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rto廢氣焚燒爐 化學制藥行業面臨的環保壓力日益增大,特別是隨著《中華人民共和國大氣污染防治法》的出臺,企業面臨的VOC整治、臭氣整治壓力更加凸顯。公眾對霧霾天氣危害重視程
化學制藥行業面臨的環保壓力日益增大,特別是隨著《中華人民共和國大氣污染防治法》的出臺,企業面臨的VOC整治、臭氣整治壓力更加凸顯。公眾對霧霾天氣危害重視程度的提高,更是將矛頭指向了工業企業,化學制藥行業更是因為使用的危險化學品種類繁多,成為重污染行業的代表之一。為了解決廢氣問題,很多制藥企業采取了化學噴淋吸附法、等離子法、生物滴濾法、活性炭吸附法、焚燒法、分子篩吸附濃縮法等處理各類廢氣,其中焚燒法處理有機廢氣是目前的治理有機VOC廢氣最的方法,具有去除效率高,效率穩定,使用壽命長等特點而在范圍內有較廣泛的應用。焚燒法又分為多種類型,包括RCO、RTO焚燒爐、VAR焚燒爐等,即催化焚燒法、蓄熱式焚燒法、直接焚燒法等。某化學制藥企業是一個新規劃建設的制藥公司,產生的污染物來源包括污水站運行過程廢氣、生產車間廢氣、廢溶劑、危險固廢等。為全面妥善處置廢氣、廢液污染物,公司從某德國環保公司引進了RTO焚燒爐和VAR直燃焚燒爐,將不同焚燒爐進行組合處理三廢。
1.RTO和VAR焚燒爐工作原理的差異
RTO焚燒爐
即蓄熱式焚燒爐,通過對廢氣焚燒產生的余熱采用陶瓷蓄熱體進行蓄熱,有效利用了焚燒產生的熱量,從而達到經濟焚燒的目的。焚燒過程溫度控制在750~850℃。廢氣進口溫度通常為常溫,經過RTO焚燒爐再蓄熱利用后溫度達到100℃左右,即廢氣溫升約80~90℃。焚燒爐內氧含量在18%~20%之間,氧含量較高,故對進入RTO的廢氣LEL濃度控制較嚴格,需要控制在爆炸下限的25%以下。焚燒效率約95%,運行成本和投資成本相比VAR焚燒爐更低一些。
1.進入RTO焚燒爐的廢氣要求
(1)主要適用于大風量、低濃度的廢氣焚燒;
(2)含酸性污染物*行預處理,去除絕大部分無機酸;
(3)廢氣中VOCs濃度不能過高,一般控制在爆炸下限的25%以下;
(4)廢氣不能含明顯固體、粉塵,否則必須經過預除塵、過濾處理;
(5)禁止混入氫氣、甲烷氣、乙烯等危險性較大的廢氣。
2.RTO的局限性
(1)不能處理高含量含氫廢氣、甲烷廢氣、腐蝕性廢氣、乙烯廢氣等危險性廢氣;
(2)不能處理LEL濃度超過25%的廢氣,如果高于該濃度要求,則需要經過稀釋處理,就會降低焚燒的經濟性;
(3)廢氣量根據設計流量平穩排放,不得突然超量排放;
(4)不能處理廢液、廢水、固廢。
VAR焚燒爐
即直接燃燒式焚燒爐,將廢氣、廢液焚燒直接通入爐膛內進行焚燒,燃燒溫度控制在1000~1150℃左右,不能超過1200℃,不能低于900℃。焚燒后煙氣溫度可通過余熱鍋爐進行再利用產生蒸汽,煙氣溫度經過再利用后溫度從1100℃降到300℃左右,不能低于280℃。廢氣進口溫度通常為常溫,經過焚燒余熱利用后溫度300℃,即廢氣溫升約280℃左右。焚燒爐內氧含量控制范圍10%~16%。對進入焚燒爐的廢氣濃度理論上沒有限制,而且濃度越高越經濟,但要保證輸送過程安全。因為燃燒焚燒高,故焚燒效率比RTO更高,但是運行費用和投資成本也更高。
1.進入熱力焚燒爐(VAR)的廢氣要求
(1)小風量、高濃度的廢氣;
(2)為保證燃燒的經濟性和安全型,要求廢氣輸送過程實現全密閉;
(3)含酸性污染物必須進行預處理,去除絕大部分無機酸;
(4)不能含明顯固體、粉塵,否則必須經過預除塵、過濾處理;
(5)可以焚燒處理氫氣、甲烷氣、乙烯等危險性較大的廢氣;
(6)廢氣中氧含量必須嚴格控制,禁止大量空氣進入廢氣總管,否則會增加管道爆炸風險。
2.進入焚燒爐的廢液要求:
(1)粘稠廢液或常溫下易凝固廢液需預先調配至流動性較好狀態;
(2)含水溶劑(如廢甲醇)需提純至濃度90%以上,以降低能耗;
(3)廢液應預*行除酸、脫鹽、脫水、脫機械雜質等處理;
(4)廢液中各元素限值(ω):溴0.83%、氯4.16%、氟0.42%、磷0.08%、硫4.16%、有機氮12.5%、灰分4.16%(其中鹽分以及含鈉離子的物質不超過總質量的2%)。
2.化學制藥廢氣的種類
(1)污水處理過程產生的廢氣好氧曝氣過程產生的低濃度VOC廢氣、厭氧過程產生的甲烷氣和硫化氫。
(2)化學制藥過程產生的廢氣
①反應釜或儲罐排放的純有機廢氣;
②反應釜或儲罐排放的含有酸性物質的有機廢氣;
③真空泵、反應釜或干燥器排放的真空尾氣;
④容器敞開時揮發的有機廢氣;
⑤含氫氣廢氣;
⑥純無機廢氣;
⑦大風量、低濃度的大空間收集廢氣;
⑧緊急情況下排放的廢氣,如安全閥、泄爆口廢氣;
⑨含鹵素廢氣。
其中①~⑤類有機廢氣,在輸送過程可分為4類廢氣,即腐蝕性VOCs廢氣、普通VOCs廢氣、含氫廢氣和厭氧沼氣、低VOCs廢氣4大類,分開管道輸送,以保證輸送過程的安全性,小風量廢氣均可考慮去焚燒處理,其中②廢氣應先經過除酸處理;⑥、⑦廢氣可以不接入焚燒處理系統,現場處理達標后排放;⑧類廢氣可接入應急火炬系統;⑨類廢氣則應經過深度預處理,如果能達標則考慮直接現場處理后排放,如果無法達標再考慮接入焚燒系統處理。
3.RTO和VAR焚燒爐在某制藥企業VOCs治理的組合應用
上述RTO焚燒爐和VAR焚燒爐的原理差異,各自優缺點、各自處理對象的差異,顯然企業無法用其中一種焚燒爐解決制藥過程所有廢氣,故需要將兩種焚燒爐進行組合使用。一般低濃度廢氣可采用RTO蓄熱式焚燒爐,而高濃度VOC廢氣可采用VAR直燃爐,也可以采用RTO焚燒爐,含氫氣廢氣則只能采用VAR熱力焚燒爐。因為RTO蓄熱式焚燒爐相當于把廢氣升溫70~90℃(進口常溫,出口90~100℃),而VAR直燃爐則需要將廢氣溫升到260~280℃(進口常溫,出口280℃),因此對于低濃度廢氣,顯然RTO較VAR更加經濟。為全面、經濟、安全地處理各類廢氣,某化學制藥公司對RTO焚燒爐和VAR直燃爐進行了組合,分別采購了3套焚燒爐,分別是1套RTO焚燒爐,2套VAR焚燒爐。其中RTO焚燒爐主要處理廢水處理過程產生的低濃度大風量廢氣,并混入部分車間高濃度VOCs廢氣作為補充,以提高廢氣熱值,減少燃料費用。VAR焚燒爐主要處理生產過程產生的各類高濃度VOCs廢氣、高熱值廢液、高濃度廢水、含氫氣廢氣。
4.RTO和VAR焚燒爐運行
差異
1.處理效率
RTO焚燒爐的處理效率一般可控制在95%以上,但難達到98%以上,主要因為焚燒溫度的限制,無法焚燒所有有機物。VAR焚燒處理效率一般可控制在98%以上。表1是RTO焚燒爐和VAR部分檢測項目和檢測效率。
2.運行費用和經濟性
某制藥企業RTO焚燒爐和VAR焚燒爐運行費用比較如表2~表4所示。
某公司RTO運行費用每年約181萬元/年,VAR費用每年基本可以持平,甚至還有盈余,但VAR焚燒爐較RTO焚燒爐建設成本高,項目建設費用相差約10倍,且VAR焚燒爐排放標準參照《危險廢物焚燒爐煙氣排放標準》執行,每年例行監測項目多、費用高、達標要求高。
蓄熱式熱氧化系統(RegenerativeThermalOxdizer)RTO焚燒爐是一種高效率的有機廢氣污染治理設備,它是由陶瓷蓄熱床、自動控制閥、燃燒室和控制系統等組成。其主要特征是:蓄熱床底部的自動控制閥分別與進氣總管和排氣總管相連;蓄熱床通過換向閥交替換向,將由燃燒室出來的高溫氣體熱量蓄留,并預熱進入蓄熱床的有機廢氣;采用陶瓷蓄熱材料吸收、釋放熱量;預熱到一定溫度的有機廢氣在燃燒室發生氧化反應,生成二氧化碳和水,得到凈化[1]。同時,利用燃燒室蓄熱陶瓷耐高溫、吸熱快、散熱快的特性,回收潔凈的余熱應用于生產工序,節約能源的消耗,RTO焚燒爐熱回收效率一般可達到80%以上,現已廣泛應用于電子、汽車、涂裝化工、制藥等行業的廢氣治理領域。
1蓄熱式熱氧化系統的應用實例
1.1研究對象
本文以某印制線路板夾層材料生產企業為例,從處理效果、熱能回收方面分析該企業在應用蓄熱式熱氧化系統處理高濃度有機廢氣的成效。
1.2生產工藝及有機廢氣污染源分析
印制線路板夾層材料的生產過程比較簡單,首先按比例將膠料(如環氧樹脂膠)和有機溶劑(主要用到N,N-二甲基甲酰胺,又名DMF,丙酮等)混合攪拌,然后將混合液均勻涂布在玻璃纖維布上,再經烘干、剪裁、質檢后即可制得成品。由于生產過程中用到的有機溶劑在涂布、烘干過程全部揮發,因此有機廢氣產生量大,治理前TVOC產生量約為160~190kg/hr。
1.3.1工藝流程圖
1.3.2主要工藝參數
(1)處理風量:20000m3/h;
(2)燃燒室溫度:850~1100℃;
(3)燃燒室溶劑負荷:300kg/h;
(4)放熱量:5688144kJ/h;
(5)助燃物:柴油(發熱量43054kJ/m3);
(6)TVOC處理效率:99%以上;
(7)煙囪排氣溫度:100~150℃。
1.3.3處理流程簡述
涂布、烘干等工序產生的有機廢氣先經過風機統一收集至RTO焚燒爐處理系統,先以柴油引燃,使氧化爐內的溫度達到800℃左右,可保證涂膠生產線一旦開動,有機物將在焚燒爐內燃燒,生成二氧化碳和水,化學反應式如下。
氧化燃燒流程采用熱流循環,氧化燃燒爐內溫度高達870攝氏度,有機物的燃燒更加,為充分利用氧化爐燃燒尾氣余熱,將氧化燃燒余熱通過熱交換器輸送至導熱油爐,回收利用熱能。
1.3.4處理效果分析
RTO焚燒爐系統已在該廠內運行3年,按照最近該公司日常監測的數據(2005年1月、4月、8月、11月)統計的治理前后TVOC排放速率、濃度等數據平均值見表1,按各月TVOC去除效率繪制的折線圖見圖3。
該套系統在某廠使用已有3年,運行穩定,未發生安全事故,對有機物的去除效果穩定達到99%以上,RTO焚燒爐處理系統符合某廠的實際情況,是行之有效的治理措施。
1.4熱能回收
熱能回收是蓄熱式熱氧化系統的主要特征之一,燃燒室填充的耐高溫陶瓷可將高溫氣體熱量蓄留,尾氣可經過熱交換器,熱能輸送至導熱油爐中,降低燃料及能源的損耗,根據計算,該套系統熱能回收可達到85%以上,節省電能300度/a,具有明顯的經濟意義。
1.5安全性能與操作管理
該套系統具備防爆及完善的安全防護裝置,運行穩定,運行3年未出現安全事故。該套系統管理方便,通過PLC全自動控制,人機界面操作,開機后24h不需人工操作,可實現遠程監控,管理方便。
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