于焦化廢氣中有機(jī)成分的沸點較高，易凝結(jié)在蓄熱填料底部，堵塞填料床層，本項目中RTO設(shè)置了1套反燒程序，當(dāng)床層底部和頂部的壓差達(dá)到3kPa時，自動啟動反燒程序，將凝結(jié)在蓄熱填料底部的膠狀物質(zhì)氧化，從而達(dá)到對蓄熱床層清理的目的。

反燒程序與正常運行一樣，只不過是排氣溫度達(dá)到480℃時再進(jìn)行閥門切換。3個床層底部溫度依次達(dá)到480℃時，反燒程序自動結(jié)束，反燒程序有自動和手動2種方式。手動方式可根據(jù)實際運行情況，點擊反燒按鈕進(jìn)行清理。

為了保證系統(tǒng)安全，風(fēng)機(jī)前設(shè)置了3套可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測儀，其中1套為快速反應(yīng)型，響應(yīng)時間小于1s，用于快速連鎖，當(dāng)廢氣中可燃組分濃度達(dá)到爆炸下限的25%時，系統(tǒng)自動連鎖停機(jī)。同時RTO設(shè)置了2個防爆門，當(dāng)爐內(nèi)壓力達(dá)到11kPa時自動泄壓。

采用RTO裝置處理焦化廢氣，優(yōu)化RTO裝置的工藝性能對提高有機(jī)廢氣處理效率，實現(xiàn)廢氣達(dá)標(biāo)排放至關(guān)重要，本項目在RTO工藝設(shè)計等方面做了升級和改進(jìn)。

1）采用焦?fàn)t煤氣作為輔助燃料

本項目采用焦?fàn)t煤氣作為輔助燃料，既節(jié)約了成本，又提高了焦?fàn)t煤氣的利用率。從用戶記錄所得到的輔助燃料使用量表明，RTO裝置冷啟動時所需焦?fàn)t煤氣為240m3/h，能夠滿足RTO裝置正常運行時的燃料需求。

2）RTO前端增加安全水封、捕霧器和阻火器水封的主要作用是防止高溫回火。

由于其安全性能好，可用在管道收集前端防止回火；焦化廢氣中含有少量的水分，為使進(jìn)入RTO內(nèi)部的焦化廢氣更加潔凈，增加了捕霧器用于氣液分離;與此同時，由于廢氣中含有易燃?xì)怏w，為了阻止易燃?xì)怏w在RTO內(nèi)燃燒時火焰?zhèn)鞑サ秸麄€管網(wǎng)中，在RTO進(jìn)氣管道前端增加了阻火器。

3）高溫閥水冷系統(tǒng)

在大多數(shù)的RTO裝置中，高溫閥主要靠自然散熱?？紤]到發(fā)生緊急情況時燃燒室的溫度過高，本項目采用循環(huán)水冷卻系統(tǒng)。水冷系統(tǒng)由軟水槽、軟水循環(huán)泵及軟水冷卻器組成，軟水通過浮球液位計自動補(bǔ)充到軟水槽中，通過軟水循環(huán)泵輸送至高溫閥，再通過軟水冷卻器被循環(huán)水冷卻后進(jìn)入軟水槽。

經(jīng)工藝優(yōu)化后的RTO裝置運行結(jié)果分析表明:

1)通過多次抽樣測量，RTO燃燒室表面溫度基本維持在50～70℃，滿足最高溫度≤75℃的設(shè)計要求。

2)燃燒室溫度始終維持在850～1100℃，保證了有機(jī)廢氣中的有機(jī)成分充分氧化燃燒。

3)煙囪平均出口溫度120℃，低于150℃的設(shè)計要求。

4)經(jīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門多次抽查，經(jīng)過RTO裝置處理的焦化廢氣達(dá)到GB16171—2012《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求，有機(jī)廢氣的凈化率達(dá)到了99%，CO的凈化率達(dá)到了97%。