滕富華，顧震宇，項(xiàng) 敏，陳哲銘，陸建海

（1.浙江省環(huán)境保護(hù)科學(xué)設(shè)計(jì)研究院，杭州 310007；2.杭州德龍科技有限公司，杭州 310011）

蓄熱式熱氧化爐處理醫(yī)化廢氣

滕富華1，顧震宇1，項(xiàng) 敏2，陳哲銘1，陸建海1

（1.浙江省環(huán)境保護(hù)科學(xué)設(shè)計(jì)研究院，杭州 310007；2.杭州德龍科技有限公司，杭州 310011）

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。

蓄熱式熱氧化爐；醫(yī)化行業(yè)；揮發(fā)性有機(jī)物；廢氣處理

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[1]，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[2]、低溫等離子[3]、光催化[4]、生物凈化[5]、吸附[6]、催化氧化[7]、鍋爐熱力焚燒[8]、蓄熱式熱氧化（RTO）[9]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。

圖1 廢氣處理工藝流程圖

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。

圖2 RTO工藝流程圖

RTO主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 RTO主要設(shè)計(jì)參數(shù)

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。

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。

表2 VOCs類監(jiān)測(cè)值

表3 二英類監(jiān)測(cè)值（出口）

表3 二英類監(jiān)測(cè)值（出口）

測(cè)試周期項(xiàng)目第1周期第2周期第1次第2次均值第3次第4次均值標(biāo)干廢氣量(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類濃度(TEQng/m3)0.0310.0070.0190.0100.0120.011

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。

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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：浙江省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2014F10010）。