蓄熱式焚燒爐在制藥行業(yè)的應(yīng)用

張紅偉

摘? 要：本文以某制藥廠RTO處理系統(tǒng)為研究對象，通過控制變量試驗方法，在沼氣和甲醇廢液供熱條件下，分別對不同爐膛溫度和進氣濃度條件下的RTO系統(tǒng)的凈化效率進行研究分析，并對4種不同工況條件下的RTO系統(tǒng)運行狀態(tài)進行統(tǒng)計分析，同時對沼氣和甲醇廢液兩種供熱條件下的經(jīng)濟效益進行分析。結(jié)果表明，采用兩種供熱方式，RTO系統(tǒng)處理效率均保持在99%以上的高效率，且處理系統(tǒng)穩(wěn)定;同時利用廠房產(chǎn)生的沼氣與甲醇廢液，以無害化、資源化的方式極大降低RTO系統(tǒng)的運行費用，優(yōu)化了RTO系統(tǒng)在運行方面的經(jīng)濟性與節(jié)能性，實現(xiàn)較高的社會效益和經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：RTO? 沼氣? 甲醇? 供熱方式? 經(jīng)濟效益

中圖分類號：X701? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2021）06（c）-0037-04

Abstract： Taking the RTO treatment system of a pharmaceutical factory as the research object， through the control variable test method， under the heating conditions of biogas and methanol waste liquid， this paper studies and analyzes the purification efficiency of RTO system under different furnace temperatures and inlet concentrations， and statistically analyzes the operation state of RTO system under four different working conditions. At the same time， the economic benefits of biogas and methanol waste liquid under two heating conditions are analyzed. The results show that with the two heating modes， the treatment efficiency of RTO system remains above 99%， and the treatment system is stable; at the same time， the biogas and methanol waste liquid produced by the plant are used to greatly reduce the operation cost of RTO system in a harmless and resource-based way， optimize the economy and energy saving of RTO system in operation， and realize high social and economic benefits.

Key Words： RTO; Biogas; Methanol; Heating modes; Economic benefit

蓄熱式氧化爐（regenerative thermal oxidizer，RTO）是一種高效節(jié)能型燃燒爐，原理是把有機廢氣加熱到760℃以上進行高溫氧化分解，分解成二氧化碳和水，產(chǎn)生的高溫氣體流經(jīng)特制的陶瓷蓄熱體，使陶瓷升溫而“蓄熱”，此“蓄熱”用于預(yù)熱后續(xù)進入的有機廢氣，周而復(fù)始，連續(xù)工作[1-5]。蓄熱式氧化爐有機廢氣分解效率可達99%以上，熱回收效率達95%以上。近年來，蓄熱式焚燒爐因其凈化效率高、熱回收效率高的優(yōu)勢，而廣泛應(yīng)用在制藥行業(yè)揮發(fā)性有機化合物治理方面。同時，隨著《蓄熱燃燒法工業(yè)有機廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》（HJ 1093-2020）的頒布，以及政府對揮發(fā)性有機化合物治理的高度重視，對控制大氣污染的要求日益提高，蓄熱式焚燒爐必將成為揮發(fā)性有機化合物治理的首選設(shè)備。但是蓄熱式焚燒爐也存在設(shè)備成本較高、占地面積較大的缺點，因此，在高效、穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，著重優(yōu)化蓄熱室焚燒爐在運行方面的經(jīng)濟性與節(jié)能性，為蓄熱式焚燒爐提供更加廣闊的應(yīng)用前景。

本文以浙江某制藥廠有機廢氣治理系統(tǒng)的RTO為研究對象，通過分析RTO的運行情況進而考察RTO在處理有機廢氣過程中以資源化、無害化的方式提高整個環(huán)保系統(tǒng)的經(jīng)濟效益情況。

1? 蓄熱式焚燒爐系統(tǒng)設(shè)計說明

投入建設(shè)的RTO處理系統(tǒng)如圖1，含RTO爐體、閥門系統(tǒng)、旁路系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、新風系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)。閥門系統(tǒng)包括進氣閥、補新風閥、爐膛泄壓閥，以及爐體風向切換閥、熱旁路閥、壓力調(diào)節(jié)閥。儀表系統(tǒng)包括壓力與溫度儀表。安全系統(tǒng)包括泄爆口、阻火器、控制連鎖（溫度、壓力）。RTO爐設(shè)計處理能力12000Nm3/h;VOCs提供的平均熱值為6523kcal/kg。

該項目RTO爐采用三塔蓄熱式系統(tǒng)負壓設(shè)計，每個蓄熱室內(nèi)填充蜂窩式陶瓷蓄熱體，充分回收熱能，熱回收效率達95%以上。RTO供熱系統(tǒng)設(shè)有兩套，分別為甲醇液體燃燒機和沼氣燃燒機位于爐體燃燒室，利用廠房現(xiàn)有沼氣能源和生產(chǎn)副產(chǎn)物甲醇液體進行供熱是本次項目設(shè)計的亮點，體現(xiàn)節(jié)能理念。來自制藥車間的有機廢氣由風機送入RTO爐，RTO設(shè)定運行周期，通過切換進氣、排氣、反吹閥門實現(xiàn)蓄熱室的功能切換，單塔切換次序為進氣→吹掃→排氣→進氣，3個塔各自循環(huán)切換運行，實現(xiàn)氧化蓄熱的過程。RTO設(shè)計廢氣在燃燒室停留時間不少于1.2s。RTO工藝流程見圖1。

2? 應(yīng)用效果分析

RTO處理系統(tǒng)，應(yīng)用于浙江某制藥廠，用于生產(chǎn)車間中低濃度有機廢氣的處理。整套處理系統(tǒng)于2018年11月完成安裝調(diào)試工作。在系統(tǒng)設(shè)備調(diào)試、試運行的同時，進行了一系列數(shù)據(jù)采集與分析。

2.1 不同焚燒溫度下RTO的去除效率

RTO爐處理能力保持在12000Nm3/h，入口有機物濃度為2g/m3條件下，測得不同爐膛溫度下的有機物去除率如圖2所示。圖2中可見，當爐膛溫度低于800℃時，有機物去除效率與爐膛溫度成正比，即隨爐膛溫度的增加而增加;當爐膛溫度在800～850℃ 時，去除效率隨爐膛溫度的增加而略有增加，變化趨勢較為緩慢;當爐膛溫度在800℃以上時，RTO爐去除效率基本保持不變，提高的空間也非常有限。本次也按照不同供熱方式進行了分析，結(jié)論一致。因此，可以得出，RTO爐膛溫度達到800～850℃時為最佳，當爐膛溫度達到800℃時，RTO凈化效率已經(jīng)達到99%以上，綜合經(jīng)濟和排放要求，則本項目設(shè)置爐膛長期運行溫度為800℃。

2.2 不同進氣濃度下RTO的去除效率

介于制藥廠車間廢氣具有濃度波動大的特點，在系統(tǒng)調(diào)試過程中，遵循逐漸增長的剃度式濃度變化，討論RTO入口濃度對去除效率的影響?；谏弦唤Y(jié)論，設(shè)定RTO運行爐溫800℃，并以RTO爐設(shè)計處理能力12000Nm3/h，VOCs提供的平均熱值為6523kcal/kg，計算RTO系統(tǒng)不需要外界提供熱量的濃度為2.7g/m3，當進氣濃度大于2.7g/m3時，為了防止RTO爐體熱量持續(xù)上升，需打開旁路閥，將熱量外泄，保證爐體溫度恒定。在沼氣和甲醇廢液不同供熱體系下，RTO去除效率隨RTO入口廢氣濃度的變化趨勢如圖3所示。由圖3可見，無論哪一種供熱方式，當RTO焚燒爐入口有機廢氣濃度在1～5g/m3之間呈線性變化時，系統(tǒng)廢氣在氧化分解和吸附后的去除效率隨入口廢氣濃度升高而升高，但是變化的幅度非常之小，系統(tǒng)去除效率基本保持在99%以上的高效率。調(diào)試結(jié)果一方面體現(xiàn)了沼氣、甲醇不同供熱系統(tǒng)因其燃燒機的高效率燃燒對RTO氧化分解效率并無影響，另一方面也說明了RTO入口濃度變化幾乎不對RTO氧化分解的高效性、穩(wěn)定性與可靠性造成影響，證明了整個處理系統(tǒng)穩(wěn)定高效。當RTO入口廢氣濃度不大于8000mg/m3時，便可以滿足浙江省《生物制藥工業(yè)污染物排放標準》（DB33 923-2014）對非甲烷總烴的排放要求即80mg/m3。

3? 工程應(yīng)用情況

RTO系統(tǒng)處理能力保持在12000Nm3/h，正常運行參數(shù)內(nèi)，不同工況下系統(tǒng)去除效率如表1。由表可見，在處理系統(tǒng)正式運行過程截取的四組處理數(shù)據(jù)，均體現(xiàn)系統(tǒng)的高效性、穩(wěn)定性與可靠性，且整套系統(tǒng)從竣工驗收至今一直用于生產(chǎn)，運行狀況良好，處理效果優(yōu)越。

4? 經(jīng)濟性分析

蓄熱室高溫氧化爐因其所含蓄熱體高熱回收效率而大幅度節(jié)約能源，進而帶來巨大的經(jīng)濟效益。浙江某制藥廠車間正常生產(chǎn)期間，RTO入口廢氣總濃度在1～2.5g/m3之間，而RTO系統(tǒng)不需要外界提供熱量的濃度為2.7g/m3，因此需要外界一直提供熱量才能維持運行燃燒溫度。按照RTO焚燒爐以每天工作24h、年運行300d，截取4個工況數(shù)據(jù)分別分析該工況下燃料消耗情況，并與天然氣消耗進行比對，給出整個系統(tǒng)年平均節(jié)約能源以及帶來的經(jīng)濟效益情況，見表2。表中可見，該項目利用廠區(qū)現(xiàn)有沼氣和甲醇副產(chǎn)物，降低運行成本，以資源化、無害化的方式，在RTO不能自我維持情況下，相對使用天然氣大大降低運行燃料成本近幾十萬，實現(xiàn)較高的經(jīng)濟效益。

5? 結(jié)語

通過對浙江某藥廠RTO處理系統(tǒng)調(diào)試及應(yīng)用數(shù)據(jù)的分析得到如下結(jié)論。

（1）RTO爐膛溫度達到800～850℃時為最佳，有機廢氣處理效率高達99%以上，爐膛長期運行溫度為800℃。

（2）當RTO焚燒爐入口有機廢氣濃度在呈線性變化時，系統(tǒng)廢氣在氧化分解和吸附后的去除效率隨入口廢氣濃度升高而升高，但是變化的幅度非常之小，系統(tǒng)去除效率基本保持在99%以上的高效率，證明了整個處理系統(tǒng)穩(wěn)定高效。

（3）針對爐膛溫度與入口濃度的調(diào)試分析，無論哪一種供熱方式，均不影響RTO的高氧化分解效率。

（4）RTO焚燒爐處理有機廢氣效果好能耗低，利用廠房現(xiàn)有沼氣與甲醇，資源綜合利用，以無害化、資源化的方式實現(xiàn)較高的社會效益和經(jīng)濟效益，極大降低設(shè)備的運行費用。

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