于示林 王海影 张 帅

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引言

国内的油品外输码头大多数未设置油气回收或处理装置，在油品装船过程中，从船舶呼吸阀处会不断的排放油气，油气直接排入大气，造成环境污染和资源浪费[1]。目前市面上的VOCs 废气处理工艺在高浓度废气处理上存在安全性和达标性的风险，本方案采用新型的直接燃烧工艺对装船油气进行处理。

1 燃烧法油气处理工艺介绍

燃烧法油气处理工艺是将储运过程中产生的含烃气体采用直接燃烧、蓄热氧化燃烧或催化氧化燃烧等方法，绝大部分有机气体分解成二氧化碳和水排入大气中，减少环境污染[2]。因当前环保法规对VOCs 废气排放管控力度越来越大，排放指标也越来越严格，传统的冷凝吸附、膜分离等工艺难以实现达标排放，等离子等工艺又存在安全性隐患，燃烧法是目前使用的较为广泛且达标性相对较稳定的一种控制油气排放的处理措施，但无论是直接燃烧（TO）、蓄热氧化燃烧（RTO）还是催化氧化燃烧（RCO）工艺，油气中可燃物的含量都有较为严格的限制，一般需严格控制进入焚烧装置的废气浓度不高于5g/m3，在应用上受到不同环境或场地等条件限制，造成设备无法正常运行或达标稳定性无法保证，同时，以上几种燃烧技术气体中可燃物质的去除率仅为95%～98%，对于排放要求严格的地区，采用单一燃烧手段无法达到排放要求[2]。

与以上燃烧处理方法不同的是一种新型高效燃烧技术，采用的是表面燃烧的处理工艺，对可燃物处理效率可达到99.9%以上，可燃物浓度适应性强，用于油气处理时，既可以采用（冷凝工艺VDC、吸收工艺VAU）+高效燃烧HCS 处理工艺，也可单独使用高效燃烧HCS 处理工艺。高效燃烧装置占地面积小、处理效率高，火焰温度高于1000℃，燃烧后产生二次污染较少，一氧化碳和氮氧化物排放少，能耗少，尤其是在有机废气浓度较高时，不需要外部提供燃烧，极大的减少资源浪费。

2 高效燃烧油气处理工艺机理介绍

高效燃烧油气处理工艺装置主要包括金属纤维燃烧器、燃烧器支撑结构、可移动式排气段、固定排气段支撑结构、固定排气段。其中，可移动排气段包裹在金属纤维燃烧器外侧，并固定到燃烧器支撑结构上；所述的固定排气段安装在可移动排气段外侧，并固定到固定排气段支撑结构上；固定排气段与可移动排气段无直接连接。通过上述结构，可以极大的节省现场用地，极大的降低对场地的使用限制要求。空气、助燃气、废气在特殊设计的预混室内进行充分混合，特殊设计的预混器能够提高设备的运行性能，提高燃烧效率。

图1 高效燃烧装置结构示意图

来自现场的空气通过风机输送进入燃烧系统预混室，与管道输送来的助燃气和有机废气进行充分混合，高能点火系统随时待机，保证系统来废气时可快速开机运行。废气在预混室内混合后进入高效燃烧器进行燃烧，燃烧器为合金纤维构成的多孔燃烧器，每一个微孔都相当于一个气体混合的微分燃烧器，可有效实现气体的充分混合，提高燃烧效率。

图2 多孔燃烧器示意图

来自船舶的船舱有机气体通过油气输送风机输送进入高效燃烧装置（HCS），HCS 配套补充天然气，天然气用量随油气浓度的变化可调，当VOCs 废气浓度高时，不消耗天然气，当VOCs 浓度低时，需提高天然气消耗量用于支撑HCS 燃烧。有机废气进入高效燃烧装置前，助燃气模块、助燃补风模块首先进入运行状态，助燃气和助燃空气经过气体混合器充分混合后的混合气经点火模块点火；仪表监控点火正常后，有机废气通过废气输送模块输送至废气高效处理系统，在燃烧器进行燃烧，燃烧后的气体实现达标排放。在废气高效处理系统运行过程中，控制系统通过监控不同模块的温度、压力、流量等参数，并通过控制阀组的动作实现系统燃烧状态的自动调节。

3 高效燃烧工艺应用实例

以国内某原油装船码头为例，原油装船量为30000m3/船，装船时间为12h。外输开始后半小时：700-1000m3/小时，输结束前半小时：1200-1300m3/小时，外输中间：2700-2900m3/小时。在之前的外输过程中，船舱尾气由船舶上的泄压阀直接排入大气中。卸船时，用锅炉尾气对船舱进行惰化。经检测，船舱气油气浓度如表1 所示。

表1 船舱油气浓度检测结果（体积浓度）

根据JTS196-12-2017 《码头油气回收设施建设技术规范》4.3.5.2“装置处理能力宜按液体货物装船体积流量的1.25 倍确定”[4]。

从船上来的油气：

由于船舱氧含量＜8%，而根据《码头油气回收设施建设技术规范》JTS 196-12-2017，船岸安全装置管道内含氧量体积比高于6%时报警，并同时开启阀门补入惰性气体。当含氧量体积比超过8%时，紧急切断阀将自动进行关闭，拒绝船舱尾气上岸，同时紧急泄放阀开启，实现尾气紧急排放[5]，确保系统安全。

待处理VOCs 气体中氧含量为6.8%。

将含氧6.8%的3625m3/h 的气体，补入99%的氮气，将其稀释为氧含量6%。

补入的氮气量计算如下：

油气治理装置处理量为3625m3/h+483.3m3/h=4108.3m3/h。取4110 m3/h。设计处理规模为4110m3/h。

船舱气经过输气臂、船岸安装装置、油气输送风机进入高效燃烧装置，现场设置两套高效燃烧处理装置，高效燃烧装置（HCS）配套补充燃料气通过减压后进入高效燃烧装置，两路气体均设置自动切断阀和压力调节阀；助燃空气通过设置在底部的风机进入燃烧器，气体在燃烧器内充分混合并燃烧，燃烧后的尾气达标排放，工艺流程图如图3 所示。

图3 原油码头船舱气高效燃烧处理工艺流程图

VOCs 治理设备采取了多重防回火措施：在船岸安全装置配置阻爆器、风机模块配置阻火器、高效燃烧装置入口配置阻爆器，均采用防爆轰型阻火器，可有效保证系统安全。当油气浓度较高时，高效燃烧装置不需要消耗天然气，有机废气进入高效处理系统前，助燃气模块、助燃补风模块首先进入运行状态，助燃气和助燃空气经过气体混合器充分混合后的混合气经点火模块点火；仪表监控点火正常后，有机废气通过废气输送模块输送至废气高效处理系统，在燃烧器进行燃烧，燃烧后的气体实现达标排放。在废气高效处理系统运行过程中，控制系统通过监控不同模块的温度、压力、流量等参数，并通过控制阀组的动作实现系统燃烧状态的自动调节。当燃烧温度过高或过低，均会连锁空气风机提高或降低风量。当温度高过设定值，将会整体系统停机，同时空气风机开到满负荷，吹扫设备，降低温度。

船舱有机废气进入高效燃烧装置后，在出口采样口处取样监测，连续对三艘外输船舶装船过程VOCs处理装置排放口取样，分别测定前期、中期、后期的非甲烷总烃浓度，经化验分析，结果如表2 所示。

表2 高效燃烧装置排放口浓度检测结果

从排放口的检测结果可以看出，高效燃烧处理设备处理效果较好，远低于目前环保要求的120mg/m3的排放限值要求，实现了VOCs 的超低排放，且达标稳定性较高，对于油品外输过程产生的高浓度有机废气的处理效果非常理想。同时，油气外输过程中废气的流量及浓度等都是不稳定的，高效燃烧处理设备运行稳定，未出现熄火或爆燃等现象，燃烧温度稳定，验证了高效燃烧处理工艺在VOCs 治理领域具备良好的适应性。

4 高效燃烧处理设备存在的问题

上面的工程案例充分验证了高效燃烧处理工艺在VOCs 治理领域的稳定性和高效性，但由于高效燃烧工艺燃烧温度可达1000～1300℃，烟气温度在1000℃左右，目前的在线监测设备尚不具备安装条件，这是未来需要进一步考虑和研究的地方。

结语

介绍了新型高效燃烧处理工艺的工作机理，并以国内某原油外输码头为例进行了效果论证，通过分析论证，验证了此工艺在高浓度VOCs 废气处理上的运行稳定性和达标性，同时也分析了高效燃烧处理工艺目前存在的问题。新型高效燃烧处理工艺突破了RTO/TO、RCO/CO 工艺的局限性，可在油气装车、装船过程尾气、储罐呼吸气等高浓度VOCs 废气场合有很好的适应性，在当前的环保政策管控力度下，可以有效的实现达标排放，减少大气污染。