RTO处理有机废气设计.docx

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RTO处理有机废气设计

有机废气处理工程设计方案

RTO处理工艺

*******

二〇一八年四月

项目名称

项目

成分、类型

苯、酯类等有机废气

方案设计单位

*******

设计方公司简介

本公司是从事有机废气治理的专业化公司，公司集科研、工程设计、设备制造、安装调试及环保验收一条龙服务。

公司秉承‘客户至上，诚信为本，追求卓越互利双赢’的理念，立足高科技、高标准、专业化的方向，实行自主创新和消化吸收国内外新技术、新工艺、新设备并举的技术发展之路。

为客户打造可靠达标、高效安全、节能减排、经济最大化的精品工程并提供优质的服务。

公司实施‘专业铸就品牌、科技创造未来’的发展战略，依托毗邻港、澳、台的地理优势，乘改革开放的发展先机。

以科技为先导，外引内联，打造了一支由环保专家、高级工程师、工程师、技师等各层次技术人员组成的经验丰富、技术精湛的高素质环保队伍；同时与众多国际集团和国内著名科研机构、高等院校保持良好的技术合作关系，实施从系统数据检测、综合分析到工程规划、设计、施工等都能满足客户的具体要求，提供最合理的设计和施工方案，公司近年来新开发了一批具有独立知识产权的先进技术工艺，成功应用于众多工矿企业，多项工程被评为优质工程，并先后被评为‘重合同守信用’‘诚信单位’。

获得了广大客户的一致好评。

方案设计

方案审核

方案校对

方案批准

备注

一、工程概况

*******位于*******英红镇，主要从事胶粘带及相关产品的生产于制造，其涂布生产线及烘烤生产线有机废气的产生，其主要成份为苯类及脂类。

计划三条生产线，根据现场实测数据，单条生产线排气在未稀释的工况下：

11059.2m3/h,3240ppm（13307mg/m3）,温度大于50℃。

根据HJ2000-2010《大气污染治理技术导则》第6.5.3.3条进入热力燃烧工艺的有机废气浓度应控制在其爆炸极限下限的25%以下，对于混合有机化合物，其有机物浓度应根据不同有机化合物的浓度比例和其爆炸下限值进行计算与校核。

甲苯的爆炸极限1.2%～7.0%（体积），其爆炸极限下的限的25%为3000ppm（12321mg/m3）。

贵司在该工况下排气浓度超过其爆炸极限下的限的25%，为不安全工况，因此应对其排气在进入处理设备前进行稀释，根据其稀释后的实测数据为：

21196.8m3/h,8214mg/m3，取整后：

单套排放废气25000m3/h,7000mg/m3，3套共计排放风量为：

75000m3/h。

排放的有机废气在大气中如超过一定浓度，除直接对人体健康有害外，在一定条件下经日光照射还能产生光化学烟雾，对环境和人造成危害，须净化达标处理后才能排放。

现根据国家环保政策和排放标准要求，结合贵公司的实际情况，特编制本工程设计方案，供贵公司选择。

二、工况参数

序号

排放位置

风量m3/h

浓度mg/m3

温度℃

备注

1

一号线

25000

7000

>50

2

二号线

25000

7000

>50

3

三号线

25000

7000

>50

4

合计

75000

7000

>50

✧工作时间：

12小时/天

✧废气来源：

涂布及烘烤有机废气

三、设计及排放标准

✧《中华人民共和国环境保护法》

✧《中华人民共和国大气污染防治法》

✧《工业企业设计卫生标准》（TJ36-79）

✧广东省地方标准《家具制造行业挥发性有机化合物排放标准》（DB44/814-2010）

✧广东省地方标准《大气污染物排放限值》（DB44/27-2001）

✧广东省地方标准《锅炉大气污染物排放标准》（DB44/765-2010）

✧《有机废气净化装置安全规定》（GB20101-2006）

✧《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》（GB50062-92）

✧《电工电子设备机柜模数化设计要求》（GB/T28564-2012）

✧《电工电子设备机柜安全设计要求》（GB/T28568-2012）

✧其他相关设计规范、施工规范及规程

✧贵公司提供的相关基础资料

我公司将依照以上相关标准进行设计，确保该项目完全符合环保要求。

执行标准如下表：

DB44/814-2010

污染物

最高充许排放浓度（mg/m3）

最高充许排放速率（kg/h）

烟囱高度（m）

苯

1

0.4

15

甲苯与二甲苯合计

20

1.0

15

总VOCs

30

2.9

15

四、设计范围及原则

4.1工程范围

4.1.1卖方

Ø主体设备的设计、制作及供货；

Ø废气收集部分整改及与废气净化设备进口连接（具体方案依现场情况而定）；

Ø废气净化装置设备及至排放口之间的所有连接管道和钢制平台的设计、制作及供货；

Ø处理工艺、工艺设备布置等；

Ø废气处理工程工艺流程的制定、处理设施的总体布局；

Ø处理系统的方案设计及施工图设计；

Ø处理系统电气控制设计和安装；

Ø运行调试并交付使用；

Ø在质保期内的技术支持及质量保证。

4.1.2买方

Ø动力电源（380V、50Hz）由业主接至现场主控制柜；

Ø如需要气源，压缩空气源接至设备使用点；

Ø确认提供设备安装位置；

Ø如需要水源，将水源引致卖方指定位置。

4.2设计原则

4.2.1严格遵守国家、省、市级环保法规，认真执行相关技术规范。

4.2.2因地制宜采用合理的收集和处理方案，在达到工程目标的前提下，降低造价及运营费用。

4.2.3选择处理效果好、动力消耗低、运行稳定、管理简便的处理工艺。

4.2.4采用技术先进、高效、节能、稳定、易于操作维护的核心净化设备。

4.2.5提高系统的自动化控制水平，降低操作人员的管理难度和劳动强度。

4.2.6工程的外观设计与建筑主体以及周围的环境相协调。

4.2.7环保设施的设计不得影响生产工艺的正常运行。

4.2.8以节约投资和降低造价为出发点，合理选用治理设备。

五、有机废气处理方法的确定

5.1废气治理方案的比较

目前，有机废气污染物废气治理技术，常用或已有实际应用的处理方法有：

1、氧化型：

其中的热力燃烧法，催化燃烧法和臭氧氧化法最为常见；

2、物理吸收/吸附型：

主要有活性炭吸附法，喷淋洗涤一吸收法等；

3、微生物法、膜分离法等。

（1）热力燃烧法

燃烧法主要有直接燃烧法，热力燃烧和蓄热式燃法等，主要用于高浓度的有机废气污染物或易挥发性污染物废的处理。

处理温度600-800℃，该技术的技术优势是净化效率高，设备构造简单，维护容易。

但存在二次污染物，运行费用高，经济效益小的缺点，特别是在缺氧燃烧时，净化效果大大下降。

（2）催化燃烧法

催化燃烧法是在系统中使用合适的催化剂，使废气中污染物在300-450℃下氧化分解，属低温氧化燃烧净化过程。

常用于气体与污染物浓度波动较大的场合，净化效率大于90%。

该技术优点是辅助燃料费用低，二次污染物NOx生成量较少，燃烧设备的体积较小；但对处理对象要求苛刻，要求污染物废气进口温度高，因此减少装置运行费，常配置间接或直接热回收系统。

（3）洗涤一吸收法

洗涤吸收法是通过让含污染物气体与液体（如水）吸收剂充分接触而达到使污染物从气相转移到液相的一种操作过程。

吸收过程的主体是填料塔，板式塔或喷雾塔等吸收装置。

吸收装置可用来处理大气量的污染物，浓度范围≤100PPm，去除率根据吸收剂和污染物组分不固，吸收效率差较大，一般大于30%以上，也可高达90%。

该工艺本身是一种典型的分离问题，因此，存在吸收液的再生与处理。

通常可用于特种有机废气污染物净化回收工程的治理。

（4）活性炭吸附法

活性炭吸附是一种广泛使用的有机废气污染物排放控制手段。

其主要是利用活性炭的表面物理吸附作用，将有机废气污染物从气体中分离出来，气体流量和浓度的波动对活性炭吸附器的操作影响较小，并常用来处理气量100-500PPm的废气，设备的尺寸取决于处理的气量和浓度。

因其系统投资费用中等，操作灵活，净化效率为90%。

对于处理大气量，低浓度的有机废气。

5.2有机废气处理方法的适用性与经济性比较

有机废气治理方法较常用的有燃烧法、吸附法和吸收法（水洗、药液洗涤）。

各种方法的适用性与经济性比较示于图:

有机废气处理方法的适用性与经济性比较图

5.3本项目拟采用工艺技术

综上所述：

该公司排出气体较高浓度有机废气类型，根据业主要求及减少用户投资成本、运行维护费用，结合废气排放点现场情况等综合考虑。

采用:

蓄热式热力氧化工艺。

六、RTO主体设备简介

6.1蓄热式热氧化炉（RTO）

RTO（RegenerativeThermalOxidizer,简称RTO）,蓄热式氧化炉。

其原理是在高温下将有机废气（VOCs）氧化成对应的氧化物和水，从而净化废气，废气净化效率达到99%以上。

　　RTO蓄热氧化是利用燃气直接燃烧加热有机废气，在高温（750~850℃）作用下有机废气通过RTO氧化室高温区使废气中的VOC成份氧化分解成为无害的CO2和H2O，反应方程式如下：

氧化后的高温气体热量被陶瓷蓄热体“贮存”起来用于预热新进入的有机废气，从而节省燃料，降低使用成本。

氧化后产生的高温烟气通过陶瓷蓄热部分，由于陶瓷具有良好的蓄热性，从而使炉腔始终维持在很高的工作温度，节省废气预热、升温的燃料消耗。

陶瓷蓄热部分由两个或两个以上腔室组成，热解后的相对干净的气体在进入尾气处理系统或直接排放前需对每个腔室进行吹扫保证VOC的去除率。

6.1.1RTO运作结构

6.1.2RTO内部空气流动

6.2蓄热陶瓷

陶瓷蓄热体采用陶瓷之乡名牌产品，阻力小，热容量大0.22BTU/lb℉，耐温高可达1200℃，耐酸度99.5%，吸水率小于0.5%，压碎力大于4kgf/cm3，热胀冷缩系数小，为4.7×10-8/℃，抗裂性能好，寿命长。

比表面积大，阻力小，耐温高，且热胀冷缩系数小，抗裂性能好，蓄热体装填量由厂家根据温度、热利用率、阻力程序设计。

化学性能

成分

数值（%）

SiO2

33-38

Al2O3

53-58

MgO

3-4

Fe2O3

<1

TiO2

<2.5

K2O+Na2O+CaO

<2.5

6.3RTO热氧化室

氧化室是处理有机废气主要反应场所，设计的正常运行温度为760℃左右，最高使用温度为950℃，有机废气在氧化室中反应生成CO2和H2O，室体外表面进行喷砂除锈处理后，再喷涂高温防腐涂料两遍，外层喷环氧树脂漆，氧化室位于蓄热室上部，室体钢板设计厚度为6mm，材质为碳钢，室体内侧面采用陶瓷纤维保温，保温厚度为300mm，陶瓷纤维模块内设置耐热钢骨架，用锚固件固定在炉体壳体上，正常使用时，燃烧室的外壁温度不高于环境温度25℃，燃烧室在操作面设置1个气密与绝热良好的检修孔，供内部检修和陶瓷维护更换时使用，室体前段设有操作平台平台面板采用隔栅板平铺而成，简洁大方。

炉体上方设有安全自动泄压口，当炉内压力超高时自动泄压；侧面设有高温排放口及降温口，当温度超高时自动打开，通过冷空气对其进行降温处理。

6.4蓄热室

蓄热室体钢板采用连续焊接而成，保证气体在内部循环的密封性，蓄热室体钢板厚度为6mm，室体内采用陶瓷纤维保温，保温厚度约为300mm，室内装有高效率的陶瓷蓄热填料，蓄热室的侧面安装有温度传感器，用来测量陶瓷填料的温度分布情况和监视填料的完好状态，并设有超高温时安全报警，填料底部支撑架与废气接触部分采用SUS304材质，以提高设备使用寿命。

6.5保温与绝热

炉体氧化室及蓄热室内保温采用耐火陶瓷纤维，耐热≥1260℃，容重192kg/m3，氧化室及蓄热室高温区厚300mm，蓄热室低温区厚300mm。

蓄热室内12块分隔板采用18mm厚硅酸铝陶瓷纤维板，中芯轴采用耐高温浇注料，外围固定板采用2025耐高温不锈钢，硅酸铝陶瓷纤维模块内设置耐热钢骨架，用锚固件固定在炉体壳体上。

指标

单位

数值

毛比重

kg/m3

1.6~2.2

平均线膨胀（20-1000℃）

10-6/K

4.5-6.0

比热容

kJ/（kg·K）

850~1200

导热系数

W/（m·K）

1.5~2.6

软化温度

℃

1400

最大操作温度

℃

1350

耐酸性

%

96.7

抗热震性

室温~450℃/次

水冷3次

吸水率

%

15~23

6.6旋转分配门

旋转阀是我司在学习国内外先进技术的基础上，自主研发的新一代换向阀，主要用于蓄热式催化氧化装置及蓄热式热力氧化燃烧炉，它主要由驱动电机、密封结构、布风结构及阀片组成。

结构简单、运行稳定，突破传统间歇式换向阀的局限。

我司研发的旋转阀特有的新风置换功能可进一步提高有机废气的去除效果。

6.7燃烧机

根据贵司有机废气浓度较高排气温度等特点，RTO有机废气处理装置配有40万kcal的燃烧器，品牌为日本正英。

燃烧机满负荷运行天然气使用量为50Nm3/h（天然气热值按8000kcal/Nm3）。

燃烧机调节比例为10:

1，在RTO正常运行状态下，可将燃烧机调节至最小负荷，为5Nm3/h。

燃烧器作为一种自动化程度较高的机电一体化设备，从其实现的功能可分为五大系统：

送风系统、点火系统、监测系统、燃料系统、电控系统。

1.送风系统

送风系统的功能在于向燃烧室里送入一定风速和风量的空气，其主要部件有：

壳体、风机马达、风机叶轮、风枪火管、风门控制器、风门档板、凸轮调节机构、扩散盘。

2.点火系统

点火系统的功能在于点燃空气与燃料的混合物，其主要部件有：

点火变压器、点火电极、电火高压电缆。

火焰长度、锥角、形状可按用户要求设计。

3.监测系统

监测系统的功能在于保证燃烧器安全、稳定的运行，其主要部件有火焰监测器、压力监测器、温度监测器等。

4.燃料系统

燃料系统的功能在于保证燃烧器燃烧所需的燃料。

燃油燃烧器的燃料系统主要有：

油管及接头、油泵、电磁阀、喷嘴、重油预热器。

燃气燃烧器主要有过滤器、调压器、电磁阀组、点火电磁阀组然、燃料蝶阀。

5.电控系统

电控系统是以上各系统的指挥中心和联络中心，主要控制元件为程控器，针对不同的燃烧器配有不同的程控器，常见的程控器有：

LFL系列、LAL系列、LOA系列、LGB系列，其主要区别为各个程序步骤的时间不同。

6.8风机

RTO采用一台鼓风机，一台密封吹扫风机及一台燃烧机助燃风机。

RTO主风机采用变频器进行控制，变频器的操作面板安装在门上，通过通讯线和变频器相连便于观察和操作，以减少长期运行成本,风机额定流量约为工作流量的120%。

6.9电气控制系统

1.设计依据

（1）低压配电装置及线路设计规范GBJ54-83

（2）工业企业照明设计规范GBJ50034-92

（3）通用用电设备配电规范GBJ50055-93

（4）电气装置安装工程爆炸和火灾危险环境电气装置施工及验收规范GB50257。

2.电气总原则

旋转蓄热式催化燃烧净化装置（RRCO）电控系统采用西门子PLC控制，PLC采用西门子200系列，触摸屏采用7”西门子产品，PLC控制系统实现对旋转蓄热式催化燃烧净化装置、燃烧器功率高低、烟气出口风门控制、风机、炉内温度、压力、旋转换向阀信号联锁控制等，并对重要运行参数集中监测或控制。

3.控制层

控制层主要由PLC及其系统组成，由PLC及其系统接受现场发来的数据信息，经过自身的运算与处理后，发出相应的指令对现场设备进行控制；同时，对现场设备出现的所有故障及时的进行分析处理，实时将故障信息反映在触摸屏上，并进行相应报警提示。

4.设备层

设备层主要由风机变频器、压力控制仪表、现场设备检测元件（位置接近开关、温度传感器、压力传感器等）、现场执行机构（气动执行器、调节阀、电磁阀等）等组成；直接与控制层中的PLC进行数据交换，将现场信息发送给PLC系统，并按PLC输出指令执行设备动作，对整套系统的控制显示、炉膛压力显示监控，炉膛温度等进行自动监控。

5.控制柜

每个主控制柜顶部装有带声响的柱型指示灯以显示系统的运行状态及故障类别，柱型指示灯分三层，上层红色显示故障，中层绿色显示运行，下层黄色显示停止,主控柜设置主电源开关（带热过载、电磁过载、错相保护功能，带反馈触点，上传PLC系统），可手动设定主开关，在控制柜面板设置电源指示灯。

控制柜进、出线采用电缆桥架，在控制柜的顶部或底部进、出线，给控制系统内所有设备提供动力电源及控制电源，所有控制柜配置门开关及照明灯。

布线方式：

柜内采用线槽，柜外采用镀锌桥架，其他使用尼龙软管为辅。

喷涂颜色：

各控制柜喷两遍防腐蚀底漆，甲方指定色标，屏、柜、台防护等级：

IP54。

控制柜全部采用防威图产品（框架结构，包括底座、柜内空调、照明及风扇等主要附件），柜内安装侧装空调，确保变频器在正常环境温度范围内工作。

控制柜安装在受控机械设备附近（具体位置现场定）。

控制柜带门锁，门锁采用带手柄方形门锁,并且门锁为同一型号。

柜面上的所有器具均采用嵌入式结构安装，其布置清晰、美观大方和合理。

每个柜内配置一个AC220V10A插座。

6.10安全设计

6.10.1设计安全

（1）依据客户提供的废气参数，确保废气中可燃组分处于爆炸下限25%以下，保证系统安全运行。

（2）RTO处理效果遵循3T（反应温度、停留时间、湍流程度）法则。

（3）在RTO燃烧炉膛顶部设置泄压防爆口。

6.10.2防爆设计

根据国家标准GB50058-1992《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》之规定，本项目防爆等级按ExDIIBT4，防护等级按IP55。

6.10.3管路系统的安全设计

系统所有高空管道和设备均设有避雷装置，接入建筑物防雷系统。

设备和管道有可靠接地，法兰连接的风管采取跨接，避免静电集聚引起可燃气体燃烧、爆炸。

6.10.4电气控制设计

本案采取西门子PLC全自动化控制系统，配套触摸屏、电动调节阀、变送器、报警系统等，本系统包含试车模式、手动控制模式、待机模式、系统自动开/关机安全程序。

安全保护措施包括:

停电、火灾、温度异常、风车异常、系统设备异常停机、系统静压低于低报时停机保护联锁等。

生产线处于事故状态时，停机保护连锁，尾气旁通。

系统设备提供下列信息（HMI）：

风机、马达运转状态、电机运转状态（Hz）、风机压差值（ON/OFF）、设备运转状态与进出口压差值、各点温度、RTO温度、报警信息等。

七、主要设计参数

处理风量

25000m3/h台

RTO

单套：

天然气用量5－50m3/h,燃烧机功率40×104kcal/h

动力风机

4-72-8C30834m3/h2754Pa37kW

　　　吹风密封风机

9-26-4A3125m3/h3407Pa5.5kw

八、能耗计算

8.1热平衡计算

序号

主项

名称

数据

参数

备注

1

进气

进气流量

25000

m3/h

输初始输入

2

进气温度

50

℃

输初始输入

3

进气压力

200

Pa（G）

输初始输入

4

进气密度

1.093

kg/m3

按干空气物性参数查表

5

进气质量流量

27325

kg/h

计算

6

进气比焓

325

KJ/kg

查表

7

进气总焓

8880625

KJ/h

计算

8

VOCs

有机物低位发热量

40

KJ/g

按三苯类

9

废气浓度

7000

mg/m3

根据甲方提供数据或估算

10

废气质量流量

175000

g/h

计算

11

废气热量

6440000

KJ/h

计算，燃烧热效率按92%

12

燃烧机

天然气小火用量

5

Nm3

输入

13

天然气燃烧热量

168000

KJ/h

计算

14

热量损失

热量散失率

10.00%

—

输入

15

散失量

1548862.5

KJ/h

计算

16

出气

出气质量流量

27325

kg/h

关联

17

出气温度

230

℃

输初始输入

18

出气压力

1000

Pa（G）

输初始输入

19

出气比焓

508

KJ/kg

查表

20

出气总焓

13881100

KJ/kg

计算

21

热平衡

（进气焓+VOCs+燃烧热）-（热量损失+出气焓）

58662.5

KJ/h

计算，数值应大于等于0

8.2运行成本分析

（按单台计）

序号

主项

设备名称

功率（kw）

数量

单位

套数

日运行小时数

电费（元/度）

天运行费用（元）

1

RTO

鼓风机

37

1

台

1

12

0.8

301.92

2

密封吹扫风机

5.5

1

台

1

12

0.8

44.88

3

燃烧机助燃风机

0.75

1

台

1

12

0.8

6.12

4

旋转阀驱动

2.2

1

台

1

12

0.8

17.952

5

燃料

耗材名称

热值（kcal）

数量

单位

套数

日运行小时数

单价（元）

天运行费用（元）

6

天然气

8000

5

Nm3

1

12

3.6

216

7

合计

586.872

8

功率因数按：

0.85，电费按0.8元/度，天然气按3.6元/Nm3

九、主要设备及工程估价

序号

主项

名称

规格

数量

单位

单价（万元）

小计（万元）

1

废气输送

紧急排放电动阀

Φ750

3

套

2

螺旋镀锌风管（含管件折算）

Φ750×0.75mm

560

m

3

风管跨路桁架

8m×2.4mm

2

项

4

防火阀

Φ750

3

套

5

阻火阻尘器

Φ750

3

套

6

本项小计

7

RTO焚烧系统

补鲜风调节阀

DN300

3

套

8

鼓风机

4-72-8C30834m3/h2754Pa37kW

3

台

9

密封吹扫风机

9-26-4A3125m3/h3407Pa5.5kw

3

台

10

燃烧机

40×104kcal/h

3

套

11

高温排气阀

DN600

3

套

12

蓄热陶瓷

100×100×100mm

54

m3

13

旋转换向阀

RTO-2500

3

套

14

塔体（含保温、安全门）

RTO-2500

3

套

15

本项小计

16

电控及其它

电气控制

3

套

17

二次布线

1

套

18

辅助材料

1

套

19

地坪及基础

1

项

20

监测平台及扶梯

3

项

21

管道水喷淋防水系统

3

项

22

本项小计

23

合计

24

安装调试费

15%

25

远程运输吊装费

3%

26

税收（增值税）

10