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        農(nóng)藥行業(yè)有機廢氣蓄熱焚燒爐RTO設(shè)計要點探討

        2022-11-25 09:50:18
        遼寧化工 2022年8期
        關(guān)鍵詞:焚燒爐廢氣有機

        張 旭

        (沈陽科創(chuàng)化學(xué)品有限公司,遼寧 沈陽 110143)

        1 農(nóng)藥行業(yè)廢氣特點

        我國是農(nóng)業(yè)大國,農(nóng)業(yè)對農(nóng)藥行業(yè)發(fā)展有一定的依賴,農(nóng)藥行業(yè)最近幾年產(chǎn)能也在不斷壯大,各種農(nóng)藥新品種也再不斷創(chuàng)新上市,但是,伴隨著農(nóng)藥行業(yè)的快速發(fā)展,農(nóng)藥行業(yè)的三廢排放也困擾束縛著企業(yè)的發(fā)展,尤其是廢氣的排放問題尤為突出,此前農(nóng)藥行業(yè)污染的重點在廢水和固廢,廢氣經(jīng)常被人忽視,隨著我國大氣質(zhì)量的下降,人們對PM2.5的關(guān)注,農(nóng)藥行業(yè)的廢氣排放一時成為眾矢之的,農(nóng)藥行業(yè)廢氣治理也成為公眾關(guān)注的焦點。

        農(nóng)藥生產(chǎn)屬于精細化工范疇,涉及化工單元操作廣,反應(yīng)步驟多,間歇操作,大量使用易揮發(fā)、易燃易爆的有機溶劑,比如甲醇、乙醇、甲苯、苯、石油醚、乙酸乙酯、氯代烷烴等,所以,在各個單元反應(yīng)以及化工單元操作時,均會有揮發(fā)性有機廢氣排出,廢氣成分復(fù)雜,包含有機物、無機物及粉塵,針對不同的廢氣組成需要采用不同的處理方法,目前工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較多的有吸收法、冷凝法、吸附法、熱破壞法等[1]。由于農(nóng)藥生產(chǎn)過程中廢氣量較大,濃度較高,污染物成分多為易揮發(fā)有機溶劑以及閾值較低的惡臭氣體,所以,一些吸收、吸附的方法、光催化法不能保證處理效果和達標(biāo),所以焚燒法是最佳選擇,而蓄熱式焚燒爐其處理效率更高以及其節(jié)能的特點,使其在農(nóng)藥企業(yè)廢氣治理過程中得到廣泛應(yīng)用。

        2 蓄熱式焚燒爐工作原理

        蓄熱式焚燒爐RTO 的工作原理:把有機廢氣在燃燒室內(nèi)加熱升溫至760 ℃以上,停留時間大于0.75 s,使廢氣中的VOCs 氧化分解,成為無害的CO2和H2O;氧化時的高溫氣體的熱量被蓄熱體“貯存”起來,用于預(yù)熱新進入的有機廢氣,這樣廢氣在切換閥的作用下,周而復(fù)始的在蓄熱體內(nèi)進行熱量交換,從而節(jié)省升溫所需要的燃料消耗,降低運行成本。

        RTO 多應(yīng)用在處理風(fēng)量較大、中低濃度的有機廢氣,處理VOCs 濃度范圍在(1 000~5 000)×10-6。當(dāng)VOCs 質(zhì)量濃度高于2 000 mg·m-3時,不需添加輔助燃料,可以達到自熱平衡運行,VOCs 去除率高達97%~99%,熱回收率大于95%[2]。

        目前蓄熱式焚燒爐產(chǎn)品多為雙床和多床RTO,主流產(chǎn)品為三室式RTO。三室式RTO 爐在處理效率和經(jīng)濟性要求都可以得到滿足。工程上,三室式RTO 處理VOCs 廢氣量范圍一般在80 000 Nm3·h-1以內(nèi)。

        3 工藝設(shè)計

        在農(nóng)藥行業(yè)廢氣處理過程中,針對不同廢氣成分,所選的處理工藝也就不同,RTO 系統(tǒng)同樣面臨著將各個處理過程與蓄熱式焚燒爐系統(tǒng)有機的組合在一起,所以,工藝流程的選擇十分關(guān)鍵,只有合理的工藝流程,才能保證RTO 系統(tǒng)運行的穩(wěn)定。

        由于農(nóng)藥生產(chǎn)過程中排放的廢氣不僅含有大量的揮發(fā)性有機物,而且還含有大量的無機成分,其中包括氯化氫、硫化氫、氨氣、二氧化硫等,并且在投料、干燥等過程夾帶粉塵顆粒。蓄熱式焚燒爐RTO 采用的燃燒法,主要針對揮發(fā)性有機物的去除,爐內(nèi)裝有陶瓷蓄熱體進行回收熱量,粉塵顆粒易堵塞蓄熱體,影響廢氣通過蓄熱體,所以,需要預(yù)處理將去除粉塵可以以及無機成分。農(nóng)藥企業(yè)廢氣進入蓄熱式焚燒爐RTO 系統(tǒng)前的一般原則:①需要廢氣前處理,鹽酸、硫化氫、二氧化硫等酸式氣體車間內(nèi)采取水吸收和堿吸收后才可以引入RTO,避免對后續(xù)設(shè)備和爐柵造成腐蝕;②廢氣中含有氨氣的,必須在產(chǎn)生車間內(nèi)采用多級水吸收后排出,由于RTO 運行溫度在790~850 ℃,氨氣不能被氧化分解,氨氣會與爐內(nèi)氧化分解后的酸式氣體二氧化硫、二氧化碳、氯化氫結(jié)合,在蓄熱體低溫段形成銨鹽,造成蓄熱體堵塞,導(dǎo)致系統(tǒng)阻力增加,嚴(yán)重制約系統(tǒng)的連續(xù)溫度運行;③含氯代烷烴的廢氣不宜采用RTO 焚燒,RTO噁焚燒易產(chǎn)生二 英;④含大量粉塵、焦油顆粒、易聚合物質(zhì)的廢氣不能進入RTO 焚燒;⑤廢氣濃度較高時,需設(shè)置氮封、深冷、碳纖維吸附前處理,處理后方可排入。

        農(nóng)藥企業(yè)RTO 系統(tǒng)工藝流程為:混合后的廢氣先進入水封罐,通過風(fēng)機送入水洗塔洗滌,洗滌后的廢氣通過氣液分離器除去水分后廢有機廢氣進入RTO 設(shè)備,吸收蓄熱陶瓷的熱量升溫,在燃燒室被高溫氧化,分解成CO2、H2O 等。凈化后的廢氣先后進入冷卻塔及堿液洗滌塔降溫并除酸,經(jīng)煙囪排入大氣。RTO 檢修、故障、氣體濃度過高時,廢氣進入旁通廢氣治理系統(tǒng),廢氣旁通采用活性炭吸附罐吸附后通過煙囪排放。

        4 廢氣收集設(shè)計

        廢氣排放來源多分布在物料儲罐區(qū)、蒸餾、精餾過程、副反應(yīng)產(chǎn)生氣體、真空泵排氣、壓濾烘干以及污水處理等過程。

        罐區(qū)儲罐采用氮封設(shè)計進行廢氣控制,設(shè)置氮封壓力2 kPa,廢氣排放采用呼吸閥,呼吸閥壓力設(shè)置3 kPa,需設(shè)置阻火器和水封罐,以保證整個儲罐系統(tǒng)與焚燒系統(tǒng)的有效隔離。

        生產(chǎn)車間廢氣按組成進行分類收集,確保廢氣混合不相互發(fā)生反應(yīng),在裝置界區(qū)處設(shè)置水封和阻火器,并且,安裝VOCS 濃度和LEL 爆炸下限監(jiān)測儀,設(shè)置旁路,防止由于生產(chǎn)車間有機廢氣的突發(fā)性濃度異常,給RTO 帶來安全風(fēng)險。

        污水池廢氣收集,多采用加蓋收集方式,一般為玻璃鋼拱形蓋以及反吊膜兩種加蓋方式,廢水池廢氣經(jīng)過堿性洗滌除水后與其他生產(chǎn)車間廢氣混合后進入RTO 系統(tǒng)。

        農(nóng)藥行業(yè)廢氣成分復(fù)雜,易燃易爆,含有腐蝕性,廢氣輸送管道材質(zhì)的選擇要考慮腐蝕和靜電兩個主要因素,一般采用316L 不銹鋼金屬管道或者玻璃鋼石墨復(fù)合管道,其中采用防靜電設(shè)計,管道流速不宜過快,最好小于10 m·s-1;并且設(shè)計收集管道為負壓運行,考慮壓力平衡,安裝壓力變送器進行監(jiān)控,防止各單元間廢氣亂竄;同時,廢氣輸送管道應(yīng)在管道拐彎處加泄爆片[3],泄爆片壓力設(shè)置20 kPa,確保管道輸送的安全。廢氣管道要設(shè)置排凝導(dǎo)淋裝置,以防止管道積液,夏天管道積液,隨著溫度的升高,會加速有機物的揮發(fā),會使進氣濃度升高,帶來安全問題;冬季管道積液,尤其廢氣含水較多,會堵塞管道,影響廢氣輸送。

        5 RTO 蓄熱爐的設(shè)計

        5.1 燃燒室

        根據(jù)2020年1月14日中國生態(tài)環(huán)境部頒布HJ1093—2020《蓄熱燃燒法工業(yè)有機廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定,燃燒室溫度高于760 ℃,廢氣在燃燒室停留時間不少于0.75 s;兩室RTO 凈化效率不低于95%,多室RTO 凈化效率不低于98%;設(shè)計氣量按105%進行設(shè)計。但是,為了更好地凈化效率,實際RTO 燃燒溫度應(yīng)按820 ℃進行設(shè)計,停留時間大于1.5 s 進行設(shè)計[4]。同時需要配備燃燒器,輔助燃料為天然氣或柴油,提供熱量滿足蓄熱焚燒裝置進出口氣體溫度差的要求。

        5.2 材質(zhì)選擇

        爐體采用8 mm 碳鋼板連續(xù)焊接制作,內(nèi)襯陶瓷纖維保溫,按1 200 ℃進行設(shè)計;農(nóng)藥生產(chǎn)過程中排放的廢氣含有大量有機硫化物,有機鹵化物,高溫氧化分解為二氧化硫、氯化氫等腐蝕性氣體,所以,蓄熱爐爐柵材質(zhì)的選擇十分重要,一般多選用2205 雙相不銹鋼材質(zhì),雙相不銹鋼具有優(yōu)良的耐氯化物、晶間腐蝕性能。

        5.3 蓄熱室

        蓄熱室設(shè)計要求:熱回收率大于90%,進出口溫差不大于60 ℃,系統(tǒng)阻力小于3 000 Pa,蓄熱室截面流速小于2 m·s-1;蓄熱體一般選用蜂窩和MLM陶瓷填料兩種中的一種;蓄熱體比熱容不低于750 J·kg-1·K-1,短時間可承受1 200 ℃沖擊,使用壽命40 000 h;蓄熱室蓄熱體按照鞍環(huán)及蜂窩或MLM組合設(shè)計, 散堆的鞍環(huán)填料起到分布氣體的作用。

        5.4 切換閥

        切換閥是蓄熱式焚燒爐的核心部件,需要考慮腐蝕、切換時間、密封及泄露量等問題。RTO 切換閥之前一直采用氣動蝶閥,但是,隨著提升閥產(chǎn)品的出現(xiàn),氣動蝶閥被提升閥所替代,提升閥分為豎直和水平提升閥兩種,宜選用水平式提升閥,提升閥材質(zhì)與爐柵材質(zhì)相同,均需選用2205 雙相不銹鋼,閥室底部需要設(shè)置排凝導(dǎo)淋設(shè)施。

        6 安全設(shè)計

        6.1 LEL 爆炸下限設(shè)置

        農(nóng)藥生產(chǎn)排放的廢氣多數(shù)為易燃易爆氣體,嚴(yán)格控制進入蓄熱式熱氧化爐的廢氣濃度,RTO 爐入口濃度必須低于爆炸下限LEL 的25%,是預(yù)防爆炸事故最有效、最直接的辦法,是本質(zhì)安全措施,所以RTO 系統(tǒng)需要設(shè)置LEL 監(jiān)測儀,分為PID、FID、FTA 等方法,F(xiàn)TA 氫氣火焰溫度監(jiān)測儀最為穩(wěn)定。LEL 監(jiān)測儀設(shè)置的位置需要考慮輸送管道直徑、長度、輸送氣量,閥門切斷時間,LEL 監(jiān)測儀的響應(yīng)時間,所以需要設(shè)置在足夠遠的距離,或設(shè)置緩沖罐,給濃度檢測儀及閥門動作留下足夠響應(yīng)時間,體積要合理設(shè)置[5]。

        6.2 新鮮風(fēng)稀釋閥門

        RTO 必須設(shè)置新風(fēng)閥門, 開車采用新鮮風(fēng)開車,同時設(shè)置吹掃風(fēng)機;對于高濃度廢氣, 需要配備稀釋風(fēng)機或稀釋新風(fēng)口,將廢氣濃度稀釋到爆炸下限LEL25%以下。

        6.3 緊急釋放

        第一,熱旁通閥設(shè)置,進入RTO 的廢氣濃度波動時,造成爐內(nèi)溫度的驟然升高,RTO 設(shè)置熱旁通閥泄放高溫及泄壓,避免安全事故;第二,泄爆片設(shè)置,在廢氣輸送管道以及RTO 進氣閥室設(shè)置泄爆片,降低爆炸事故帶來的損失。

        6.4 安全聯(lián)鎖及UPS

        RTO 采用PLC 或DCS 控制,關(guān)鍵設(shè)備安全儀表系統(tǒng)應(yīng)不低于SIL1 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,按需要選擇氣動閥門;配置UPS 應(yīng)急電源和壓縮空氣緩沖罐,保證停電狀態(tài)下,安全停車;合理設(shè)置安全聯(lián)鎖,例如濃度高,切斷進風(fēng)機,系統(tǒng)離線;溫度高,打開稀釋風(fēng)閥,打開熱旁通等。

        7 尾氣處理

        RTO 排放的煙氣主要成分為二氧化硫、氯化氫等酸式氣體,需要采取兩級堿性洗滌塔進行吸收;第一級為冷卻塔,主要起降溫作用,第二級主要起吸收作用,由于RTO 反洗、超溫時煙氣溫度較高,第一級洗滌塔多采用2205 材質(zhì)設(shè)備,第二級堿洗塔可選用玻璃鋼材質(zhì),洗滌塔可設(shè)置填料,也可以不設(shè)置填料,以噴淋密度保證洗滌塔的處理效果。

        8 結(jié)束語

        綜上所述,蓄熱式熱氧化爐在農(nóng)藥行業(yè)應(yīng)用廣泛,本文結(jié)合工程實例以及切身經(jīng)驗,針對農(nóng)藥行業(yè)廢氣特點、蓄熱式熱氧化爐工作原理、農(nóng)藥行業(yè)RTO 系統(tǒng)典型工藝路線、安全控制以及其他設(shè)計要點進行詳細的分析和說明,希望能對蓄熱式熱氧化爐系統(tǒng)設(shè)計有所幫助。

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