沸石转轮焖燃原因分析与应对措施探讨

许柱 李宝荣 查浩 茅佳俊

摘  要：沸石轉轮作为大风量、低浓度挥发性有机废气（VOCs）治理的关键设备，具有占地面积小、净化效率高、使用寿命长等显著特点，广泛应用于涂装、化工、半导体等行业。随着沸石转轮在国内外的大量使用，其技术已相对成熟、性能相对稳定，但转轮焖燃问题时有发生，本文旨在对导致转轮焖燃的常见原因进行分析，并提出在设备全生命周期有效避免转轮焖燃的措施，以期为避免工程应用中的转轮焖燃提供帮助。

关键词：沸石转轮  焖燃  原因分析  应对措施

中图分类号：U468                              文献标识码：A                   文章编号：1674-098X（2020）09（c）-0066-04

Abstract： As the key equipment for the treatment of large air volume and low concentration of volatile organic components （VOCs）， zeolite concentrator has the characteristics of small footprint， high purification efficiency and long service life. It is widely used in coating， chemical， semiconductor and other industries. With the extensive use of zeolite concentrator at home and abroad， the technology is relatively mature and the performance is relatively stable， but the problem of zeolite concentrator boiling occurs from time to time. This article aims to analyze the common causes and proposes measures to effectively avoid zeolite concentrator boiling during the entire life cycle of the equipment， with a view to providing help for avoiding the problem in engineering applications.

Key Words： Zeolite concentrator; Boiling; Reason; Solved measures

随着挥发性有机废气（VOCs）治理的需求日益增加、标准日益严格，沸石转轮作为一种高性能、高效率处理大风量、低浓度VOCs废气的浓缩设备，在汽车、船舶、化工、半导体、包装印刷等行业取得了广泛的应用[1-3]。经过几十年的发展，沸石转轮设备性能已相对稳定，但是焖燃问题时有发生，焖燃现象已成为沸石转轮使用中较常发生的主要技术问题之一。本文将从沸石转轮设备介绍、转轮+燃烧主要工艺介绍、常见焖燃原因分析、有效避免焖燃措施分析四个方面对沸石转轮的焖燃问题进行论述，以期对沸石转轮焖燃问题的分析与预防提供帮助。

1  沸石转轮设备介绍

工业化应用广泛的沸石转轮主要分为盘式和筒式两种，其功能区均分为吸附区、再生区、冷却区，两种沸石转轮的最大处理风量一般均可达到200000m3/h。沸石转轮设备在VOCs治理方面具有占地面积小、处理效率高等显著特点。两种沸石转轮均有各自的特点，盘式转轮在国内的应用较广泛，尤其是汽车、半导体等行业;而筒式转轮多为模块化设计，沸石材料更换更为方便，较广泛应用于医药、船舶等行业。

2  转轮+燃烧主要工艺介绍

对于不具备回收价值的大风量、低浓度VOCs废气，一般通过沸石转轮浓缩为小风量、高浓度废气后进行燃烧处理，常用的燃烧方式包括蓄热式热力焚烧（RTO）、催化燃烧（CO）等，可根据不同工况选择燃烧装置与沸石转轮设备联用。在工程实践中转轮+燃烧工艺沸石转轮脱附气的加热热源往往来源于燃烧装置的炉膛高温气，可通过高温气与转轮冷却气混热，或冷却气与高温气间接换热实现脱附气加热到特定温度（一般为200～220℃），并将脱附出的VOCs废气送入燃烧装置焚烧处理。本文中选择工程中普遍使用的盘式沸石转轮+RTO工艺进行焖燃问题的论述，同时由于混热方式加热脱附气更容易导致焖燃现象，将以混热加热脱附气方式进行论述。

采用混热加热脱附方式的盘式沸石转轮+RTO主要工艺过程描述如下：

（1）大风量、低浓度废气首先经过过滤系统中的过滤器，去除废气中的粉尘等颗粒物，排向沸石转轮，废气中的VOCs被转轮吸附，净化后的气体经烟囱达标排放。

（2）同时，以室外新鲜空气作为冷却风，冷却脱附后的沸石转轮，以便这部分区域降温并恢复吸附能力。用于冷却的这部分空气在冷却转轮后，通过与RTO炉膛高温气混热，达到脱附温度后用于脱附区脱附VOCs，脱附后的气体被送入RTO进行高温焚化处理。

（3）脱附气体经RTO引风机送入RTO风室，之后经蓄热室中的蓄热体吸附热量后进入燃烧室进行高温燃烧，达标后的废气经蓄热室并将热量蓄积在蓄热体上，通过风室由RTO排风机排出。

上述系统设有转輪废气入口压力检测、转轮压差检测、转轮转动检测、RTO入口气体温度检测、RTO炉膛温度检测、RTO出口温度检测、冷却气出口温度检测、脱附入口温度检测、脱附出口温度检测、急停等功能，并具有数据记录（停电记录、温度记录、压力记录、转轮故障记录等）与报警功能。

3  常见转轮焖燃原因分析

转轮自燃主要包括脱附区进气侧整面碳化、脱附区进气侧扇面形碳化两种情况。对于整面碳化，往往是由脱附气温度过高或废气中含低燃点、低闪点物质，在转轮正常连续转动情况下导致;对于扇面形碳化，主要是在转轮停止转动情况下，脱附区残留一定的高温，转轮表面积累的有机物质在高温作用下产生氧化。整面碳化情况属于系统运行时的连续作用，下文仅将转轮停止转动产生的扇面形碳化作为焖燃情况进行讨论。

某转轮焖燃情况如图1所示。从图中可以看出，焖燃区域呈扇面形分布，同时扇面中的碳化区域不规则，主要是由于脱附区是密封区域，含氧量不足，导致扇面非均匀性高温碳化。对于转轮焖燃的原因，有研究认为是转轮表面某些物质具有一定催化作用，积聚在表面的有机物在其作用下产生缓慢氧化作用，达到一定温度时产生焖燃[4-6]。

如上所述，导致焖燃一般须同时具备转轮停止转动、脱附区高温、转轮上有机物积聚三个条件，现将系统中导致这三个现象的原因分析、排查方法、应对措施列于表1中。

4  有效避免焖燃措施分析

从3常见焖燃原因分析中，可见有效避免转轮焖燃，应从项目前期资料收集、工艺设计、项目实施过程、项目运行维护等设备全寿命流程识别潜在危害因素，并通过有效措施予以避免。

在项目前期资料收集方面，应充分分析了解废气风量、成分、浓度等数据，为转轮选型及设计提供依据，如废气成分中含有高沸点VOCs组分应通过活性炭吸附等前处理措施去除，以避免高沸点VOCs成分在转轮上无法脱附。废气中VOCs浓度往往会波动，应充分分析、测试废气中VOCs浓度，为工艺设计提供依据。

工艺设计环节是避免转轮焖燃极为重要的环节。首先应根据前期收集的资料选择合适的预处理措施及合适规格的沸石转轮，并设计适宜的浓缩倍数;其次，在脱附气预热方式的选择上，尽量选择换热器间接换热，并增旁通措施以便在脱附气超温情况下将炉膛高温气旁通;再次，通过增加脱附区入口气体超温保护、紧急断电各阀门有效切断等措施保证紧急条件下的转轮安全;最后，在控制系统设计中尽可能多的保存数据记录，在条件具备的情况下增加系统UPS断电应急保护功能。

项目实施过程中，严格按照工艺设计与要求进行施工，禁止出现擅自更改工艺、不按要求设备选型、不按要求施工等情况，保证系统的高可靠性与稳定性。

项目运行使用过程是避免转轮焖燃的另一个极为重要的环节。首先，应严格按照操作规程进行设备启停，禁止急停、未达运行状态强制运行等操作;其次，做好设备的日常运行、检修与维护，设备异常时及时查找原因并排除问题，做好停电预告知制度，停电前及时停用设备;最后，做好数据记录与保存，在发生焖燃情况时及时查找焖燃原因，并避免后续进一步焖燃。

5  结语

沸石转轮设备是一种具有较高价值的关键设备，其设备投资往往会占到整个工程项目投资的30%～ 40%，一旦设备损毁，轻则要更换设备局部，重则更换整套设备，甚至发生安全事故，造成不可估量的损失。因此，在转轮选用过程中一定要在设备寿命全流程做好避免焖燃的应对措施。

参考文献

[1] Ji， Y.; Yufeng C.; Limei C. Development and Field-Scale Optimization of a Honeycomb Zeolite Rotor Concentrator/Recuperative Oxidizer for the Abatement of Volatile Organic Carbons from Semiconductor Industry. Environ. Sci. Technol.， 2012，46（1）：441-446.

[2] 王毅.沸石转轮+RTO工艺在低浓度VOCs废气治理中的应用[J].浙江化工，2020，51（2）：36-40.

[3] 韦征.沸石转轮-催化氧化VOCs治理装置在包装印刷行业中的应用[J].上海化工，2019，44（9）：22-26.

[4] 薛明英，李志杰，孙琢，等.基于A3思维解决涂装车间沸石转轮焖燃事故[J].现代涂料与涂装，2018，21（6）：51-54，57.

[5] 李志杰，张宏宇，崔青松，等.基于TRIZ理论解决沸石转轮焖燃事故[J].汽车工艺与材料，2018（3）：59-63.

[6] 付笃，杨晓春，严晨圆，等.沸石转轮系统焖烧风险防控[J].科技创新导报，2016（31）：27-31.

[7] 高博，曾毅夫，叶明强，等.治理VOCs的新工艺——沸石转轮吸附浓缩+催化燃烧[J].中国环保产业，2016（8）：39-41，45.