蓄热式焚烧炉在制药行业的应用

张红伟

摘  要：本文以某制药厂RTO处理系统为研究对象，通过控制变量试验方法，在沼气和甲醇废液供热条件下，分别对不同炉膛温度和进气浓度条件下的RTO系统的净化效率进行研究分析，并对4种不同工况条件下的RTO系统运行状态进行统计分析，同时对沼气和甲醇废液两种供热条件下的经济效益进行分析。结果表明，采用两种供热方式，RTO系统处理效率均保持在99%以上的高效率，且处理系统稳定;同时利用厂房产生的沼气与甲醇废液，以无害化、资源化的方式极大降低RTO系统的运行费用，优化了RTO系统在运行方面的经济性与节能性，实现较高的社会效益和经济效益。

关键词：RTO  沼气  甲醇  供热方式  经济效益

中图分类号：X701                             文獻标识码：A                 文章编号：1674-098X（2021）06（c）-0037-04

Abstract： Taking the RTO treatment system of a pharmaceutical factory as the research object， through the control variable test method， under the heating conditions of biogas and methanol waste liquid， this paper studies and analyzes the purification efficiency of RTO system under different furnace temperatures and inlet concentrations， and statistically analyzes the operation state of RTO system under four different working conditions. At the same time， the economic benefits of biogas and methanol waste liquid under two heating conditions are analyzed. The results show that with the two heating modes， the treatment efficiency of RTO system remains above 99%， and the treatment system is stable; at the same time， the biogas and methanol waste liquid produced by the plant are used to greatly reduce the operation cost of RTO system in a harmless and resource-based way， optimize the economy and energy saving of RTO system in operation， and realize high social and economic benefits.

Key Words： RTO; Biogas; Methanol; Heating modes; Economic benefit

蓄热式氧化炉（regenerative thermal oxidizer，RTO）是一种高效节能型燃烧炉，原理是把有机废气加热到760℃以上进行高温氧化分解，分解成二氧化碳和水，产生的高温气体流经特制的陶瓷蓄热体，使陶瓷升温而“蓄热”，此“蓄热”用于预热后续进入的有机废气，周而复始，连续工作[1-5]。蓄热式氧化炉有机废气分解效率可达99%以上，热回收效率达95%以上。近年来，蓄热式焚烧炉因其净化效率高、热回收效率高的优势，而广泛应用在制药行业挥发性有机化合物治理方面。同时，随着《蓄热燃烧法工业有机废气治理工程技术规范》（HJ 1093-2020）的颁布，以及政府对挥发性有机化合物治理的高度重视，对控制大气污染的要求日益提高，蓄热式焚烧炉必将成为挥发性有机化合物治理的首选设备。但是蓄热式焚烧炉也存在设备成本较高、占地面积较大的缺点，因此，在高效、稳定的基础上，着重优化蓄热室焚烧炉在运行方面的经济性与节能性，为蓄热式焚烧炉提供更加广阔的应用前景。

本文以浙江某制药厂有机废气治理系统的RTO为研究对象，通过分析RTO的运行情况进而考察RTO在处理有机废气过程中以资源化、无害化的方式提高整个环保系统的经济效益情况。

1  蓄热式焚烧炉系统设计说明

投入建设的RTO处理系统如图1，含RTO炉体、阀门系统、旁路系统、驱动系统、新风系统、供热系统、安全系统、检测系统。阀门系统包括进气阀、补新风阀、炉膛泄压阀，以及炉体风向切换阀、热旁路阀、压力调节阀。仪表系统包括压力与温度仪表。安全系统包括泄爆口、阻火器、控制连锁（温度、压力）。RTO炉设计处理能力12000Nm3/h;VOCs提供的平均热值为6523kcal/kg。

该项目RTO炉采用三塔蓄热式系统负压设计，每个蓄热室内填充蜂窝式陶瓷蓄热体，充分回收热能，热回收效率达95%以上。RTO供热系统设有两套，分别为甲醇液体燃烧机和沼气燃烧机位于炉体燃烧室，利用厂房现有沼气能源和生产副产物甲醇液体进行供热是本次项目设计的亮点，体现节能理念。来自制药车间的有机废气由风机送入RTO炉，RTO设定运行周期，通过切换进气、排气、反吹阀门实现蓄热室的功能切换，单塔切换次序为进气→吹扫→排气→进气，3个塔各自循环切换运行，实现氧化蓄热的过程。RTO设计废气在燃烧室停留时间不少于1.2s。RTO工艺流程见图1。

2  应用效果分析

RTO处理系统，应用于浙江某制药厂，用于生产车间中低浓度有机废气的处理。整套处理系统于2018年11月完成安装调试工作。在系统设备调试、试运行的同时，进行了一系列数据采集与分析。

2.1 不同焚烧温度下RTO的去除效率

RTO炉处理能力保持在12000Nm3/h，入口有机物浓度为2g/m3条件下，测得不同炉膛温度下的有机物去除率如图2所示。图2中可见，当炉膛温度低于800℃时，有机物去除效率与炉膛温度成正比，即随炉膛温度的增加而增加;当炉膛温度在800～850℃ 时，去除效率随炉膛温度的增加而略有增加，变化趋势较为缓慢;当炉膛温度在800℃以上时，RTO炉去除效率基本保持不变，提高的空间也非常有限。本次也按照不同供热方式进行了分析，结论一致。因此，可以得出，RTO炉膛温度达到800～850℃时为最佳，当炉膛温度达到800℃时，RTO净化效率已经达到99%以上，综合经济和排放要求，则本项目设置炉膛长期运行温度为800℃。

2.2 不同进气浓度下RTO的去除效率

介于制药厂车间废气具有浓度波动大的特点，在系统调试过程中，遵循逐渐增长的剃度式浓度变化，讨论RTO入口浓度对去除效率的影响。基于上一结论，设定RTO运行炉温800℃，并以RTO炉设计处理能力12000Nm3/h，VOCs提供的平均热值为6523kcal/kg，计算RTO系统不需要外界提供热量的浓度为2.7g/m3，当进气浓度大于2.7g/m3时，为了防止RTO炉体热量持续上升，需打开旁路阀，将热量外泄，保证炉体温度恒定。在沼气和甲醇废液不同供热体系下，RTO去除效率随RTO入口废气浓度的变化趋势如图3所示。由图3可见，无论哪一种供热方式，当RTO焚烧炉入口有机废气浓度在1～5g/m3之间呈线性变化时，系统废气在氧化分解和吸附后的去除效率随入口废气浓度升高而升高，但是变化的幅度非常之小，系统去除效率基本保持在99%以上的高效率。调试结果一方面体现了沼气、甲醇不同供热系统因其燃烧机的高效率燃烧对RTO氧化分解效率并无影响，另一方面也说明了RTO入口浓度变化几乎不对RTO氧化分解的高效性、稳定性与可靠性造成影响，证明了整个处理系统稳定高效。当RTO入口废气浓度不大于8000mg/m3时，便可以满足浙江省《生物制药工业污染物排放标准》（DB33 923-2014）对非甲烷总烃的排放要求即80mg/m3。

3  工程应用情况

RTO系统处理能力保持在12000Nm3/h，正常运行参数内，不同工况下系统去除效率如表1。由表可见，在处理系统正式运行过程截取的四组处理数据，均体现系统的高效性、稳定性与可靠性，且整套系统从竣工验收至今一直用于生产，运行状况良好，处理效果优越。

4  经济性分析

蓄热室高温氧化炉因其所含蓄热体高热回收效率而大幅度节约能源，进而带来巨大的经济效益。浙江某制药厂车间正常生产期间，RTO入口废气总浓度在1～2.5g/m3之间，而RTO系统不需要外界提供热量的浓度为2.7g/m3，因此需要外界一直提供热量才能维持运行燃烧温度。按照RTO焚烧炉以每天工作24h、年运行300d，截取4个工况数据分别分析该工况下燃料消耗情况，并与天然气消耗进行比对，给出整个系统年平均节约能源以及带来的经济效益情况，见表2。表中可见，该项目利用厂区现有沼气和甲醇副产物，降低运行成本，以资源化、无害化的方式，在RTO不能自我维持情况下，相对使用天然气大大降低运行燃料成本近几十万，实现较高的经济效益。

5  结语

通过对浙江某药厂RTO处理系统调试及应用数据的分析得到如下结论。

（1）RTO炉膛温度达到800～850℃时为最佳，有机废气处理效率高达99%以上，炉膛长期运行温度为800℃。

（2）当RTO焚烧炉入口有机废气浓度在呈线性变化时，系统废气在氧化分解和吸附后的去除效率随入口废气浓度升高而升高，但是变化的幅度非常之小，系统去除效率基本保持在99%以上的高效率，证明了整个处理系统稳定高效。

（3）针对炉膛温度与入口浓度的调试分析，无论哪一种供热方式，均不影响RTO的高氧化分解效率。

（4）RTO焚烧炉处理有机废气效果好能耗低，利用厂房现有沼气与甲醇，资源综合利用，以无害化、资源化的方式实现较高的社会效益和经济效益，极大降低设备的运行费用。

参考文献

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