蓄热式热氧化炉处理医化废气

滕富华，顾震宇，项 敏，陈哲铭，陆建海

（1.浙江省环境保护科学设计研究院，杭州 310007；2.杭州德龙科技有限公司，杭州 310011）

蓄热式热氧化炉处理医化废气

滕富华1，顾震宇1，项 敏2，陈哲铭1，陆建海1

（1.浙江省环境保护科学设计研究院，杭州 310007；2.杭州德龙科技有限公司，杭州 310011）

采用蓄热式热氧化炉（RTO）处理医化行业排放的挥发性有机废气，通过组合喷淋系统和优化设计参数，使一般特征污染因子的平均净化效率达到95%以上，浓度远低于《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）中的二级标准，热回收效率达95%以上；含氯元素废气处理后的尾气中，二英浓度小于0.019TEQng/m3，表明RTO适用于医化行业挥发性有机废气的处理。

蓄热式热氧化炉；医化行业；挥发性有机物；废气处理

1 引言

医化行业在生产过程中会排放大量挥发性有机物（VOCs），其中大部分是有毒有害及恶臭类物质，控制不到位必将污染大气环境，严重危害人体健康。由于医化行业使用的有机溶剂种类多，排放物成分复杂且不稳定，导致产生的废气处理难度大[1]，一般的处理技术较难达到预期的处理效果，因此需要寻求一种净化效率高、适用范围广的处理技术。

目前，VOCs的末端处理技术很多，有吸收[2]、低温等离子[3]、光催化[4]、生物净化[5]、吸附[6]、催化氧化[7]、锅炉热力焚烧[8]、蓄热式热氧化（RTO）[9]等。吸收法的净化效率可达80%～90%，但有二次污染，且对非水溶性物质的净化效率低；低温等离子、光催化和生物法一般仅适用于低浓度废气的处理；吸附法净化效率可达90%以上，但如不再生回收，运行费用偏高，如再生回收则要求回收物质易脱附且有利用价值；催化氧化净化效率较高，但催化剂费用昂贵，且废气中不能有使催化剂失活的成分；锅炉热力焚烧净化效率高，但需依托锅炉，使用场合受限制；RTO的净化效率和热回收效率高，适用性广，可以满足严苛的处理要求。

2000年后，在引进消化国外RTO的基础上，国内生产的RTO逐步应用于涂装、印刷、化工等行业，但在医化行业应用很少。本文讨论将三室RTO应用于医化废气的末端处理，取得了较好的环境和社会效益。

2 工程设计

2.1 项目概况

浙江某医化企业主要从事原料药及制剂的生产和销售。在日常生产过程中，反应釜、离心机母液槽、真空泵、干燥机及储罐等设备中都会产生废气，废气中主要含有二氯甲烷、甲醇、乙醇、乙酸乙酯、甲苯、乙酸丁酯、氯甲烷、三乙胺、乙腈、丙酮、DMF、异丙醇、2-甲基四氢呋喃等挥发性有机物和少量氯化氢。

企业目前已经对车间产生的废气进行了收集，并计划采用活性炭吸附装置作为末端处理手段。但由于废气的挥发性有机组分中，部分含有不饱和键，因而会影响活性炭的脱附再生，而且由于废气成分复杂，即使能够再生回收，也无可利用性，回收的物料还需要作为危废进行处理处置，增加了企业负担。对比活性炭吸附装置，RTO适用于对该废气进行处理，因此企业决定新增一套RTO作为末端处理设施，并验证了对该废气的净化效果。

2.2 设计条件

根据企业已经采取的收集措施，设计总风量为2万m3/h。车间生产过程中，挥发性有机组分的浓度波动很大，其中甲醇、甲苯、二氯甲烷和丙酮的浓度相对较高，测定大部分时间总VOCs的浓度均高于1500mg/m3，有相当长的时间段高于2000mg/m3，个别数据甚至接近4000mg/m3。

2.3 工艺设计

RTO的废气处理工艺流程图见图1。

图1 废气处理工艺流程图

车间产生的废气，预处理后由主引风机送1#碱洗塔，除去大部分氯化氢，以降低对后续设备的腐蚀；接着经阻火器，阻断可能产生的回火，避免安全事故；再进入PP缓冲罐，缓冲罐起气体混合、缓冲和泄爆作用；然后废气经鼓风机送RTO进行焚烧处理；焚烧后的废气通过水冷却塔、2#碱洗塔，经降温和除去酸性气体后，由出口风机送排气筒达标排放。在主引风机前的总管上安装VOCs在线检测仪，当检测到废气进口浓度过高（超过5000ppm）时，通过阀门切换使废气由主引风机送活性炭吸附塔，经排气筒应急排放。

其中，RTO采用三个蓄热室，工艺流程图见图2。

废气经鼓风机送RTO后，先进入蓄热室1的陶瓷蓄热层（该陶瓷层已经把上一循环的热量“贮存”起来），陶瓷释放热量温度降低，使废气升至较高的温度（约700℃）后进入燃烧室；在燃烧室中，由PLC自动控制燃烧器并补充燃料，使废气进一步升温并维持污染物氧化所需温度（760℃～800℃），并留有足够的停留时间（不小于1.5s），将废气中的VOCs充分氧化成CO2和H2O；氧化后的高温尾气离开燃烧室进入蓄热室2，释放热量使尾气温度降低后离开RTO，而蓄热室2的陶瓷吸热升温，“贮存”大量的热量用于下个循环加热使用；处理后的尾气离开蓄热室2时，引回一部分干净尾气清扫吹扫蓄热室3，使蓄热室3残存的废气重新返回燃烧室处理，使VOCs的净化效率达到98%以上。如此不断地交替进行，一般情况下，RTO的排气温度高于进气温度不超过30℃～100℃，实现低温达标排放。

图2 RTO工艺流程图

RTO主要设计参数见表1。

表1 RTO主要设计参数

2.4 工程特点

（1）在废气进入RTO前，需尽量除去酸性气体，减轻废气对RTO的腐蚀，蓄热室炉栅采用耐温防腐浇注材料整体浇注而成，在降低投资费用的同时提高RTO的使用寿命。

（2）由于大部分VOCs都是易燃易爆的气体，所以在废气进入RTO前的总管上，距RTO足够距离处设置VOCs可燃气体在线检测仪，用于测定废气的VOCs可燃气体的浓度，给RTO前的阀门留有足够的切换时间，确保进入RTO的VOCs可燃气体浓度小于混合气体爆炸下限的1/4[10]。在进入RTO的鼓风机前设置阻火器，防止回火；设置缓冲罐，起调节废气浓度兼具泄爆的功能。

（3）设计处理废气在RTO燃烧室停留时间不小于1.5s，炉膛燃烧温度大于820℃，以确保RTO对VOCs具有较高的净化效率。

（4）在废气进RTO前设置缓冲罐，混合废气使进气浓度平稳；设计RTO壳体内耐火保温层厚度为240mm，材料为硅酸铝耐火纤维，使RTO壳体外表温度不大于65℃。

（5）陶瓷蓄热层起到气流定期转换过程中的吸热放热功能，可以使RTO进出口废气的平均温差控制在30℃～100℃，降低排烟温度，减少RTO的能源消耗以降低运行费用。

（6）在废气收集过程中尽量减少含氯废气进入RTO，并设计RTO具有合理的蓄热室尺寸，缩短燃烧后的高温废气在释放热量降温过程中的时间，确保废气在中温区（300℃～500℃）的停留时间小于2s，减少二英类物质的产生。

3 运行效果

将RTO用于该医化企业的废气处理，经过一段时间调试后，该处理系统进入稳定运行阶段，浙江省环境监测中心于2013年8月对废气处理设施进行了验收监测。监测结果表明，特征污染因子的平均净化效率大部分都在95%以上，满足《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）中新污染源二级标准。VOCs类的监测数据见表2。

4 经济指标

RTO+喷淋系统的总投资费用约300万元。

RTO+喷淋系统的总装机容量97.5kW，运行功率为70.5kW，按70%的运行效率，0.7元/kW·h的电价，则每日产生的电费为829.1元。系统正常运行后，日平均最大天然气用量为300m3，按3.2元/m3的天然气价格，每日消耗的天然气费用为960元/d；日消耗30%的液碱约150kg/d，按1000元/t的液碱价格，每日消耗的液碱费用为150元。

表2 VOCs类监测值

表3 二英类监测值（出口）

表3 二英类监测值（出口）

测试周期项目第1周期第2周期第1次第2次均值第3次第4次均值标干废气量(m3/h)8.65×1038.65×1038.65×1038.65×1038.65×1038.65×103含氧量(%)20.420.520.520.220.420.3二英类浓度(TEQng/m3)0.0310.0070.0190.0100.0120.011

按年运行300天计，总运行费用约为58.17万元/a。

5 结论

（1）RTO适于处理中低浓度的医化废气，适用范围广，具有很好的净化效率，特征污染因子的平均净化效率一般都在95%以上，使处理后的废气达标排放，是一种值得推广的医化废气末端处理设备。

（2）RTO的热回收效率高，在保持壳体外表温度65℃以下的同时，将废气进出口温差控制在30℃～120℃，可使热回收效率达到95%以上，降低了运行费用。

（3）在废气存在含氯有机物时，通过优化RTO的设计参数，尽量减少净化后的废气在中温区的时间，确保停留时间小于2s，使二英类平均排放浓度小于0.019TEQng/m3。

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Medical and Chemical Exhaust Gas Treated by Heat Oxidation Oven with Heat-storage Type

TENG Fu-hua1, GU Zhen-yu1, XIANG Min2, CHEN Zhe-ming1, LU Jian-hai1
(1. Zhejiang Academy of Environmental Sciences Design, Hangzhou 310007;
2. Hangzhou Delong Technology Co., Ltd, Hangzhou 310011, China)

By adopting heat oxidation oven (RTO) with heat-storage type to treat volatile organic waste gas emitted from medical and chemical industries. Based on the combination of spraying system and optimized design parameter, the average purifying efficiency of ordinary pollution gene reaches at over 95%, the concentration is under the secondary standard of (GB16297-1996) and the heat reclaimed efficiency reaches at over 95%, and the dioxin concentration is lower than 0.019TEQng/m3 in exhaust gas after treatment of chlorine waste gas. The result shows that RTO is the same with the treatment of volatile organic waste gas of medical and chemical industries.

RTO; medical and chemical industries; volatile organic matters; waste gas treatment

X701

A

1006-5377（2015）04-0004-04

注：浙江省科技计划项目（2014F10010）。