制藥企業(yè)RTO系統(tǒng)堵塞原因分析和解決措施探討

蔣騰飛，劉益榮,吳龍飛(.浙江普洛家園藥業(yè)有限公司，浙江 東陽 8； .普洛藥業(yè)股份有限公司，浙江 東陽 8；.東陽市遠航環(huán)境監(jiān)測有限公司，浙江 東陽 8)

0 引言

在當今社會經濟快速發(fā)展的背景下，為達到經濟高質量發(fā)展和美麗中國建設，滿足人民日益增長的美好生活需要，國家對化工行業(yè)排放的揮發(fā)性有機廢氣提出了迫切的治理要求。生態(tài)環(huán)境部相繼頒布了《揮發(fā)性有機物治理攻堅方案》《制藥工業(yè)大氣污染物排放標準》和《揮發(fā)性有機物無組織排放控制標準》等法規(guī)標準來強化治理。

1 VOCs廢氣處理方法

制藥工業(yè)排放的VOCs廢氣產生量大，成分復雜，如何對有組織和無組織VOCs廢氣實施有效處理是制藥企業(yè)面臨的迫切問題。當前，制藥工業(yè)中VOCs廢氣凈化技術主要包括冷凝法、吸收法、吸附法、燃燒法、生物法、等離子法等[1]。對不具回收價值的VOCs廢氣治理，熱氧化法是應用較廣的處理方法，分為熱力燃燒式、間壁式、蓄熱式三種形式，其基本原理是VOCs組份與O2發(fā)生氧化反應，生成CO2、H2O。

2 蓄熱式氧化技術

企業(yè)采用的三室蓄熱式氧化爐主要由燃燒室、蓄熱室、切換式提升閥組成，三個蓄熱室中的蓄熱材料選用陶瓷填料，可處理具有一定腐蝕性或含少量顆粒物的廢氣。蓄熱式焚燒爐是把生產排出的有機廢氣溫度提升到680～1 050 ℃，在此高溫下使VOCs氧化分解成二氧化碳和水，大量熱能從煙氣中轉移至蓄熱體，用來加熱下一次循環(huán)的待分解有機物[2]。三個蓄熱室交替轉換從而減少熱量損耗，確保了RTO系統(tǒng)95%以上的熱回收效率，VOCs凈化效率達到99.5%以上。RTO系統(tǒng)具有安全性高、去除率高、熱回收率高、自動化程度高等優(yōu)點，做到環(huán)保無害化處理的同時有較高的經濟性。

3 RTO系統(tǒng)堵塞物組分分析

制藥工業(yè)RTO焚燒爐隨著運行時間的累積，會出現(xiàn)系統(tǒng)負壓變差，風機負荷變大，風量明顯減小。正常運行時RTO系統(tǒng)進出口壓差為4 000 Pa，隨著堵塞的累積，壓差會升至約7 000 Pa。同時RTO煙氣排放口非甲烷總烴在線監(jiān)測數(shù)據(jù)較正常值高了十幾毫克每升。這種現(xiàn)象的原因為蓄熱體堵塞和堵塞物影響了提升閥的密封性，導致微量廢氣未經處理溢出。為了保證RTO的有效處理能力和處理效果，需對RTO停機降溫進入檢查和清洗，從而影響了RTO系統(tǒng)的正常運行。

我們在一套RTO系統(tǒng)堵塞檢查過程中進行了取樣，分別在前置引風機表面處(樣品1)、RTO系統(tǒng)蓄熱體進口管道處(樣品2)、RTO系統(tǒng)蓄熱體出口管道處(樣品3)進行取樣分析，所取堵塞物樣品采用105 ℃烘干恒重，烘干物質用定量的水溶解并用濾紙過濾，過濾完的濾紙在105 ℃烘干恒重，計算得樣品1、樣品2、樣品3的可溶解性物質含量占比分別為88.17%、30.60%、53.40%。經初步討論判斷，堵塞物中含有大量的水溶解性鹽，其中引風機處的鹽占比相對較高，RTO系統(tǒng)進口處的鹽較低?？赡転檐囬g廢氣中夾帶鹽分，或酸堿廢氣反應生產的鹽與風機葉輪接觸形成，RTO系統(tǒng)進口鹽分降低可能是鹽在熱風的作用下部分被熱分解導致，RTO系統(tǒng)出口中鹽分出現(xiàn)了明顯的增加，應該是燃燒后冷卻形成的新形式的鹽組分。

我們在兩次RTO系統(tǒng)堵塞檢查過程中取樣的樣品進行元素分析，樣品經X-射線熒光光譜儀(能量色散型ED-XRF)檢測主要元素結果如表1所示。

表1數(shù)據(jù)判斷前置引風機中物質主要為含硫元素的鹽。RTO系統(tǒng)進口處鋁硅鐵鎂元素氧化物含量占比較高，達到約30%，多為陶瓷蓄熱體氧化及設備表面磨損腐蝕掉落。RTO系統(tǒng)出口處鋁硅元素氧化物含量占比明顯下降，氯、硫元素顯著升高，判斷為部分硫酸鹽和氯化物形成。

表1 堵塞物中元素含量的分析

我們對企業(yè)內另一套RTO系統(tǒng)堵塞情況進行檢查分析，同樣取RTO系統(tǒng)進口堵塞物進行分析，該樣品呈土黃色，稱取樣品0.7 g溶于1 L水中，基本溶解且水溶液呈黃褐色。采用納氏試劑分光光度法檢測溶液中氨氮濃度，測得氨氮濃度為124 mg/L，采用原子吸收分光光度法檢測得到三價鐵濃度為15 mg/L，結合該套焚燒爐焚燒廢氣組分主要含鹽酸、二氯甲烷、氨氣等特性，推斷RTO進口處堵塞物主要為氯化銨和氯化鐵兩種鹽，組分比例大約為氯化銨占70%，氯化鐵占30%。這也導致該套RTO設備在生產期間堵塞情況較為明顯，酸氣對廢氣設備腐蝕程度不可小視。

不同RTO系統(tǒng)處理的廢氣組分不同，堵塞情況、堵塞物的組成會有些變化，但也可以從進入RTO廢氣組分大致判斷堵塞物的組分。

4 RTO系統(tǒng)堵塞原因分析

根據(jù)上述對堵塞物成分的分析，RTO燃燒室及陶瓷蓄熱體堵塞的主要原因還是鹽分的堵塞，綜合考慮堵塞物形成的原因主要有以下四點：

(1)車間排放大量酸堿組分的廢氣進入RTO總管道，在總管中就發(fā)生酸堿反應形成鹽，結合廢氣中的其他顆粒物附著在管壁、前置引風機、除霧器、阻火器、蓄熱體下室體等部位。雖然RTO燃燒室或引風機前設置了除霧器，但總管風速很快，無法完全除去。酸堿和鹽的存在導致總管和除霧器腐蝕嚴重，甚至RTO蓄熱體都造成腐蝕剝落，大量鐵、硅、鋁等元素的剝落加劇了RTO蓄熱體下室體的堵塞。

(2)污水處理系統(tǒng)產生的廢氣含有微量的粉塵及污泥顆粒(微生物)，污泥成分還含有機質、水、鹽及磷等物質，進入RTO會附著在引風機表面，燃燒后無機物會黏附在陶瓷及燃燒室體表面。另外，污水處理厭氧段、兼氧段產生的廢氣中，不僅含甲烷氣體，還有有機酸、大量的氨氣、硫化氫等氣體，高濃度時產生的鹽及硫化物等極易引起RTO蓄熱體進出口的堵塞。

(3)廢氣在RTO燃燒室內燃燒，有時廢氣的濃度及熱值高時會使RTO上室體溫度超溫，即超過上限溫度1 050 ℃，在超溫壞境下會對陶瓷蓄熱體進行破壞，破損的碎片會使堆積密度變大，減小廢氣通量導致風機負荷變大，系統(tǒng)負壓變差。

(4)廢氣中含P、S及鹵素氣體經過RTO燃燒后會產生酸性氣體，有的RTO系統(tǒng)設計了利用引風機引上室體高溫廢氣進入燃燒室前端預熱進氣的功能，這部分酸性氣體會對RTO燃燒室、煙氣出口設備、引風機及燃燒室進口管道產生腐蝕，腐蝕反應產生的硫酸鐵、氯化鐵等會堆積在RTO室體及陶瓷蓄熱體中。

5 減少RTO堵塞的措施

從上述堵塞原因分析，解決堵塞的措施主要是盡可能降低廢氣中的顆粒物含量、酸堿組分濃度、含鹵廢氣濃度和穩(wěn)定RTO運行溫度等，可以從如下三個方面進行改善：

(1)梳理車間物料，進一步降低氨氣、有機氮的廢氣進入RTO，進一步減少酸性氣體和含鹵素廢氣進入RTO?？赏ㄟ^對生產工藝的優(yōu)化，對含物料進行替代、減量；通過冷媒系統(tǒng)的設計優(yōu)化、升級改造增加酸堿物料回收率；增加車間酸堿廢氣預處理系統(tǒng)，優(yōu)化尾氣處理系統(tǒng)的運行效率等手段來實現(xiàn)。

(2)增強進入RTO前的尾氣吸收塔的除霧效果，減少廢氣中水汽、鹽分夾帶。

(3)在RTO設計時考慮系統(tǒng)抗腐蝕性能，選擇優(yōu)良的管材、蓄熱體材料等。廢氣進入RTO之前進行預熱，可以減少濕氣腐蝕，增加部分低熔點固體的揮發(fā)而減少堵塞。

6 結語

綜上所述，為了保證RTO的長期有效穩(wěn)定運行，需要在RTO前期設計上做好設備內結鹽的優(yōu)化處理，同時加強車間前端廢氣的預處理，減少廢氣中的水汽、鹽分及顆粒物的夾帶，減少會產生鹽分的酸堿廢氣進入RTO系統(tǒng)。