摘要：采用蓄熱式熱氧化爐（RTO）處理醫(yī)化行業(yè)排放的揮發(fā)性有機(jī)廢氣，通過組合噴淋系統(tǒng)和優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，使一般特征污染因子的平均凈化效率達(dá)到95%以上，濃度遠(yuǎn)低于《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16297-1996）中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，熱回收效率達(dá)95%以上；含氯元素廢氣處理后的尾氣中，二英濃度小于0.019TEQng/m3，表明RTO適用于醫(yī)化行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)廢氣的處理。
1引言
醫(yī)化行業(yè)在生產(chǎn)過程中會(huì)排放大量揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs），其中大部分是有毒有害及惡臭類物質(zhì)，控制不到位必將污染大氣環(huán)境，嚴(yán)重危害人體健康。由于醫(yī)化行業(yè)使用的有機(jī)溶劑種類多，排放物成分復(fù)雜且不穩(wěn)定，導(dǎo)致產(chǎn)生的廢氣處理難度大，一般的處理技術(shù)較難達(dá)到預(yù)期的處理效果，因此需要尋求一種凈化效率高、適用范圍廣的處理技術(shù)。
目前，VOCs的末端處理技術(shù)很多，有吸收、低溫等離子、光催化、生物凈化、吸附、催化氧化、鍋爐熱力焚燒、蓄熱式熱氧化（RTO）等。吸收法的凈化效率可達(dá)80%～90%，但有二次污染，且對(duì)非水溶性物質(zhì)的凈化效率低；低溫等離子、光催化和生物法一般僅適用于低濃度廢氣的處理；吸附法凈化效率可達(dá)90%以上，但如不再生回收，運(yùn)行費(fèi)用偏高，如再生回收則要求回收物質(zhì)易脫附且有利用價(jià)值；催化氧化凈化效率較高，但催化劑費(fèi)用昂貴，且廢氣中不能有使催化劑失活的成分；鍋爐熱力焚燒凈化效率高，但需依托鍋爐，使用場(chǎng)合受限制；RTO的凈化效率和熱回收效率高，適用性廣，可以滿足嚴(yán)苛的處理要求。
2000年后，在引進(jìn)消化國外RTO的基礎(chǔ)上，國內(nèi)生產(chǎn)的RTO逐步應(yīng)用于涂裝、印刷、化工等行業(yè)，但在醫(yī)化行業(yè)應(yīng)用很少。本文討論將三室RTO應(yīng)用于醫(yī)化廢氣的末端處理，取得了較好的環(huán)境和社會(huì)效益。
2工程設(shè)計(jì)
2.1項(xiàng)目概況
浙江某醫(yī)化企業(yè)主要從事原料藥及制劑的生產(chǎn)和銷售。在日常生產(chǎn)過程中，反應(yīng)釜、離心機(jī)母液槽、真空泵、干燥機(jī)及儲(chǔ)罐等設(shè)備中都會(huì)產(chǎn)生廢氣，廢氣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、異丙醇、2-甲基四氫呋喃等揮發(fā)性有機(jī)物和少量氯化氫。
企業(yè)目前已經(jīng)對(duì)車間產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行了收集，并計(jì)劃采用活性炭吸附裝置作為末端處理手段。但由于廢氣的揮發(fā)性有機(jī)組分中，部分含有不飽和鍵，因而會(huì)影響活性炭的脫附再生，而且由于廢氣成分復(fù)雜，即使能夠再生回收，也無可利用性，回收的物料還需要作為危廢進(jìn)行處理處置，增加了企業(yè)負(fù)擔(dān)。對(duì)比活性炭吸附裝置，RTO適用于對(duì)該廢氣進(jìn)行處理，因此企業(yè)決定新增一套R(shí)TO作為末端處理設(shè)施，并驗(yàn)證了對(duì)該廢氣的凈化效果。
2.2設(shè)計(jì)條件
根據(jù)企業(yè)已經(jīng)采取的收集措施，設(shè)計(jì)總風(fēng)量為2萬m3/h。車間生產(chǎn)過程中，揮發(fā)性有機(jī)組分的濃度波動(dòng)很大，其中甲醇、甲苯、二氯甲烷和丙酮的濃度相對(duì)較高，測(cè)定大部分時(shí)間總VOCs的濃度均高于1500mg/m3，有相當(dāng)長的時(shí)間段高于2000mg/m3，個(gè)別數(shù)據(jù)甚至接近4000mg/m3。
2.3工藝設(shè)計(jì)
RTO的廢氣處理工藝流程圖見圖1。
車間產(chǎn)生的廢氣，預(yù)處理后由主引風(fēng)機(jī)送1#堿洗塔，除去大部分氯化氫，以降低對(duì)后續(xù)設(shè)備的腐蝕；接著經(jīng)阻火器，阻斷可能產(chǎn)生的回火，避免安全事故；再進(jìn)入PP緩沖罐，緩沖罐起氣體混合、緩沖和泄爆作用；然后廢氣經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)送RTO進(jìn)行焚燒處理；焚燒后的廢氣通過水冷卻塔、2#堿洗塔，經(jīng)降溫和除去酸性氣體后，由出口風(fēng)機(jī)送排氣筒達(dá)標(biāo)排放。在主引風(fēng)機(jī)前的總管上安裝VOCs在線檢測(cè)儀，當(dāng)檢測(cè)到廢氣進(jìn)口濃度過高（超過5000ppm）時(shí)，通過閥門切換使廢氣由主引風(fēng)機(jī)送活性炭吸附塔，經(jīng)排氣筒應(yīng)急排放。
其中，RTO采用三個(gè)蓄熱室，工藝流程圖見圖2。
廢氣經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)送RTO后，先進(jìn)入蓄熱室1的陶瓷蓄熱層（該陶瓷層已經(jīng)把上一循環(huán)的熱量“貯存”起來），陶瓷釋放熱量溫度降低，使廢氣升至較高的溫度（約700℃）后進(jìn)入燃燒室；在燃燒室中，由PLC自動(dòng)控制燃燒器并補(bǔ)充燃料，使廢氣進(jìn)一步升溫并維持污染物氧化所需溫度（760℃～800℃），并留有足夠的停留時(shí)間（不小于1.5s），將廢氣中的VOCs充分氧化成CO2和H2O；氧化后的高溫尾氣離開燃燒室進(jìn)入蓄熱室2，釋放熱量使尾氣溫度降低后離開RTO，而蓄熱室2的陶瓷吸熱升溫，“貯存”大量的熱量用于下個(gè)循環(huán)加熱使用；處理后的尾氣離開蓄熱室2時(shí)，引回一部分干凈尾氣清掃吹掃蓄熱室3，使蓄熱室3殘存的廢氣重新返回燃燒室處理，使VOCs的凈化效率達(dá)到98%以上。如此不斷地交替進(jìn)行，一般情況下，RTO的排氣溫度高于進(jìn)氣溫度不超過30℃～100℃，實(shí)現(xiàn)低溫達(dá)標(biāo)排放。
2.4工程特點(diǎn)
（1）在廢氣進(jìn)入RTO前，需盡量除去酸性氣體，減輕廢氣對(duì)RTO的腐蝕，蓄熱室爐柵采用耐溫防腐澆注材料整體澆注而成，在降低投資費(fèi)用的同時(shí)提高RTO的使用壽命。
（2）由于大部分VOCs都是易燃易爆的氣體，所以在廢氣進(jìn)入RTO前的總管上，距RTO足夠距離處設(shè)置VOCs可燃?xì)怏w在線檢測(cè)儀，用于測(cè)定廢氣的VOCs可燃?xì)怏w的濃度，給RTO前的閥門留有足夠的切換時(shí)間，確保進(jìn)入RTO的VOCs可燃?xì)怏w濃度小于混合氣體爆炸下限的1/4[10]。在進(jìn)入RTO的鼓風(fēng)機(jī)前設(shè)置阻火器，防止回火；設(shè)置緩沖罐，起調(diào)節(jié)廢氣濃度兼具泄爆的功能。
（3）設(shè)計(jì)處理廢氣在RTO燃燒室停留時(shí)間不小于1.5s，爐膛燃燒溫度大于820℃，以確保RTO對(duì)VOCs具有較高的凈化效率。
（4）在廢氣進(jìn)RTO前設(shè)置緩沖罐，混合廢氣使進(jìn)氣濃度平穩(wěn)；設(shè)計(jì)RTO殼體內(nèi)耐火保溫層厚度為240mm，材料為硅酸鋁耐火纖維，使RTO殼體外表溫度不大于65℃。
（5）陶瓷蓄熱層起到氣流定期轉(zhuǎn)換過程中的吸熱放熱功能，可以使RTO進(jìn)出口廢氣的平均溫差控制在30℃~100℃，降低排煙溫度，減少RTO的能源消耗以降低運(yùn)行費(fèi)用。
（6）在廢氣收集過程中盡量減少含氯廢氣進(jìn)入RTO，并設(shè)計(jì)RTO具有合理的蓄熱室尺寸，縮短燃燒后的高溫廢氣在釋放熱量降溫過程中的時(shí)間，確保廢氣在中溫區(qū)（300℃～500℃）的停留時(shí)間小于2s，減少二英類物質(zhì)的產(chǎn)生。
3運(yùn)行效果
將RTO用于該醫(yī)化企業(yè)的廢氣處理，經(jīng)過一段時(shí)間調(diào)試后，該處理系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段，浙江省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心于2013年8月對(duì)廢氣處理設(shè)施進(jìn)行了驗(yàn)收監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，特征污染因子的平均凈化效率大部分都在95%以上，滿足《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16297-1996）中新污染源二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。VOCs類的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見表2。
由于企業(yè)使用大量的二氯甲烷，環(huán)境監(jiān)測(cè)部門也對(duì)出口的二英類進(jìn)行了驗(yàn)收監(jiān)測(cè)。二英類濃度平均值分別為0.019TEQng/m3和0.011TEQng/m3，遠(yuǎn)低于《危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18484-2001）中二英類的濃度標(biāo)準(zhǔn)限值0.5TEQng/m3。監(jiān)測(cè)結(jié)果見表3。
4經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
RTO+噴淋系統(tǒng)的總投資費(fèi)用約300萬元。
RTO+噴淋系統(tǒng)的總裝機(jī)容量97.5kW，運(yùn)行功率為70.5kW，按70%的運(yùn)行效率，0.7元/kW˙h的電價(jià)，則每日產(chǎn)生的電費(fèi)為829.1元。系統(tǒng)正常運(yùn)行后，日平均最大天然氣用量為300m3，按3.2元/m3
的天然氣價(jià)格，每日消耗的天然氣費(fèi)用為960元/d；日消耗30%的液堿約150kg/d，按1000元/t的液堿價(jià)格，每日消耗的液堿費(fèi)用為150元。
按年運(yùn)行300天計(jì)，總運(yùn)行費(fèi)用約為58.17萬元/a。
5結(jié)論
（1）RTO適于處理中低濃度的醫(yī)化廢氣，適用范圍廣，具有很好的凈化效率，特征污染因子的平均凈化效率一般都在95%以上，使處理后的廢氣達(dá)標(biāo)排放，是一種值得推廣的醫(yī)化廢氣末端處理設(shè)備。
（2）RTO的熱回收效率高，在保持殼體外表溫度65℃以下的同時(shí)，將廢氣進(jìn)出口溫差控制在30℃～120℃，可使熱回收效率達(dá)到95%以上，降低了運(yùn)行費(fèi)用。
（3）在廢氣存在含氯有機(jī)物時(shí)，通過優(yōu)化RTO的設(shè)計(jì)參數(shù)，盡量減少凈化后的廢氣在中溫區(qū)的時(shí)間，確保停留時(shí)間小于2s，使二英類平均排放濃度小于0.019TEQng/m3。
來源:《中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)》 作者:滕富華 顧震宇等
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