滕富華，顧震宇，項 敏，陳哲銘，陸建海

（1.浙江省環(huán)境保護科學設(shè)計研究院，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 敏2，陳哲銘1，陸建海1

（1.浙江省環(huán)境保護科學設(shè)計研究院，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)性有機廢氣，通過組合噴淋系統(tǒng)和優(yōu)化設(shè)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。

蓄熱式熱氧化爐；醫(yī)化行業(yè)；揮發(fā)性有機物；廢氣處理

1 引言

醫(yī)化行業(yè)在生產(chǎn)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(zhì)，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(chǎn)生的廢氣處理難度大[1]，一般的處理技術(shù)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(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80%～90%，但有二次污染，且對非水溶性物質(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(zhì)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(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)境和社會效益。

2 工程設(shè)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(chǎn)和銷售。在日常生產(chǎn)過程中，反應(yīng)釜、離心機母液槽、真空泵、干燥機及儲罐等設(shè)備中都會產(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)性有機物和少量氯化氫。

企業(yè)目前已經(jīng)對車間產(chǎn)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(shè)施，并驗證了對該廢氣的凈化效果。

2.2 設(shè)計條件

根據(jù)企業(yè)已經(jīng)采取的收集措施，設(shè)計總風量為2萬m3/h。車間生產(chǎn)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(shè)計

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(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(jīng)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(jīng)排氣筒應(yīng)急排放。

其中，RTO采用三個蓄熱室，工藝流程圖見圖2。

廢氣經(jīng)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(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。

圖2 RTO工藝流程圖

RTO主要設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 RTO主要設(shè)計參數(shù)

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(shè)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(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(shè)置緩沖罐，混合廢氣使進氣濃度平穩(wěn)；設(shè)計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(shè)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(zhì)的產(chǎn)生。

3 運行效果

將RTO用于該醫(yī)化企業(yè)的廢氣處理，經(jīng)過一段時間調(diào)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(shè)施進行了驗收監(jiān)測。監(jiān)測結(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。

4 經(jīng)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(chǎn)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。

表2 VOCs類監(jiān)測值

表3 二英類監(jiān)測值（出口）

表3 二英類監(jiān)測值（出口）

測試周期項目第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

按年運行300天計，總運行費用約為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，使處理后的廢氣達標排放，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，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(shè)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。

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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：浙江省科技計劃項目（2014F10010）。