農(nóng)藥行業(yè)有機(jī)廢氣蓄熱焚燒爐RTO設(shè)計(jì)要點(diǎn)探討

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(diǎn)

我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)對(duì)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(diǎn)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(duì)PM2.5的關(guān)注，農(nóng)藥行業(yè)的廢氣排放一時(shí)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(diǎn)。

農(nóng)藥生產(chǎn)屬于精細(xì)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(jī)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(gè)單元反應(yīng)以及化工單元操作時(shí)，均會(huì)有揮發(fā)性有機(jī)廢氣排出，廢氣成分復(fù)雜，包含有機(jī)物、無機(jī)物及粉塵，針對(duì)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(jī)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(dá)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(diǎn)，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(jī)廢氣在燃燒室內(nèi)加熱升溫至760 ℃以上，停留時(shí)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(shí)的高溫氣體的熱量被蓄熱體“貯存”起來，用于預(yù)熱新進(jìn)入的有機(jī)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(jìn)行熱量交換，從而節(jié)省升溫所需要的燃料消耗，降低運(yùn)行成本。

RTO 多應(yīng)用在處理風(fēng)量較大、中低濃度的有機(jī)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(shí)，不需添加輔助燃料，可以達(dá)到自熱平衡運(yùn)行，VOCs 去除率高達(dá)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(jì)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(jì)

在農(nóng)藥行業(yè)廢氣處理過程中，針對(duì)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(gè)處理過程與蓄熱式焚燒爐系統(tǒng)有機(jī)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(yùn)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(jī)物，而且還含有大量的無機(jī)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(duì)揮發(fā)性有機(jī)物的去除，爐內(nèi)裝有陶瓷蓄熱體進(jìn)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(jī)成分。農(nóng)藥企業(yè)廢氣進(jìn)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(duì)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(jí)水吸收后排出，由于RTO 運(yùn)行溫度在790～850 ℃，氨氣不能被氧化分解，氨氣會(huì)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(yùn)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(jìn)入RTO 焚燒；⑤廢氣濃度較高時(shí)，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(jìn)入水封罐，通過風(fēng)機(jī)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(jī)廢氣進(jìn)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(jìn)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(shí)，廢氣進(jìn)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(jì)

廢氣排放來源多分布在物料儲(chǔ)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(chǔ)罐采用氮封設(shè)計(jì)進(jìn)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(gè)儲(chǔ)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(jìn)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(cè)儀，設(shè)置旁路，防止由于生產(chǎn)車間有機(jī)廢氣的突發(fā)性濃度異常，給RTO 帶來安全風(fēng)險(xiǎn)。

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(jìn)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(gè)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(jì)，管道流速不宜過快，最好小于10 m·s-1；并且設(shè)計(jì)收集管道為負(fù)壓運(yùn)行，考慮壓力平衡，安裝壓力變送器進(jìn)行監(jiān)控，防止各單元間廢氣亂竄；同時(shí)，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(huì)加速有機(jī)物的揮發(fā)，會(huì)使進(jìn)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(huì)堵塞管道，影響廢氣輸送。

5 RTO 蓄熱爐的設(shè)計(jì)

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(jī)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(shí)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(jì)氣量按105%進(jìn)行設(shè)計(jì)。但是，為了更好地凈化效率，實(shí)際RTO 燃燒溫度應(yīng)按820 ℃進(jìn)行設(shè)計(jì)，停留時(shí)間大于1.5 s 進(jìn)行設(shè)計(jì)[4]。同時(shí)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(jìn)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(jìn)行設(shè)計(jì)；農(nóng)藥生產(chǎn)過程中排放的廢氣含有大量有機(jī)硫化物，有機(jī)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(jì)要求：熱回收率大于90%，進(jìn)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(shí)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(jì), 散堆的鞍環(huán)填料起到分布?xì)怏w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(shí)間、密封及泄露量等問題。RTO 切換閥之前一直采用氣動(dòng)蝶閥，但是，隨著提升閥產(chǎn)品的出現(xiàn)，氣動(dòng)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(jì)

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(jìn)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(cè)儀，分為PID、FID、FTA 等方法，F(xiàn)TA 氫氣火焰溫度監(jiān)測(cè)儀最為穩(wěn)定。LEL 監(jiān)測(cè)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(shí)間，LEL 監(jiān)測(cè)儀的響應(yīng)時(shí)間，所以需要設(shè)置在足夠遠(yuǎn)的距離，或設(shè)置緩沖罐，給濃度檢測(cè)儀及閥門動(dòng)作留下足夠響應(yīng)時(shí)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(shí)設(shè)置吹掃風(fēng)機(jī)；對(duì)于高濃度廢氣, 需要配備稀釋風(fēng)機(jī)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(jìn)入RTO 的廢氣濃度波動(dòng)時(shí)，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(jìn)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(jì)，按需要選擇氣動(dòng)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(jìn)風(fēng)機(jī)，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(jí)堿性洗滌塔進(jìn)行吸收；第一級(jí)為冷卻塔，主要起降溫作用，第二級(jí)主要起吸收作用，由于RTO 反洗、超溫時(shí)煙氣溫度較高，第一級(jí)洗滌塔多采用2205 材質(zhì)設(shè)備，第二級(jí)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(shí)例以及切身經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)農(nóng)藥行業(yè)廢氣特點(diǎn)、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(jì)要點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的分析和說明，希望能對(duì)蓄熱式熱氧化爐系統(tǒng)設(shè)計(jì)有所幫助。