RTO焚燒爐要求及安全性分析| 附爆炸極限計算

VOCs有機廢氣進入焚燒系統如RTO系統均有濃度的更高限度要求，來氣的組分、濃度均需要測算計算廢氣的綜合LEL數值，才可判定是否能進入RTO系統，如果不能進需要如何補風處理，下面我們來詳細探討下如下問題：

01：所有多組分可燃廢氣都能進入焚燒爐處理嗎？答案是否定的。

02：進入焚燒爐處理的多組分可燃廢氣都需要設阻火器嗎？答案是否定的。

03：如何定性及定量地評估多組分可燃廢氣入爐焚燒的安全性。

RTO蓄熱式燃燒設備

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均勻混合，遇著火源會發生爆炸，這個濃度范圍稱為爆炸極限(或爆炸濃度極限)。其中“可燃物質、助燃物質、點火源”三要素重要。針對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由于其中不含氧(助燃物質)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含氧多組分可燃廢氣入爐焚燒的技術要求及爆炸極限評估進行闡述。

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生爆炸的更低濃度。由于可燃物濃度不足，過量空氣的冷卻作用，阻止了火焰的蔓延，因此在低于爆炸下限時不爆炸也不著火。爆炸上限指的是可燃性混合物能夠發生爆炸的更高濃度。如果濃度高于爆炸上限，則表明助燃空氣不足，導致火焰不能蔓延不會爆炸(不能支持穩定燃燒)。

工程經驗和事故案例表明，含氧多組分可燃廢氣焚燒具有一定的危險性，廢氣在噴槍內會被火焰輻射加熱，這可能使含氧多組分可燃廢氣在噴槍內自燃或爆炸;噴槍出口流速如果低于火焰傳播速度則存在引起回火的風險即“火焰回到噴槍內燃燒”，嚴重的回火會引起爆炸。

2、可燃廢氣進入治理設施的技術規定

《化工建設項目廢物焚燒處理工程設計規范》(HG20706-2013):5.8.2氣體化工廢物應設置氣體稀釋裝置:第2條:進入焚燒裝置的氣體化工廢物中混合有機物的濃度應低于混合氣體或更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%，應采取補氣稀釋的方法降低其有機物混合濃度至爆炸極限下限的25%以下，或者降低其更易爆炸組分濃度至其爆炸極限下限的25%以下。《蓄熱燃燒法工業有機廢氣治理工程技術規范》(HJ1093-2020)、《吸附法工業有機廢氣治理工程技術規范》(HJ2026-2013)、《催化燃燒法工業有機廢氣治理工程技術規范》(HJ2027-2013)都有關于這一條款的類似要求。 對于VOCs類采用補氣稀釋，確保收集管道內處于爆炸極限下限25%以下，是基于對輸送安全的考慮，在實踐應用中問題不大。因為VOCs中有“可燃組分、助燃組分(大量空氣)、管道輸送易產生靜電”，滿足爆炸(著火)的三要素要求，是比較危險的。因此，要求安裝可燃氣體報警儀檢測爆炸下限，通過補充稀釋風(空氣、氮氣等)使其濃度降低到爆炸極限下限的25%以下。而對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，業主一般不愿意采用惰性氣體稀釋)。所以，拉斯卡工程設計的焚燒系統，在物料入爐焚燒前一定會考慮爐前回火的風險，如入爐焚燒一定要考慮爐前回火的風險，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，因為其管道輸送就是非常危險的，不但不允許入爐焚燒，也不允許進入活性炭吸附、RTO、RCO等廢氣處理設備。

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3、可燃廢氣治理設施設置阻火器的技術規定

《吸附法工業有機廢氣治理工程技術規范》(HJ2026-2013)65.2治理系統與主體生產裝置之間的管道系統應安裝阻火器(防火閥)，阻火器性能應符合GB13347的規定。因此，對于VOCs治理設施活性炭吸附除臭系統需要增加阻火器。

《石油化工石油氣管道阻火器選用檢驗及驗收標準》(SH/T3413-2019)中50.1當有爆炸性混合物存在的可能且無其它防止火焰傳播的設施時，下列管道系統和容器應設置阻火器:(a)與燃燒器連接的可燃氣體輸送管道。因此，是否需要設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，入爐焚燒是相對安全合規的，無需設阻火器。

4、含氧多組分可燃廢氣爆炸極限的計算

純可燃混合組分的爆炸極限計算，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收窄，即相對更安全(相對干采用純可燃混合組分的爆炸極限計算)。因為工程上，采用氮氣滅火、蒸汽滅火就是這個道理。因此有必要對LeChatelier公式計算進行修正，本文采用《燃氣混合安全性定律的演經法證明-嚴銘卿》中公式(3)/(4)/(5)進行惰性組分修正其爆炸極限下限。

總結回顧：

針對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的;這類廢氣入爐焚燒不需要安裝管道式阻火器。針對含氧多組分可燃廢氣分析結論如下:

1、按照《化工建設項目廢物焚燒處理工程設計規范》(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、有些項目業主特殊要求，對可能處于“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(業主沒有其他處理手段)。則按照《石油化工石油氣管道阻火器選用檢驗及驗收標準》(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，入爐焚燒是相對安全合規的無需設阻火器。

3、含氧多組分可燃廢氣的爆炸極限計算，一般采用LeChatelier公式，針對某些惰性組分含量較高的廢氣需要采用半經驗公式修正爆炸極限的下限。爆炸極限上限建議不修正，因為不修正會更安全且規范沒有考慮安全余量:爆炸極限下限之所以建議修正，是因為規范還有25%的安全余量(修正收窄后再乘以25%會更合理)。