RTO焚燒爐要求及安全性分析| 附爆炸極限計(jì)算

VOCs有機(jī)廢氣進(jìn)入焚燒系統(tǒng)如RTO系統(tǒng)均有濃度的最高限度要求，來(lái)氣的組分、濃度均需要測(cè)算計(jì)算廢氣的綜合LEL數(shù)值，才可判定是否能進(jìn)入RTO系統(tǒng)，如果不能進(jìn)需要如何補(bǔ)風(fēng)處理，下面我們來(lái)詳細(xì)探討下如下問(wèn)題：

01：所有多組分可燃廢氣都能進(jìn)入焚燒爐處理嗎？答案是否定的。

02：進(jìn)入焚燒爐處理的多組分可燃廢氣都需要設(shè)阻火器嗎？答案是否定的。

03：如何定性及定量地評(píng)估多組分可燃廢氣入爐焚燒的安全性。

RTO蓄熱式燃燒設(shè)備

1、可燃廢氣的爆炸極限

多組分可燃廢氣與空氣(或氧氣)在一定的濃度范圍內(nèi)均勻混合，遇著火源會(huì)發(fā)生爆炸，這個(gè)濃度范圍稱為爆炸極限(或爆炸濃度極限)。其中“可燃物質(zhì)、助燃物質(zhì)、點(diǎn)火源”三要素重要。針對(duì)不含氧的多組分可燃廢氣稱之為純可燃組分(可能含惰性組分)，純可燃組分處于密閉管道內(nèi)由于其中不含氧(助燃物質(zhì))因此不屬于爆炸性混合物。這類廢氣入爐焚燒是安全且合規(guī)的，這類廢氣入爐焚燒不需要安裝管道式阻火器。本文由拉斯卡工程的陳工對(duì)含氧多組分可燃廢氣入爐焚燒的技術(shù)要求及爆炸極限評(píng)估進(jìn)行闡述。

含氧多組分可燃廢氣的爆炸極限有爆炸(著火)下限和爆炸(著火)上限之分，分別稱為爆炸下限和爆炸上限。爆炸下限指的是可燃性混合物能夠發(fā)生爆炸的最低濃度。由于可燃物濃度不足，過(guò)量空氣的冷卻作用，阻止了火焰的蔓延，因此在低于爆炸下限時(shí)不爆炸也不著火。爆炸上限指的是可燃性混合物能夠發(fā)生爆炸的最高濃度。如果濃度高于爆炸上限，則表明助燃空氣不足，導(dǎo)致火焰不能蔓延不會(huì)爆炸(不能支持穩(wěn)定燃燒)。

工程經(jīng)驗(yàn)和事故案例表明，含氧多組分可燃廢氣焚燒具有一定的危險(xiǎn)性，廢氣在噴槍內(nèi)會(huì)被火焰輻射加熱，這可能使含氧多組分可燃廢氣在噴槍內(nèi)自燃或爆炸;噴槍出口流速如果低于火焰?zhèn)鞑ニ俣葎t存在引起回火的風(fēng)險(xiǎn)即“火焰回到噴槍內(nèi)燃燒”，嚴(yán)重的回火會(huì)引起爆炸。

2、可燃廢氣進(jìn)入治理設(shè)施的技術(shù)規(guī)定

《化工建設(shè)項(xiàng)目廢物焚燒處理工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(HG20706-2013):5.8.2氣體化工廢物應(yīng)設(shè)置氣體稀釋裝置:第2條:進(jìn)入焚燒裝置的氣體化工廢物中混合有機(jī)物的濃度應(yīng)低于混合氣體或最易爆炸組分爆炸極限下限的25%，若高于其爆炸極限下限的25%，應(yīng)采取補(bǔ)氣稀釋的方法降低其有機(jī)物混合濃度至爆炸極限下限的25%以下，或者降低其最易爆炸組分濃度至其爆炸極限下限的25%以下?！缎顭崛紵üI(yè)有機(jī)廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》(HJ1093-2020)、《吸附法工業(yè)有機(jī)廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》(HJ2026-2013)、《催化燃燒法工業(yè)有機(jī)廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》(HJ2027-2013)都有關(guān)于這一條款的類似要求。 對(duì)于VOCs類采用補(bǔ)氣稀釋，確保收集管道內(nèi)處于爆炸極限下限25%以下，是基于對(duì)輸送安全的考慮，在實(shí)踐應(yīng)用中問(wèn)題不大。因?yàn)閂OCs中有“可燃組分、助燃組分(大量空氣)、管道輸送易產(chǎn)生靜電”，滿足爆炸(著火)的三要素要求，是比較危險(xiǎn)的。因此，要求安裝可燃?xì)怏w報(bào)警儀檢測(cè)爆炸下限，通過(guò)補(bǔ)充稀釋風(fēng)(空氣、氮?dú)獾?使其濃度降低到爆炸極限下限的25%以下。而對(duì)于很多高熱值化工廢氣(特別是含氧多組分可燃廢氣)，采用稀釋的方法一般很少被業(yè)主采納(基于安全、能量回收、稀釋成本、輸送氣量等因素綜合考慮，業(yè)主一般不愿意采用惰性氣體稀釋)。所以，拉斯卡工程設(shè)計(jì)的焚燒系統(tǒng)，在物料入爐焚燒前一定會(huì)考慮爐前回火的風(fēng)險(xiǎn)，如入爐焚燒一定要考慮爐前回火的風(fēng)險(xiǎn)，如選擇超音速噴槍、安裝阻火器、壓力低低連鎖等安全防回火措施。

因此，按照規(guī)范要求處于“爆炸極限下限的25%~爆炸極限上限”之間的含氧多組分可燃廢氣是不能入爐焚燒，因?yàn)槠涔艿垒斔途褪欠浅ＮｋU(xiǎn)的，不但不允許入爐焚燒，也不允許進(jìn)入活性炭吸附、RTO、RCO等廢氣處理設(shè)備。

RTO蓄熱式燃燒設(shè)備

3、可燃廢氣治理設(shè)施設(shè)置阻火器的技術(shù)規(guī)定

《吸附法工業(yè)有機(jī)廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》(HJ2026-2013)65.2治理系統(tǒng)與主體生產(chǎn)裝置之間的管道系統(tǒng)應(yīng)安裝阻火器(防火閥)，阻火器性能應(yīng)符合GB13347的規(guī)定。因此，對(duì)于VOCs治理設(shè)施活性炭吸附除臭系統(tǒng)需要增加阻火器。

《石油化工石油氣管道阻火器選用檢驗(yàn)及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》(SH/T3413-2019)中50.1當(dāng)有爆炸性混合物存在的可能且無(wú)其它防止火焰?zhèn)鞑サ脑O(shè)施時(shí)，下列管道系統(tǒng)和容器應(yīng)設(shè)置阻火器:(a)與燃燒器連接的可燃?xì)怏w輸送管道。因此，是否需要設(shè)置阻火器一定要定性/定量的判斷含氧多組分可燃廢氣是否屬于“爆炸性混合物”。按照前文分析，如果含氧多組分可燃廢氣的濃度有可能處于“爆炸極限下限的25%~爆炸極限上限”之間，我們就可以近似認(rèn)為存在爆炸性混合物，這種廢氣入爐焚燒是需要加阻火器的。反之，小于爆炸極限下限的25%或者大于爆炸極限上限的含氧多組分可燃廢氣，入爐焚燒是相對(duì)安全合規(guī)的，無(wú)需設(shè)阻火器。

4、含氧多組分可燃廢氣爆炸極限的計(jì)算

純可燃混合組分的爆炸極限計(jì)算，一般采用LeChatelier公式。如果考慮純可燃混合組分中存在惰性組分的影響，定性分析混合廢氣爆炸極限的范圍會(huì)收窄，即相對(duì)更安全(相對(duì)干采用純可燃混合組分的爆炸極限計(jì)算)。因?yàn)楣こ躺希捎玫獨(dú)鉁缁?、蒸汽滅火就是這個(gè)道理。因此有必要對(duì)LeChatelier公式計(jì)算進(jìn)行修正，本文采用《燃?xì)饣旌习踩远傻难萁?jīng)法證明-嚴(yán)銘卿》中公式(3)/(4)/(5)進(jìn)行惰性組分修正其爆炸極限下限。

總結(jié)回顧：

針對(duì)不含氧的多組分可燃廢氣按前面分析不屬于爆炸性混合物，這類廢氣入爐焚燒是安全且合規(guī)的;這類廢氣入爐焚燒不需要安裝管道式阻火器。針對(duì)含氧多組分可燃廢氣分析結(jié)論如下:

1、按照《化工建設(shè)項(xiàng)目廢物焚燒處理工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(HG20706-2013)要求:處于“爆炸極限下限的25%-爆炸極限上限”的含氧多組分可燃廢氣，原則上是不能入爐焚燒的。

2、有些項(xiàng)目業(yè)主特殊要求，對(duì)可能處于“爆炸極限下限的25%~爆炸極限上限”的含氧多組分可燃廢氣入爐焚燒(業(yè)主沒(méi)有其他處理手段)。則按照《石油化工石油氣管道阻火器選用檢驗(yàn)及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》(SH/T3413-2019)要求，增加管道式阻火器是必要的。反之，小于爆炸極限下限的25%或者大于爆炸極限上限的含氧多組分司燃廢氣，入爐焚燒是相對(duì)安全合規(guī)的無(wú)需設(shè)阻火器。

3、含氧多組分可燃廢氣的爆炸極限計(jì)算，一般采用LeChatelier公式，針對(duì)某些惰性組分含量較高的廢氣需要采用半經(jīng)驗(yàn)公式修正爆炸極限的下限。爆炸極限上限建議不修正，因?yàn)椴恍拚龝?huì)更安全且規(guī)范沒(méi)有考慮安全余量:爆炸極限下限之所以建議修正，是因?yàn)橐?guī)范還有25%的安全余量(修正收窄后再乘以25%會(huì)更合理)。