制药企业RTO系统堵塞原因分析和解决措施探讨

蒋腾飞，刘益荣,吴龙飞(.浙江普洛家园药业有限公司，浙江 东阳 8； .普洛药业股份有限公司，浙江 东阳 8；.东阳市远航环境监测有限公司，浙江 东阳 8)

0 引言

在当今社会经济快速发展的背景下，为达到经济高质量发展和美丽中国建设，满足人民日益增长的美好生活需要，国家对化工行业排放的挥发性有机废气提出了迫切的治理要求。生态环境部相继颁布了《挥发性有机物治理攻坚方案》《制药工业大气污染物排放标准》和《挥发性有机物无组织排放控制标准》等法规标准来强化治理。

1 VOCs废气处理方法

制药工业排放的VOCs废气产生量大，成分复杂，如何对有组织和无组织VOCs废气实施有效处理是制药企业面临的迫切问题。当前，制药工业中VOCs废气净化技术主要包括冷凝法、吸收法、吸附法、燃烧法、生物法、等离子法等[1]。对不具回收价值的VOCs废气治理，热氧化法是应用较广的处理方法，分为热力燃烧式、间壁式、蓄热式三种形式，其基本原理是VOCs组份与O2发生氧化反应，生成CO2、H2O。

2 蓄热式氧化技术

企业采用的三室蓄热式氧化炉主要由燃烧室、蓄热室、切换式提升阀组成，三个蓄热室中的蓄热材料选用陶瓷填料，可处理具有一定腐蚀性或含少量颗粒物的废气。蓄热式焚烧炉是把生产排出的有机废气温度提升到680～1 050 ℃，在此高温下使VOCs氧化分解成二氧化碳和水，大量热能从烟气中转移至蓄热体，用来加热下一次循环的待分解有机物[2]。三个蓄热室交替转换从而减少热量损耗，确保了RTO系统95%以上的热回收效率，VOCs净化效率达到99.5%以上。RTO系统具有安全性高、去除率高、热回收率高、自动化程度高等优点，做到环保无害化处理的同时有较高的经济性。

3 RTO系统堵塞物组分分析

制药工业RTO焚烧炉随着运行时间的累积，会出现系统负压变差，风机负荷变大，风量明显减小。正常运行时RTO系统进出口压差为4 000 Pa，随着堵塞的累积，压差会升至约7 000 Pa。同时RTO烟气排放口非甲烷总烃在线监测数据较正常值高了十几毫克每升。这种现象的原因为蓄热体堵塞和堵塞物影响了提升阀的密封性，导致微量废气未经处理溢出。为了保证RTO的有效处理能力和处理效果，需对RTO停机降温进入检查和清洗，从而影响了RTO系统的正常运行。

我们在一套RTO系统堵塞检查过程中进行了取样，分别在前置引风机表面处(样品1)、RTO系统蓄热体进口管道处(样品2)、RTO系统蓄热体出口管道处(样品3)进行取样分析，所取堵塞物样品采用105 ℃烘干恒重，烘干物质用定量的水溶解并用滤纸过滤，过滤完的滤纸在105 ℃烘干恒重，计算得样品1、样品2、样品3的可溶解性物质含量占比分别为88.17%、30.60%、53.40%。经初步讨论判断，堵塞物中含有大量的水溶解性盐，其中引风机处的盐占比相对较高，RTO系统进口处的盐较低。可能为车间废气中夹带盐分，或酸碱废气反应生产的盐与风机叶轮接触形成，RTO系统进口盐分降低可能是盐在热风的作用下部分被热分解导致，RTO系统出口中盐分出现了明显的增加，应该是燃烧后冷却形成的新形式的盐组分。

我们在两次RTO系统堵塞检查过程中取样的样品进行元素分析，样品经X-射线荧光光谱仪(能量色散型ED-XRF)检测主要元素结果如表1所示。

表1数据判断前置引风机中物质主要为含硫元素的盐。RTO系统进口处铝硅铁镁元素氧化物含量占比较高，达到约30%，多为陶瓷蓄热体氧化及设备表面磨损腐蚀掉落。RTO系统出口处铝硅元素氧化物含量占比明显下降，氯、硫元素显著升高，判断为部分硫酸盐和氯化物形成。

表1 堵塞物中元素含量的分析

我们对企业内另一套RTO系统堵塞情况进行检查分析，同样取RTO系统进口堵塞物进行分析，该样品呈土黄色，称取样品0.7 g溶于1 L水中，基本溶解且水溶液呈黄褐色。采用纳氏试剂分光光度法检测溶液中氨氮浓度，测得氨氮浓度为124 mg/L，采用原子吸收分光光度法检测得到三价铁浓度为15 mg/L，结合该套焚烧炉焚烧废气组分主要含盐酸、二氯甲烷、氨气等特性，推断RTO进口处堵塞物主要为氯化铵和氯化铁两种盐，组分比例大约为氯化铵占70%，氯化铁占30%。这也导致该套RTO设备在生产期间堵塞情况较为明显，酸气对废气设备腐蚀程度不可小视。

不同RTO系统处理的废气组分不同，堵塞情况、堵塞物的组成会有些变化，但也可以从进入RTO废气组分大致判断堵塞物的组分。

4 RTO系统堵塞原因分析

根据上述对堵塞物成分的分析，RTO燃烧室及陶瓷蓄热体堵塞的主要原因还是盐分的堵塞，综合考虑堵塞物形成的原因主要有以下四点：

(1)车间排放大量酸碱组分的废气进入RTO总管道，在总管中就发生酸碱反应形成盐，结合废气中的其他颗粒物附着在管壁、前置引风机、除雾器、阻火器、蓄热体下室体等部位。虽然RTO燃烧室或引风机前设置了除雾器，但总管风速很快，无法完全除去。酸碱和盐的存在导致总管和除雾器腐蚀严重，甚至RTO蓄热体都造成腐蚀剥落，大量铁、硅、铝等元素的剥落加剧了RTO蓄热体下室体的堵塞。

(2)污水处理系统产生的废气含有微量的粉尘及污泥颗粒(微生物)，污泥成分还含有机质、水、盐及磷等物质，进入RTO会附着在引风机表面，燃烧后无机物会黏附在陶瓷及燃烧室体表面。另外，污水处理厌氧段、兼氧段产生的废气中，不仅含甲烷气体，还有有机酸、大量的氨气、硫化氢等气体，高浓度时产生的盐及硫化物等极易引起RTO蓄热体进出口的堵塞。

(3)废气在RTO燃烧室内燃烧，有时废气的浓度及热值高时会使RTO上室体温度超温，即超过上限温度1 050 ℃，在超温坏境下会对陶瓷蓄热体进行破坏，破损的碎片会使堆积密度变大，减小废气通量导致风机负荷变大，系统负压变差。

(4)废气中含P、S及卤素气体经过RTO燃烧后会产生酸性气体，有的RTO系统设计了利用引风机引上室体高温废气进入燃烧室前端预热进气的功能，这部分酸性气体会对RTO燃烧室、烟气出口设备、引风机及燃烧室进口管道产生腐蚀，腐蚀反应产生的硫酸铁、氯化铁等会堆积在RTO室体及陶瓷蓄热体中。

5 减少RTO堵塞的措施

从上述堵塞原因分析，解决堵塞的措施主要是尽可能降低废气中的颗粒物含量、酸碱组分浓度、含卤废气浓度和稳定RTO运行温度等，可以从如下三个方面进行改善：

(1)梳理车间物料，进一步降低氨气、有机氮的废气进入RTO，进一步减少酸性气体和含卤素废气进入RTO。可通过对生产工艺的优化，对含物料进行替代、减量；通过冷媒系统的设计优化、升级改造增加酸碱物料回收率；增加车间酸碱废气预处理系统，优化尾气处理系统的运行效率等手段来实现。

(2)增强进入RTO前的尾气吸收塔的除雾效果，减少废气中水汽、盐分夹带。

(3)在RTO设计时考虑系统抗腐蚀性能，选择优良的管材、蓄热体材料等。废气进入RTO之前进行预热，可以减少湿气腐蚀，增加部分低熔点固体的挥发而减少堵塞。

6 结语

综上所述，为了保证RTO的长期有效稳定运行，需要在RTO前期设计上做好设备内结盐的优化处理，同时加强车间前端废气的预处理，减少废气中的水汽、盐分及颗粒物的夹带，减少会产生盐分的酸碱废气进入RTO系统。