背景

随着工业科技的迅速发展，大量的VOCs（volatile organic compounds）排放到环境中。为了减少这一污染物无组织地排放，提升环保的治理水平，越来越多的企业开始配套性地建设VOCs的治理设备。而RTO（Regenerative Thermal Oxidizer）目前已然成为VOCs（volatile organic compounds）焚烧处理的主流治理设备，这是因为蓄热式热力氧化装置（RTO）处理浓度范围广，净化效率高，但与此同时VOCs又具有可燃性，再加上运行中的高温、明火等特点，当浓度超过爆炸下限时，易发生爆炸。此外，氧化炉口内热量超过限值，也会发生超温爆炸。系统中超压系统中的仪表、阀门等设备出现故障或突发停电、停气等，也会引发电气系统安全自控。这些运行超限已然成为威胁RTO安全运行的“主力军”，如何把控并控制这些超限已经成为近年来一直在研究讨论的问题。

问题及思路

对于运行超限，我们合肥义禾将其主要分为三个大类：超温、超浓、超压。这期浅谈一下如何应对超温我们在电气设计上的主要思路。

RTO（蓄热式热力氧化装置），其原理是在高温下将废气中的有机物（VOCs）氧化成对应的二氧化碳和水，从而净化废气，并回收废气分解时所释放出来的热量。其原理是把有机废气加热到760摄氏度（具体需要看气体成分）以上，使废气中的VOCs再氧化分解成二氧化碳和水，然后通过烟囱将分解的二氧化碳和水排放到空气中去。而在分解这些挥发性有机物的同时会释放出大量热量，导致蓄热式氧化炉和管道内的温度过高，温度过高会降低内部的蓄热陶瓷的使用寿命，严重的会损害管道和RTO炉体以及附属设备。进而增加了我们的成本支出。我们在电气控制系统中对于超温的设计，不仅提供稳定的自控调节能力，而且降低超温现象的出现很大程度上解决了陶瓷，管道以及附属设备的使用年限长短的问题，为我们的合作方谋得了经济价值。

为了降低氧化炉温度，疏排炉内富余热量；我们在以下几个方面增加了电气设计，降低出现超温现象的频率，使我们的设备更加稳定和安全地运行。

一、调节频率稳定废气的流速

前置风机和后置风机对于不同运行状态下采用不同输出功率，同时利用风机和燃烧器比例阀进行PID调节，使废气在RTO燃烧过程中有一个平稳燃烧的状态，进而使RTO内部温度达到稳定的状态，急剧的气体聚集燃烧会引发超温现象。设定不同的风机频率更好地引导废气的流速。如下图所示，C101B和C105B分别是前置风机和后置风机，设定不同模式下的风机频率。

  同时，我们在电气设计中加入了风机的PID调节也是为了调节废气的流速。防止废气管道中进来的废气流速，浓度不稳，导致废气在燃烧过程中的释放的能量过大，出现超温的现象。

二、利用提升阀的循环周期，提高换热速率

我们在往期的文章中提到了提升阀的应用，以三塔式RTO为例，炉体包括燃烧室和3个蓄热室A，B，C。每个蓄热室都配备了进气提升阀，出气提升阀和吹扫阀。蓄热室有蓄热、放热和吹扫3种工作状态，正常运行时，以蓄热、放热、吹扫的顺序进行周期循环；同一周期，各个蓄热室工作状态均不同，通过设定提升阀的换向模式，提升阀的换向动作改为6周期一个循环，在进气和出气的动作中间加入吹扫周期。在提升阀周期上我们还设计周期和温度的绑定，当A燃烧室的温度高，C燃烧室的温度低，设定为周期1，当A燃烧室的温度高，B燃烧室的温度低，设定为周期2，当C燃烧室的温度高，B燃烧室的温度低，设定为周期3，当C燃烧室的温度高，A燃烧室的温度低，设定为周期4，当B燃烧室的温度高，A燃烧室的温度低，设定为周期5，当B燃烧室的温度高，C燃烧室的温度低，设定为周期6，每个周期对应不同的阀门打开或者关闭，例如，周期1对应的则是A蓄热室的排气提升阀打开，B蓄热室的进气提升阀打开，B蓄热室的反吹扫阀打开。每个周期还设定了周期时间，为了更好地控制炉体的温度平衡，减少炉体超温的现象出现。

三、利用燃烧室的平均温度去调控高温阀

   氧化炉内的富余热量通过高温阀的调节送至余热回收装置。通过控制燃烧室的平均温度来调节高温阀开度，当燃烧室的平均温度升高时，开大高温阀口，增加送至余热回收装置的热量；当燃烧室的温度降低时，关小高温阀，减少送至余热回收装置的热量。主要控制燃烧室温度在不低于760 °C，一般设定在900°C并实时监控。实际调试时，为避免系统的外部干扰，加入混合废气LEL作为前馈。若RTO系统未设置余热回收装置，可通过高温阀将富余的热量直接排至烟囱。

总结

  当超温出现，触发温度的高高报警，设备无法自动调节时、设备必然需要故障联锁停机。

  当进入RTO的富余热量无法释放或设备故障无法运行时，触发系统联锁停机。停机时，立即关闭氧化炉进气阀，打开紧急旁通阀，禁止废气进入氧化炉，将废气通过活性炭箱进行吸附。同时关闭所有切换阀口，保持旁通阀开度，将氧化炉内的热量通过余热回收装置缓慢排放。废气出口管道温度超过上限或故障，判定为系统故障报警，触发联锁停机。此外，仪表、阀门故障或突发停电、停气的状况下也会触发设备停机，为了降低风险及系统防爆与控制响应快速性的要求，系统阀门选用气动执行机构，氧化炉入口阀、切换阀选用气开型阀门，紧急旁通阀选用气关型阀门。以燃烧室高温、低温报警为例：

综上所述，就是我们对于RTO设备中超温时，电气设计上的简单分析。在电气设计方面，我们在考虑以上几个方面的同时，需要再更加细致、健全地考虑整个系统安全自控设计，进而建造一个完整的、高质量的、高效率的电气系统自控设计。以至于我们在面对废气时，有一套完善的电气设计体系去应对。

以上是分析面对超温这一运行超限时的电气设计的技术分享，对于超压，超浓，我们后期会不定时地更新，若您针对以上问题有更好的设计思路，我们欢迎您的指导。若您在工作中有遇到电气运行故障，我们也可以进一步技术交流、协助解决、共同进步。我们真心愿意同您一起探讨难题，您也可以关注“合肥义禾YIHEAC”微信公众号，查看更多RTO技术资讯，同时欢迎您的留言分享。