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)性有機廢氣，通過組合噴淋系統(tǒng)和優(yōu)化設計參數(shù)，使一般特征污染因子的平均凈化效率達到95%以上，濃度遠低于《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297-1996）中的二級標準，熱回收效率達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)性有機廢氣的處理。
1引言
醫(yī)化行業(yè)在生產過程中會排放大量揮發(fā)性有機物（VOCs），其中大部分是有毒有害及惡臭類物質，控制不到位必將污染大氣環(huán)境，嚴重危害人體健康。由于醫(yī)化行業(yè)使用的有機溶劑種類多，排放物成分復雜且不穩(wěn)定，導致產生的廢氣處理難度大，一般的處理技術較難達到預期的處理效果，因此需要尋求一種凈化效率高、適用范圍廣的處理技術。
目前，VOCs的末端處理技術很多，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80%～90%，但有二次污染，且對非水溶性物質的凈化效率低；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90%以上，但如不再生回收，運行費用偏高，如再生回收則要求回收物質易脫附且有利用價值；催化氧化凈化效率較高，但催化劑費用昂貴，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，可以滿足嚴苛的處理要求。
2000年后，在引進消化國外RTO的基礎上，國內生產的RTO逐步應用于涂裝、印刷、化工等行業(yè)，但在醫(yī)化行業(yè)應用很少。本文討論將三室RTO應用于醫(yī)化廢氣的末端處理，取得了較好的環(huán)境和社會效益。
2工程設計
2.1項目概況
浙江某醫(yī)化企業(yè)主要從事原料藥及制劑的生產和銷售。在日常生產過程中，反應釜、離心機母液槽、真空泵、干燥機及儲罐等設備中都會產生廢氣，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)性有機物和少量氯化氫。
企業(yè)目前已經對車間產生的廢氣進行了收集，并計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)性有機組分中，部分含有不飽和鍵，因而會影響活性炭的脫附再生，而且由于廢氣成分復雜，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行處理處置，增加了企業(yè)負擔。對比活性炭吸附裝置，RTO適用于對該廢氣進行處理，因此企業(yè)決定新增一套RTO作為末端處理設施，并驗證了對該廢氣的凈化效果。
2.2設計條件
根據(jù)企業(yè)已經采取的收集措施，設計總風量為2萬m3/h。車間生產過程中，揮發(fā)性有機組分的濃度波動很大，其中甲醇、甲苯、二氯甲烷和丙酮的濃度相對較高，測定大部分時間總VOCs的濃度均高于1500mg/m3，有相當長的時間段高于2000mg/m3，個別數(shù)據(jù)甚至接近4000mg/m3。
2.3工藝設計
RTO的廢氣處理工藝流程圖見圖1。
車間產生的廢氣，預處理后由主引風機送1#堿洗塔，除去大部分氯化氫，以降低對后續(xù)設備的腐蝕；接著經阻火器，阻斷可能產生的回火，避免安全事故；再進入PP緩沖罐，緩沖罐起氣體混合、緩沖和泄爆作用；然后廢氣經鼓風機送RTO進行焚燒處理；焚燒后的廢氣通過水冷卻塔、2#堿洗塔，經降溫和除去酸性氣體后，由出口風機送排氣筒達標排放。在主引風機前的總管上安裝VOCs在線檢測儀，當檢測到廢氣進口濃度過高（超過5000ppm）時，通過閥門切換使廢氣由主引風機送活性炭吸附塔，經排氣筒應急排放。
其中，RTO采用三個蓄熱室，工藝流程圖見圖2。
廢氣經鼓風機送RTO后，先進入蓄熱室1的陶瓷蓄熱層（該陶瓷層已經把上一循環(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℃）后進入燃燒室；在燃燒室中，由PLC自動控制燃燒器并補充燃料，使廢氣進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循環(huán)加熱使用；處理后的尾氣離開蓄熱室2時，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的凈化效率達到98%以上。如此不斷地交替進行，一般情況下，RTO的排氣溫度高于進氣溫度不超過30℃～100℃，實現(xiàn)低溫達標排放。
2.4工程特點
（1）在廢氣進入RTO前，需盡量除去酸性氣體，減輕廢氣對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，在降低投資費用的同時提高RTO的使用壽命。
（2）由于大部分VOCs都是易燃易爆的氣體，所以在廢氣進入RTO前的總管上，距RTO足夠距離處設置VOCs可燃氣體在線檢測儀，用于測定廢氣的VOCs可燃氣體的濃度，給RTO前的閥門留有足夠的切換時間，確保進入RTO的VOCs可燃氣體濃度小于混合氣體爆炸下限的1/4[10]。在進入RTO的鼓風機前設置阻火器，防止回火；設置緩沖罐，起調節(jié)廢氣濃度兼具泄爆的功能。
（3）設計處理廢氣在RTO燃燒室停留時間不小于1.5s，爐膛燃燒溫度大于820℃，以確保RTO對VOCs具有較高的凈化效率。
（4）在廢氣進RTO前設置緩沖罐，混合廢氣使進氣濃度平穩(wěn)；設計RTO殼體內耐火保溫層厚度為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換過程中的吸熱放熱功能，可以使RTO進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行費用。
（6）在廢氣收集過程中盡量減少含氯廢氣進入RTO，并設計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間，確保廢氣在中溫區(qū)（300℃～500℃）的停留時間小于2s，減少二英類物質的產生。
3運行效果
將RTO用于該醫(yī)化企業(yè)的廢氣處理，經過一段時間調試后，該處理系統(tǒng)進入穩(wěn)定運行階段，浙江省環(huán)境監(jiān)測中心于2013年8月對廢氣處理設施進行了驗收監(jiān)測。監(jiān)測結果表明，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準》（GB16297-1996）中新污染源二級標準。VOCs類的監(jiān)測數(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)測部門也對出口的二英類進行了驗收監(jiān)測。二英類濃度平均值分別為0.019TEQng/m3和0.011TEQng/m3，遠低于《危險廢物焚燒污染控制標準》（GB18484-2001）中二英類的濃度標準限值0.5TEQng/m3。監(jiān)測結果見表3。
4經濟指標
RTO+噴淋系統(tǒng)的總投資費用約300萬元。
RTO+噴淋系統(tǒng)的總裝機容量97.5kW，運行功率為70.5kW，按70%的運行效率，0.7元/kW˙h的電價，則每日產生的電費為829.1元。系統(tǒng)正常運行后，日平均最大天然氣用量為300m3，按3.2元/m3
的天然氣價格，每日消耗的天然氣費用為960元/d；日消耗30%的液堿約150kg/d，按1000元/t的液堿價格，每日消耗的液堿費用為150元。
按年運行300天計，總運行費用約為58.17萬元/a。
5結論
（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，使處理后的廢氣達標排放，是一種值得推廣的醫(yī)化廢氣末端處理設備。
（2）RTO的熱回收效率高，在保持殼體外表溫度65℃以下的同時，將廢氣進出口溫差控制在30℃～120℃，可使熱回收效率達到95%以上，降低了運行費用。
（3）在廢氣存在含氯有機物時，通過優(yōu)化RTO的設計參數(shù)，盡量減少凈化后的廢氣在中溫區(qū)的時間，確保停留時間小于2s，使二英類平均排放濃度小于0.019TEQng/m3。
來源:《中國環(huán)保產業(yè)》 作者:滕富華 顧震宇等
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