摘要：采用蓄热式热氧化炉（RTO）处理医化行业排放的挥发性有机废气，通过组合喷淋系统和优化设计参数，使一般特征污染因子的平均净化效率达到95%以上，浓度远低于《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）中的二级标准，热回收效率达95%以上；含氯元素废气处理后的尾气中，二英浓度小于0.019TEQng/m3，表明RTO适用于医化行业挥发性有机废气的处理。
1引言
医化行业在生产过程中会排放大量挥发性有机物（VOCs），其中大部分是有毒有害及恶臭类物质，控制不到位必将污染大气环境，严重危害人体健康。由于医化行业使用的有机溶剂种类多，排放物成分复杂且不稳定，导致产生的废气处理难度大，一般的处理技术较难达到预期的处理效果，因此需要寻求一种净化效率高、适用范围广的处理技术。
目前，VOCs的末端处理技术很多，有吸收、低温等离子、光催化、生物净化、吸附、催化氧化、锅炉热力焚烧、蓄热式热氧化（RTO）等。吸收法的净化效率可达80%～90%，但有二次污染，且对非水溶性物质的净化效率低；低温等离子、光催化和生物法一般仅适用于低浓度废气的处理；吸附法净化效率可达90%以上，但如不再生回收，运行费用偏高，如再生回收则要求回收物质易脱附且有利用价值；催化氧化净化效率较高，但催化剂费用昂贵，且废气中不能有使催化剂失活的成分；锅炉热力焚烧净化效率高，但需依托锅炉，使用场合受限制；RTO的净化效率和热回收效率高，适用性广，可以满足严苛的处理要求。
2000年后，在引进消化国外RTO的基础上，国内生产的RTO逐步应用于涂装、印刷、化工等行业，但在医化行业应用很少。本文讨论将三室RTO应用于医化废气的末端处理，取得了较好的环境和社会效益。
2工程设计
2.1项目概况
浙江某医化企业主要从事原料药及制剂的生产和销售。在日常生产过程中，反应釜、离心机母液槽、真空泵、干燥机及储罐等设备中都会产生废气，废气中主要含有二氯甲烷、甲醇、乙醇、乙酸乙酯、甲苯、乙酸丁酯、氯甲烷、三乙胺、乙腈、丙酮、DMF、异丙醇、2-甲基四氢呋喃等挥发性有机物和少量氯化氢。
企业目前已经对车间产生的废气进行了收集，并计划采用活性炭吸附装置作为末端处理手段。但由于废气的挥发性有机组分中，部分含有不饱和键，因而会影响活性炭的脱附再生，而且由于废气成分复杂，即使能够再生回收，也无可利用性，回收的物料还需要作为危废进行处理处置，增加了企业负担。对比活性炭吸附装置，RTO适用于对该废气进行处理，因此企业决定新增一套RTO作为末端处理设施，并验证了对该废气的净化效果。
2.2设计条件
根据企业已经采取的收集措施，设计总风量为2万m3/h。车间生产过程中，挥发性有机组分的浓度波动很大，其中甲醇、甲苯、二氯甲烷和丙酮的浓度相对较高，测定大部分时间总VOCs的浓度均高于1500mg/m3，有相当长的时间段高于2000mg/m3，个别数据甚至接近4000mg/m3。
2.3工艺设计
RTO的废气处理工艺流程图见图1。
车间产生的废气，预处理后由主引风机送1#碱洗塔，除去大部分氯化氢，以降低对后续设备的腐蚀；接着经阻火器，阻断可能产生的回火，避免安全事故；再进入PP缓冲罐，缓冲罐起气体混合、缓冲和泄爆作用；然后废气经鼓风机送RTO进行焚烧处理；焚烧后的废气通过水冷却塔、2#碱洗塔，经降温和除去酸性气体后，由出口风机送排气筒达标排放。在主引风机前的总管上安装VOCs在线检测仪，当检测到废气进口浓度过高（超过5000ppm）时，通过阀门切换使废气由主引风机送活性炭吸附塔，经排气筒应急排放。
其中，RTO采用三个蓄热室，工艺流程图见图2。
废气经鼓风机送RTO后，先进入蓄热室1的陶瓷蓄热层（该陶瓷层已经把上一循环的热量“贮存”起来），陶瓷释放热量温度降低，使废气升至较高的温度（约700℃）后进入燃烧室；在燃烧室中，由PLC自动控制燃烧器并补充燃料，使废气进一步升温并维持污染物氧化所需温度（760℃～800℃），并留有足够的停留时间（不小于1.5s），将废气中的VOCs充分氧化成CO2和H2O；氧化后的高温尾气离开燃烧室进入蓄热室2，释放热量使尾气温度降低后离开RTO，而蓄热室2的陶瓷吸热升温，“贮存”大量的热量用于下个循环加热使用；处理后的尾气离开蓄热室2时，引回一部分干净尾气清扫吹扫蓄热室3，使蓄热室3残存的废气重新返回燃烧室处理，使VOCs的净化效率达到98%以上。如此不断地交替进行，一般情况下，RTO的排气温度高于进气温度不超过30℃～100℃，实现低温达标排放。
2.4工程特点
（1）在废气进入RTO前，需尽量除去酸性气体，减轻废气对RTO的腐蚀，蓄热室炉栅采用耐温防腐浇注材料整体浇注而成，在降低投资费用的同时提高RTO的使用寿命。
（2）由于大部分VOCs都是易燃易爆的气体，所以在废气进入RTO前的总管上，距RTO足够距离处设置VOCs可燃气体在线检测仪，用于测定废气的VOCs可燃气体的浓度，给RTO前的阀门留有足够的切换时间，确保进入RTO的VOCs可燃气体浓度小于混合气体爆炸下限的1/4[10]。在进入RTO的鼓风机前设置阻火器，防止回火；设置缓冲罐，起调节废气浓度兼具泄爆的功能。
（3）设计处理废气在RTO燃烧室停留时间不小于1.5s，炉膛燃烧温度大于820℃，以确保RTO对VOCs具有较高的净化效率。
（4）在废气进RTO前设置缓冲罐，混合废气使进气浓度平稳；设计RTO壳体内耐火保温层厚度为240mm，材料为硅酸铝耐火纤维，使RTO壳体外表温度不大于65℃。
（5）陶瓷蓄热层起到气流定期转换过程中的吸热放热功能，可以使RTO进出口废气的平均温差控制在30℃~100℃，降低排烟温度，减少RTO的能源消耗以降低运行费用。
（6）在废气收集过程中尽量减少含氯废气进入RTO，并设计RTO具有合理的蓄热室尺寸，缩短燃烧后的高温废气在释放热量降温过程中的时间，确保废气在中温区（300℃～500℃）的停留时间小于2s，减少二英类物质的产生。
3运行效果
将RTO用于该医化企业的废气处理，经过一段时间调试后，该处理系统进入稳定运行阶段，浙江省环境监测中心于2013年8月对废气处理设施进行了验收监测。监测结果表明，特征污染因子的平均净化效率大部分都在95%以上，满足《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）中新污染源二级标准。VOCs类的监测数据见表2。
由于企业使用大量的二氯甲烷，环境监测部门也对出口的二英类进行了验收监测。二英类浓度平均值分别为0.019TEQng/m3和0.011TEQng/m3，远低于《危险废物焚烧污染控制标准》（GB18484-2001）中二英类的浓度标准限值0.5TEQng/m3。监测结果见表3。
4经济指标
RTO+喷淋系统的总投资费用约300万元。
RTO+喷淋系统的总装机容量97.5kW，运行功率为70.5kW，按70%的运行效率，0.7元/kW˙h的电价，则每日产生的电费为829.1元。系统正常运行后，日平均最大天然气用量为300m3，按3.2元/m3
的天然气价格，每日消耗的天然气费用为960元/d；日消耗30%的液碱约150kg/d，按1000元/t的液碱价格，每日消耗的液碱费用为150元。
按年运行300天计，总运行费用约为58.17万元/a。
5结论
（1）RTO适于处理中低浓度的医化废气，适用范围广，具有很好的净化效率，特征污染因子的平均净化效率一般都在95%以上，使处理后的废气达标排放，是一种值得推广的医化废气末端处理设备。
（2）RTO的热回收效率高，在保持壳体外表温度65℃以下的同时，将废气进出口温差控制在30℃～120℃，可使热回收效率达到95%以上，降低了运行费用。
（3）在废气存在含氯有机物时，通过优化RTO的设计参数，尽量减少净化后的废气在中温区的时间，确保停留时间小于2s，使二英类平均排放浓度小于0.019TEQng/m3。
原标题：蓄热式热氧化炉处理医化废气
