顺酐行业中蓄热式热氧化器的应用.pdf

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1、676化工机械2013焦顺酐行业中蓄热式热氧化器的应用蔡鹏山+马晓驰杨振华沈文朋马小礼(天华化工机械及自动化研究设计院有限公司)摘要介绍了蓄热式热氧化器处理顺酐尾气的工作机理，在此机理的基础上，常州韭邦化学有限公司对年产3万t顺酐尾气在国内首次用蓄燕式热氧化器装王进行了处理，处理后的尾气完全达到GB16297-1996排放标准，回收的余热为平均每日产1．8MPa蒸汽150余吨。关键词蓄热式热氧化器顺酐尾气蒸汽中圈分类号TQ052．6文献标识码B文章编号0254-6094(2013)05-06764)3苯法顺酐生产中由于尾气中含有苯(VOC)，因而尾气达标

2、排放问题一直困扰着顺酐行业，同时尾气中一氧化碳(CO)的排放造成巨大的能源浪费。现有的焚烧炉和催化氧化装置，存在节能效果不够显著、运行成本较高以及设备运行不够稳定等问题。蓄热式热氧化器(RegenerativeThermalOxidizer，简称RTO)是在热氧化装置中加入蓄热式热交换器，预热VOC废气，再进行氧化处理的一种装置。随着蓄热材料的发展，目前蓄热式热交换器的热回收率已能达到95％以上，节能效果显著，再加上氧化效率高，当VOC浓度高时，余热可做二次回收，因而广泛应用于石油、化工、涂装、涂布及医药等行业。1工作原理与流程典型的两床式RTO如图1所

3、示，RTO启动前先通过燃烧器对燃烧室和填料床预热，预热完成后，含有VOC的尾气先进入1。填料床预热，然后通过燃烧室，在燃烧室内VOC充分氧化放热，氧化完成后洁净的气体通过2’填料床冷凝，将热量传递给2。填料床后，洁净的气体排人大气，此过程为半个周期；半个周期结束后，阀门切换，含有VOC的气体先通过2’填料床预热，然后在燃烧室氧化放热，再通过1。填料床进行热交换放热，放热完成后，洁净的气体排入大气，至此完成一个周期循环¨1。图1典型的两床式RTO结构与原理简图苯法顺酐尾气中主要的有害成分为催化余苯和反应复产物CO，针对常州亚邦化学有限公司年产3万t顺酐尾气

4、的情况，决定采用蓄热式热氧化器(RTO)处理顺酐尾气，并利用余热锅炉回收富余热量。为了提高净化效率，系统采用了三床式RTO，其流程如图2所示。2热值计算不考虑RTO预热阶段燃烧室内补充的热量，在投入运行时，顺酐尾气中的有机成分氧化所产生的总热量将达到热平衡，稳态流动时所产生的技术功数值很小，可以忽略，因此能量守恒方程为：+蔡鹏山，男，1981年8月生，工程师。甘肃省兰州市，730060。第40卷第5期化工机械677图2顺酐尾气处理流程可，善△日t2』善岽+Cq·AT-+Cq：△咒(1)式中AH——单位时间内进入RTO有机物的燃烧热值；Q，——各箱体表面的

5、散热；q。——直排气体的流量；q：——通过锅炉气体的流量；'7——尾气中有机物的转化效率。箱体散热量的计算式悼。为：Q=告△烈(2)式中A——各箱体散热面积；△r——RTO炉体内外温度差；A——导热系数；6——RT0保温材料的壁厚。根据式(1)、(2)，在尾气中有机物产生的热值固定的情况下，为了更好地产生效益，必须减少箱体表面的热损和直排气体所带走的热量。因此在箱体表面积固定情况下，可选择导热率低，同时适当增加保温材料的厚度来减少热损，一般要求箱体表面最高点的温度比环境温度高出50℃，同时通过切换热旁通开启时间来降低直排气体的温度，保证更多的热量通过锅炉

6、换热后导出，从而增加蒸汽的产出量。通过锅炉后的热平衡方程为：Qin=Ql+Q2+Q3(3)式中Q抽——进入锅炉的热量，Q；。=J。cg：△疋；Q。——锅炉所需的热量；Q：——排烟热损；Q，——锅炉的表面热损。Q。=(D+D。川。一F盅)+Db．w㈡。一f-)(4)式中D——锅炉蒸发量；D聃——锅炉自用蒸汽量；D¨——锅炉排污量；ih——给水焓；i。——饱和蒸汽焓；i。．。——饱和水焓；肘——蒸汽湿度；r——汽化潜热。在RTO余热一定的情况下，为了提高锅炉的蒸发量，必须减少锅炉的表面热损、排烟热损和锅炉的排污量。RTO处于正常运行时候，锅炉的排污量很小，因

7、此忽略不计。锅炉的表面热损和RTO设备相同，均为壁面散热，为了降低热损，选择导热系数低的绝热材料，同时适当增加绝热材料的厚度。锅炉的排烟热损，主要取决于锅炉换热面的换热效果，为了增加换热面，降低排烟温度，在蒸发器后加设了省煤器。3氧化因素影响RTO氧化的主要因素有气体在RTO燃678化工机械2013年烧室的滞留时间和氧化温度。气体在燃烧室的滞留时间由尾气量和燃烧室容积确定，根据经验滞留时间一般在1．2s以上。氧化温度和尾气中VOC的成分有关，燃烧室的最低温度一般要高于尾气中VOC的自燃点；通常情况下，氧化温度越高，气体的净化率越高，但温度过高对设备的使用

8、寿命有影响，尤其是对余热锅炉的寿命。温度控制主要通过各填料床的切换周期和热旁通阀