随着对环境保护的日益重视，酸雨和雾霾污染逐渐减少，但臭氧污染仍越来越严重，已成为影响环境空气体质量的重要污染源。近年来，我国因臭氧污染导致的死亡人数平均增长10.7%。臭氧污染的重要前驱物是VOCs。在紫外线的作用下，VOCs和氮氧化物会发生一系列复杂的光化学反应，产生臭氧和雾霾二次粒子。虽然环境空气体中氮氧化物的浓度有一定程度的下降，但是VOCs的减排已经进入瓶颈期。在产生臭氧的反应中，VOCs与氮氧化物之间存在非线性关系，仅氮氧化物的减排甚至会导致臭氧浓度的升高。为了减少臭氧污染，VOCs减排是重中之重。化学工业是我国工业体系的支柱产业，也是VOCs排放的重要行业。

根据中国环境规划院的研究结果，我国VOCs年排放量达到3100吨，我国涉及VOCs排放的行业有120多个，其中年排放量超过1万吨的行业有50多个。化工行业VOCs的典型特征包括:废气浓度高，挥发性大，对净化效率要求高。

蓄热式燃烧技术(RTO)的主要原理是:挥发性有机废气在预热室中被加热，然后在燃烧室中以高温(高达800℃)燃烧。在富氧条件下，有机物被氧化成水和二氧化碳。蓄热室中储存的热量经过另一个蓄热室，可以用来预热下一轮新的有机废气，周期性地改变气流方向，保持炉温稳定。RTO工艺流程图见图1。

图1 RTO工艺流程图

蓄热式燃烧是一种彻底的氧化分解技术，净化效率高，因此在化学工业中被广泛用于净化VOCs。但由于化工行业VOCs废气浓度高、挥发性大，存在爆炸的可能。2015年3月，江苏某化工企业RTO净化系统连续两次发生爆炸，造成经济损失数百万元。2020年8月19日，浙江省某化工企业RTO净化装置废气管道爆裂，导致生产中断；2019年6月15日，安徽某化工企业RTO净化系统短时间内发生两次爆炸，净化系统受损严重。

化工行业VOCs废气浓度普遍较高，在非正常工况下可能超过爆炸极限；虽然VOCs污染物浓度比较高，但是废气中的氧气含量完全可以满足燃烧爆炸的要求。在装置设计不合理或操作不正常，预防措施不到位的情况下，RTO装置本身的明火、高热、电火花、静电都可能成为点火源。化工行业采用蓄热式燃烧技术处理VOCs废气时，需要重点关注安全问题。

1。化工行业RTO处理工艺过程中的爆炸要素分析是按照三个爆炸要素:可燃物、助燃物和点火源进行的。

1.1可燃物

(1)化工行业废气浓度高，挥发性大。在某些工况下，如开启true 空泵时，VOCs废气浓度可能会超过爆炸下限。

(2)蒸馏釜等部分生产设备处于故障状态，VOCs物料受热，导致浓度极高的饱和有机蒸气进入RTO净化装置，导致混合废气浓度超过爆炸下限。

(3)部分高沸点VOCs废气在收集处理系统的低温下冷凝。RTO处理系统启动时，冷凝的液态有机物直接进入RTO，或者后期温度升高时，冷凝的液态有机物挥发成气相进入RTO，导致RTO内混合废气浓度超过爆炸下限。

(4)容易聚合的物质，如***，在室温较低的再生器中容易聚合和沉积。随着温度的变化，聚合物可能发生二次挥发，导致RTO中的局部浓度过高，超过爆炸下限。

1.2助燃材料

(1)化工有机液体储存和装卸产生的废气，进出料和反应过程产生的废气，[/k0/]，为了减少物料损失，一般采用大套小管废气收集。在收集这部分废气时，会引入一定量的[/k0/]气体。

(2)反应釜的进料口、出料口、取样口、灌装站一般采用集气罩的废气收集方式。除少量VOCs外，收集的废气主要为空气体。

(3)固液分离设备和干燥设备一般通过密闭设备或附加密闭隔间收集废气，废气中会引入大量室内空气体。

(4)废气一般收集在废水收集、输送和处理系统及固体废物贮存场所，采用综合通风。除少量VOCs外，收集的废气主要为空气体。

1.3点火源

(1)RTO燃烧室明火:当进入RTO的VOCs燃烧释放的潜热不足以维持RTO正常运行所需的温度时，应额外加入天然气并点燃升温。RTO炉保持高温和明火，是事故情况下的主要点火源。

(2)电火花:RTO的辅助加热系统一般采用电火花点火器。RTO炉初始升温时，如果炉内有机物超过爆炸极限，电火花也可能成为点火源。

(3)高热物质:RTO温度升高后，氧化炉内的蓄热陶瓷和氧化炉排出的废气都是高热物质。如果高热物质由于系统故障在回火回流中遇到可燃物，或者高于爆炸性成分的燃点，高热物质也会成为点火源。

2。安全预防和控制分析

RTO处理系统的爆炸需要满足三个因素，即可燃物、助燃剂和点火源，因此安全防控措施主要针对以上三个因素进行防控。

2.1严格控制可燃物浓度。

考虑到RTO本身有明火，如果输入浓度超过爆炸下限，任何防控措施都是无用的。RTO引入的有机物浓度应严格控制在气体相应爆炸下限的25%以内。防治措施主要包括:在RTO入口管线上设置气体浓度检测，一级报警点为10%LEL，二级报警点为20%。当达到二级报警点时，切断废气入口，打开新风供给阀，停止RTO对于高浓度废气，RTO入口装有稀释空气阀；在废气入口处增加缓冲罐，缓冲罐的容积应设计合理；浓度监测仪、稀释空气阀、RTO风机等仪器设备之间的联锁控制，对突发问题第一时间做出正确的动作。

2.2安全风险评估

RTO处理系统的安全设施应与主体工程同时设计、同时施工、同时投入使用。化工行业废气成分复杂，应进行安全风险评估和论证，利用HAZOP等软件进行分析并采取相应的安全措施。

2.3加强预处理措施

化工废气浓度波动较大，通常含有酸雾和颗粒物。当它进入RTO燃烧时，需要混合并去除酸雾和颗粒。建议采用PP碱洗塔对有机废气进行预处理。由于PP填料塔强度不高，发生事故时容易吹脱，最大限度地保证了系统的安全性。

2.4增加必要的防火、防爆、泄爆措施。

废气收集总管上应安装防火阀，防火阀应符合GB15930的相关规定；在RTO入口处安装阻火器，阻火器应符合GB/T13347的相关规定；在RTO燃烧室、缓冲罐和管道的转弯处增加防爆件，防爆泄压设计应符合GB 50160的相关规定；在RTO设备附近设置一些消防设施；放置在现场的风机、电机和电气仪表的防爆等级不得低于现场防爆等级。

2.5优化采集系统。

废气收集和风机选型应标准化设计，废气收集管道应统筹规划，形成支管-主管道-处理装置-总出口的收集处理系统，保证废气收集效果。收集管网应考虑必要的防火防爆。当采用金属材料的收集管网时，应考虑静电跨接和系统接地等措施，以便及时导出静电，避免积聚。接地电阻应小于4Q，防雷设计应符合GB 50057和SH/T3038的有关规定。避免管道出现直角和尖角，减少摩擦产生的静电。

2.6优化加工系统。

在RTO炉的设计过程中，对气体流场和热流场进行了模拟，其中气体流场模拟保证了RTO炉内无死角，废气能够均匀顺畅的通过，避免局部湍流或浓度过高；热流场模拟确定陶瓷装填量，选择合适的热回收效率，避免RTO炉蓄热室冷端温度过高，减少安全隐患。

2.7优化运行和维护措施

处理系统合理有效的运行维护是保证正常稳定运行的必要条件。应定期对处理系统进行检查维修和隐患排查，如及时排放收集管网中的积液，防止积液中的VOCs再次挥发到气相中，导致气相中浓度超标；确保预处理设施的运行效率，避免因RTO炉填料堵塞造成的安全隐患。

2.8设置各种安全警示措施。

燃料供应系统应具有高低压保护和泄漏报警装置；压缩空气体系统应提供低电压保护和报警装置；设置UPS备用电源和压缩空储气罐；设置紧急排放空管道，禁止将烟囱排放与高温排放空管道共用；处理系统应设置安全仪表系统，对风机、阀门、燃烧器、炉膛、废气管道等设备设施的关键参数进行实时监控和联锁；关键设备安全仪表系统至少应按照SIL2标准设计。

2.9逐步科学调试

RTO炉调试时，应先进行空负荷的调试，再进行低浓度有机废气的调试，如企业污水池加盖后收集的废气、车间通风废气等。，应在空负荷调试稳定后逐步接入，最后高浓度废气应逐步接入。同时检测待接高浓度废气的排放流量和浓度，重点检测峰值浓度，峰值浓度不得超过混合废气爆炸下限的25%。

3。实际案例分析

某化工企业废气量为30000 m3/h，废气中含有盐酸、颗粒物和VOCs。企业混合废气采用碱洗+干滤+RTO处理，RTO为三室RTO，VOCs入口浓度为1250mg/m3。综合净化效率可达99%。目前已连续稳定运行5年。本处理系统的安全控制措施见下表。

4. 结语4。结论

蓄热式燃烧技术是一种高效的化工行业VOCs废气处理技术，具有广阔的应用前景。化工行业VOCs废气浓度高，波动大。由于燃烧室内有明火，蓄热式燃烧技术设计不当容易造成安全事故。结合实际工程经验和爆炸三要素，系统地进行安全防控分析。结合实际案例表明，该系统的安全设计可显著降低安全风险，确保蓄热式燃烧装置安全、稳定、高效运行，为化工行业采用蓄热式燃烧技术处理VOCs废气提供了一定的指导。