浅析RTO焚烧炉在制药行业有机废气治理的应用

发布时间：2018-01-05 22:44:00 点击：

摘要：制药行业废气中成分复杂，含苯、甲苯、乙醇、乙酸乙酯、氯化氢等。其中苯环和卤素，在400℃左右条件下，容易产生二噁英，二噁英这类物质非常稳定，熔点较高，极难溶于水，是无色无味的脂溶性物质，所以非常容易在生物体内积累，对人体危害严重。二噁英、以及酸性气体的腐蚀问题为制药行业区别与其它行业的重点。

1、项目背景

以浙江某制药厂为例：废气最大风量20000Nm3/h，废气浓度约2000mg/m3。主要成分如下：乙酸、甲苯、DMF、氯仿、乙酸乙酯、甲醇、N-甲基哌嗪、四氢呋喃、丙酮、二氯甲烷、苯、乙腈、环己烷、异丙酮、二甲基亚砜、甲基异丁基酮、三乙胺、氯化氢、一氯甲烷、醋酸、氨等成分。

2、工艺选择

废气属于小风量、中浓度废气，大部分为有机废气，含有部分酸性气体，采用较为合理的工艺为：洗涤+RTO焚烧炉+洗涤。对于二噁英在RTO焚烧炉中是无法避免的，但二噁英可以在温度高于850摄氏度且燃烧时间大于1S或者温度高于800摄氏度且燃烧时间大于2S时就可以分解掉，苯环被破坏掉后就不会有二噁英产生，即其反应是不可逆的，所以我们的炉膛设计燃烧温度是850摄氏度且燃烧时间在2S以上。

3、工艺流程图

RTO焚烧炉原理：蓄热式热氧化炉，专业处理有机废气，使有机废气在高温环境里分解干净，分解率达到98%以上，最终使废气排放符合国家环保标准。此热氧化炉使用两个固定的热交换媒介床，热交换媒介使用的是蓄热陶瓷，来自生产线的废气经过一个热陶瓷媒介床后被加热;到炉膛后燃烧的高温气体将另一个热交换媒介床加热，如此两个热交换媒介床互相切换，蓄热后去加热低温废气。热交换效率达到95%以上，很容易利用有机废气实现氧化炉的自我维持，而不用任何燃料。为了提高废气处理效率，我们采用了3塔式RTO。

4、设备介绍

4.1蓄热式氧化炉

RTO装置燃烧室中有机物被降解的反应方程式如下：

RTO焚烧炉设备是在吸收德美技术的基础上自主开发的三床式RTO设备，该系统主要由燃烧室、3组结构相同的蓄热床和3个气动切换进气阀，3个气动排气切换阀以及3个气动清吹切换阀组成，9个气动切换阀自动切换，切换周期1~6min，由时间来控制，若出气温度超过设定值，会强制切换。蓄热床内填充规整蜂窝陶瓷蓄热体，其主要材质为致密堇青石，具有优良的耐酸、碱和有机介质腐蚀性、蓄热效果好、热回收效率高、过风阻力小、热胀冷缩系数小，抗裂性能好，寿命长等优点。设备内部内衬300mm以上的耐高温陶瓷纤维保温材料，充分保证设备表面温度低于国家标准，同时可有效防止气体和钢构件接触。气动切换阀均采用知名品牌气动执行器，其中，气动切换阀体采用双相不锈钢材质，切换稳定，使用寿命长，正常工作可切换1000万次。防止与炉体钢板接触部分腐蚀问题，凡与废气接触部分衬防腐涂料，喷涂材料耐高温，可以保证炉体的较长使用寿命，在日常维护过程中，如果有涂层脱落，需要及时的补修，防止大面积氧化。

4.2碱洗净化塔

碱洗净化塔具有阻力小、能耗省、噪音低、处理效率高，能处理氯化氢气体、氟化氢气体、氨气雾、铬酸雾、氰氢酸气体、碱蒸气、硫化氢气体等气体的新型净化塔，它具有净化效率高、占地面积小、耐腐蚀、耐老化性能好，重量轻的特点。它适用于排放一定浓度的腐蚀性酸雾气体，主要用于化工、电子、医院、研究中心等场所。

工作原理：需处理的废气，由玻璃钢离心风机压入净化塔之进气段后，垂直向上与喷淋段自上而下的液体发生吸收反应，使废气浓度降低，然后继续向上进入填料段，废气在塑料球打滚再与吸收液起中和反应，使废气浓度进一步降低后进入脱水器，净化后的气体排出大气。经测定分析，硫酸雾净化效率可达93%，硝酸净化效率可达90%，盐酸雾净化效率可达98%、对酸雾净化性达到国内先进水平。碱洗净化塔为圆筒型结构形式，全塔由三部份组成，即贮液、进气、喷淋、脱水和出气，出口管连接，塑料球分别装在喷淋内。碱洗净化塔为玻璃钢一体成型，结构紧凑、耐腐蚀，耐高温、外表光滑;除水部份离式产生水气分离;喷水部：高压喷水产生雾状，分上下两段扩大接触处理提高功能;填充物：梅花环或鲍尔环，PP质一体成型需有防溢水排放管;观察窗：5mm厚透明压克力板制;

5、RTO安全方面设计

A.管道内起火对车间的影响：管道内的爆炸，大部分都来源于管道内有大量有机积液突然挥发，再遇上静电而产生的。输送腐蚀性气体的管道比较难做防静电设施，只能降低风速，设计在8米/秒以下的风速比较适合。

B.RTO焚烧炉失火对车间的影响：RTO炉膛内的明火很难进入车间过来的管道，因为有2米高左右的蓄热陶瓷，蓄热体本身就是很好的阻火器。在管道前端可以安装阻火器，进一步保障生产车间内的安全。

C.RTO区域内的爆炸：RTO在点火前要进行吹扫，吹扫的目的是将残留在RTO管道和炉膛内的有机物清理干净，避免点火时引爆。RTO入口处有浓度检测仪，响应时间在5秒左右，所以浓度检测仪的安装位置比较重要，且要做缓冲罐，当检测到废气浓度高报警，新风风门会自动打开进行浓度稀释;若废气浓度高会报警，则RTO切断与生产线间的联机，废气直接旁通到烟囱。现实生产中做多少措施也无法100%避免爆炸，所以在适当的位置加泄爆装置，比如RTO炉膛顶部有泄爆门，此泄爆门可以靠自重关闭，泄爆后不会影响RTO的正常运行;缓冲罐上有泄爆片。有这些泄爆措施，即使发生爆炸，也会把爆炸的损失降到最低。

D.应急停电系统设计：RTO焚烧炉非常害怕突然停电，炉膛内的高温无法快速散去，导致很多防腐材料或者其他设备被高温损坏。我们设计了一台应急压缩空气储气罐、UPS和手自动控制的泄爆门，一旦突然停电，UPS和应急压缩空气储气罐会将所有风门打到安全位置，比如新风风门开启，吹扫风门开启，泄爆门打开等等;应急压缩空气会进入燃烧器管道，避免高温烟气从燃烧器泄露出来，导致点火管路的危险和损坏燃烧器。但压缩空气罐仅能支撑15到20分钟左右，甲方需要配置备用电源给压缩空气或助燃风机。

E.针对RTO焚烧炉出口有洗涤塔的系统高温保护：RTO出口接洗涤塔，若洗涤塔是玻璃钢材质，则RTO出口温度需要控制在100摄氏度以下，若超过100摄氏度，RTO自动切断与生产线之间的联机，工艺废气直接进入烟囱。

G.炉膛温度过高保护：炉膛内有2支热电偶，每支热电偶都是双支的，如果一支出现问题，还有一支备用，保证炉膛内温度控制均匀。炉膛温度不能超过980摄氏度，否则内部的蓄热陶瓷和陶瓷纤维组块的使用寿命会受影响，当炉膛温度超过一定值时，燃油管路的双电磁阀会自动关闭，避免柴油泄漏进入炉膛。炉膛温度再高就要打开新风风门去降温，当炉膛温度发生高高报警，RTO自动切断与生产线的联机，工艺废气直接进入烟囱。

6、RTO

运行过程首次开机时，需要对蓄热体预热，待预热至设定温度后，含挥发性有机化合物(VOCs)的废气通过阀门的切换，进入蓄热床，废气被蓄热陶瓷逐渐加热后进入燃烧室(燃烧室有两个作用：一是保证废气能达到设定的氧化温度，二是保证废气有足够的停留时间，从而使其中的VOCs充分氧化)，VOCs在燃烧室内高温氧化分解并放出热量，形成的热风在通过另一蓄热床时，与蓄热体进行热交换，蓄积热量，以减少辅助燃料的消耗，而被氧化的干净气体温度逐渐降低。正常运行过程中，RTO焚烧炉内部温度控制通过燃烧器来实现。当有机废气浓度达到自持燃烧状态时，产生热量足以满足下一次冷气预热要求时，此时系统无需开启辅助加热装置进行辅助加热，即可完成有机废气氧化，达到节能效果。当RTO温度出现异常时(即前端浓度太高)，通过PLC程序自动控制关闭进气阀，全开异常外排和新风阀，使RTO设备完全通过新鲜风降温。RTO炉膛温度通过2根高温热电偶进行实时监控，运行过程PLC程序通过自动调节燃气调节比和相关阀门控制炉膛温度的稳定。当炉膛温度出现异常升温时，可通过RTO设备的泄温口进行紧急排温。

7、RTO成本运行分析

该设施在运行过程中主要的费用为电耗和天然气，以及部分维护费用，如预滤材料的更换。运行费用估算见下表1：

(1)主风机、助燃风机、泵按16h/d，250d/a;电费0.75元/kwh，电机实际功率为额定功率的0.8，变频风机节能按0.70计。

(2)RTO焚烧炉设备首次开机预热以及引入废气后维持炉温所产生费用，每次预热时间按3小时计，每年预加热按12次计算;每天考虑到生产运行过程中由于浓度过低需要补充加热，每天按补充天然气量为20立方米，每次升温用天然气按50立方计算。天然气按2.5元每立方。

废气浓度达到2800mg/m3时，系统可以维持自运行，不需要补充天然气加热。