VOC廢氣蓄熱式熱氧化處理方法

韓曉強(qiáng)，黃 偉

（北京機(jī)電院高技術(shù)股份有限公司，北京 100027）

1 VOC廢氣處理現(xiàn)狀

揮發(fā)性有機(jī)化合物（Volatile Organic Compounds，VOC）是石油化工過程以及各種使用有機(jī)溶劑的行業(yè)，如噴漆、印刷、制藥、煤化工等行業(yè)排放的最常見的污染物。該類化合物多數(shù)具有刺激性氣味和毒性。部分已被列為致癌物；多數(shù)VOC氣體易燃易爆，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)安全造成威脅。

由于VOC的危險(xiǎn)性，許多國(guó)家頒布法令對(duì)VOC的排放進(jìn)行了管制。歐美國(guó)家于20世紀(jì)90年代前后，對(duì)所有使用有機(jī)溶劑的地方都規(guī)定了排放要求。美國(guó)1990年提高了廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)，將工業(yè)生產(chǎn)中的189種污染物列為有毒污染物，其中大部分為VOC。我國(guó)頒布的《大氣污染防治法》要求對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的有毒氣體進(jìn)行凈化處理，對(duì)可燃性氣體要回收利用；我國(guó)的《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16297-1996）規(guī)定了33種揮發(fā)性有機(jī)物的排放標(biāo)準(zhǔn)，將大部分的其他揮發(fā)性有機(jī)物按非甲烷類烴來處理，并規(guī)定了統(tǒng)一的排放標(biāo)準(zhǔn)（＜l20mg/m3）。去除工業(yè)廢氣中VOC的方法也可以分為破壞性方法和非破壞性方法兩類。破壞性方法如熱氧化法，將VOC氣體轉(zhuǎn)化成CO2和H2O；非破壞性方法即回收法。常用的回收法有活性炭吸附法、冷凝法和膜分離法等[1]。

2 蓄熱式氧化處理方法

熱氧化法是應(yīng)用熱氧化和催化氧化技術(shù)來破壞排放物中的有機(jī)物的方法。蓄熱式熱氧化器（Regenerative Thermal Oxidizer，RTO）與目前國(guó)內(nèi)使用的其他熱氧化技術(shù)的不同之處，是使用陶瓷或其他的高密度惰性材料床從排出燃燒的氣體中吸收并且存儲(chǔ)熱量，再將熱量釋放給冷的進(jìn)口氣體，而不是采用管殼式進(jìn)行兩種流體間的換熱，RTO可達(dá)到98%以上的熱回收效率。

蓄熱式熱氧化器的工作原理是：有機(jī)廢氣經(jīng)預(yù)熱室吸熱升溫后，進(jìn)入燃燒室高溫焚燒（升溫到800℃），使有機(jī)物氧化成二氧化碳和水，再經(jīng)過另一個(gè)蓄熱室蓄存熱量后排放，蓄存的熱量用于預(yù)熱新進(jìn)入的有機(jī)廢氣，經(jīng)過周期性地改變氣流方向從而保持爐膛溫度的穩(wěn)定。

典型的蓄熱式熱氧化處理工藝有如下幾種，分別是蓄熱一體式焚燒工藝流程（一室），如圖1[2]；蓄熱分體式焚燒工藝流程（二室），如圖2[2]；蓄熱一體式焚燒工藝流程（三室），如圖3[3]。

圖1 蓄熱一體式焚燒工藝流程（一室）

圖3 蓄熱一體式焚燒工藝流程（三室）

3 RTO的特點(diǎn)

3.1 廢氣處理量大、效率高

RTO宜用于處理2～8g/m3濃度的有機(jī)廢氣，對(duì)于低熱值氣體（如乙酸乙酯等）濃度可達(dá)12g/m3，特別適用于難分解組分的焚化[3]。相對(duì)于其他處理技術(shù)（例如換熱式熱氧化），RTO的主要優(yōu)點(diǎn)在于熱回收率能達(dá)到98%，而其他系統(tǒng)只能達(dá)到約70%的熱回收率。高的熱回收率使補(bǔ)充燃料的使用量顯著減少，從而節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用。尤其是處理量大、有機(jī)物含量低的工業(yè)氣體，效果更加顯著。

如果要保證較高的飛灰去除率（Destroyed Removal Efficiency, DRE），RTO的高熱回收效率也具有能夠提供較高的熱氧化溫度的優(yōu)勢(shì)。如此便易于處理難分解的有機(jī)物，而系統(tǒng)操作費(fèi)用的增加卻很小。DRE達(dá)到98%～99%是這些系統(tǒng)的典型特點(diǎn)。對(duì)于RTO系統(tǒng)，在填料床中實(shí)現(xiàn)很高的預(yù)熱溫度導(dǎo)致熱氧化過程實(shí)際在床層中就發(fā)生了，這些系統(tǒng)的預(yù)熱溫度通常明顯高于大多數(shù)有機(jī)物的自燃溫度。

3.2 節(jié)能環(huán)保、易維護(hù)

應(yīng)用結(jié)果顯示，對(duì)于給定尺寸的RTO，使用規(guī)整填料相對(duì)于使用松散填料具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）較高的熱效率可降低年燃料費(fèi)用（為60%～65%）；

（2）較低的壓力降可降低年電力費(fèi)用（為14%～78%)；

（3）由于降低了堵塞能力和提高了清潔能力，停歇時(shí)間和維持費(fèi)用也有所降低。

但是，規(guī)整填料在制造和安裝上更昂貴，單位體積的成本是傳統(tǒng)散裝填料的5～10倍。所以應(yīng)用規(guī)整填科比應(yīng)用散裝填料的投資費(fèi)用要高5%～20%。

4 RTO在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用

目前，國(guó)內(nèi)絕緣材料行業(yè)和覆銅板生產(chǎn)行業(yè)所采用的廢氣焚燒爐大部分是直燃式焚燒爐。雖然這種焚燒爐的造價(jià)較低，但燃油的消耗也較大。在燃油價(jià)格不斷飆升的今天，節(jié)約燃油、降低成本已經(jīng)是每個(gè)企業(yè)都非常重視的問題。實(shí)際上，只要在直燃式焚燒爐中增加蓄熱體（蜂窩陶瓷）就可以達(dá)到節(jié)約燃油的目的。在直燃式廢氣焚燒爐中增加蓄熱體以后，不僅起到了蓄熱的作用，而且還起到了第二個(gè)火源的作用，在燃燒機(jī)“熄火”狀態(tài)下，有機(jī)廢氣碰到熾熱的蜂窩陶瓷時(shí)，就會(huì)著火燃燒。

將直燃式廢氣焚燒爐改造成蓄熱式廢氣焚燒爐的費(fèi)用很低，因此，國(guó)內(nèi)絕緣材料行業(yè)和覆銅板生產(chǎn)行業(yè)所使用的直燃式廢氣焚燒爐都可以改造，也很有必要進(jìn)行改造。

5 結(jié)語

蓄熱式熱氧化處理技術(shù)相對(duì)于以前的直燃式焚燒處理技術(shù)有明顯的優(yōu)勢(shì)，該技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)很成熟，但由于成本原因，在我國(guó)尚未普及，蓄熱式的概念也只在少數(shù)工業(yè)窯爐上有所體現(xiàn)。在當(dāng)前能源價(jià)格飆升的背景下，組織力量研究開發(fā)并推廣使用該項(xiàng)技術(shù)，不僅能夠節(jié)約能源和減少環(huán)境污染，還可獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益和顯著的杜會(huì)效益。

[1]周明艷. 蓄熱式熱氧化器處理揮發(fā)性有機(jī)化合物[J].環(huán)境保護(hù)，2001（11）.

[2]曾光龍. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的蓄熱一體式廢氣焚燒爐[J].印制電路信息，2007（5）.

[3]鄒航.蓄熱式廢氣焚燒爐（RTO）在彩涂線的應(yīng)用[J].工業(yè)爐，2010（3）.