蓄熱式焚燒爐在制藥行業的應用

張紅偉

摘? 要：本文以某制藥廠RTO處理系統為研究對象，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系統運行狀態進行統計分析，同時對沼氣和甲醇廢液兩種供熱條件下的經濟效益進行分析。結果表明，采用兩種供熱方式，RTO系統處理效率均保持在99%以上的高效率，且處理系統穩定;同時利用廠房產生的沼氣與甲醇廢液，以無害化、資源化的方式極大降低RTO系統的運行費用，優化了RTO系統在運行方面的經濟性與節能性，實現較高的社會效益和經濟效益。

關鍵詞：RTO? 沼氣? 甲醇? 供熱方式? 經濟效益

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，產生的高溫氣體流經特制的陶瓷蓄熱體，使陶瓷升溫而“蓄熱”，此“蓄熱”用于預熱后續進入的有機廢氣，周而復始，連續工作[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、熱回收效率高的優勢，而廣泛應用在制藥行業揮發性有機化合物治理方面。同時，隨著《蓄熱燃燒法工業有機廢氣治理工程技術規范》（HJ 1093-2020）的頒布，以及政府對揮發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性有機化合物治理的首選設備。但是蓄熱式焚燒爐也存在設備成本較高、占地面積較大的缺點，因此，在高效、穩定的基礎上，著重優化蓄熱室焚燒爐在運行方面的經濟性與節能性，為蓄熱式焚燒爐提供更加廣闊的應用前景。

本文以浙江某制藥廠有機廢氣治理系統的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保系統的經濟效益情況。

1? 蓄熱式焚燒爐系統設計說明

投入建設的RTO處理系統如圖1，含RTO爐體、閥門系統、旁路系統、驅動系統、新風系統、供熱系統、安全系統、檢測系統。閥門系統包括進氣閥、補新風閥、爐膛泄壓閥，以及爐體風向切換閥、熱旁路閥、壓力調節閥。儀表系統包括壓力與溫度儀表。安全系統包括泄爆口、阻火器、控制連鎖（溫度、壓力）。RTO爐設計處理能力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負壓設計，每個蓄熱室內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供熱系統設有兩套，分別為甲醇液體燃燒機和沼氣燃燒機位于爐體燃燒室，利用廠房現有沼氣能源和生產副產物甲醇液體進行供熱是本次項目設計的亮點，體現節能理念。來自制藥車間的有機廢氣由風機送入RTO爐，RTO設定運行周期，通過切換進氣、排氣、反吹閥門實現蓄熱室的功能切換，單塔切換次序為進氣→吹掃→排氣→進氣，3個塔各自循環切換運行，實現氧化蓄熱的過程。RTO設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? 應用效果分析

RTO處理系統，應用于浙江某制藥廠，用于生產車間中低濃度有機廢氣的處理。整套處理系統于2018年11月完成安裝調試工作。在系統設備調試、試運行的同時，進行了一系列數據采集與分析。

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凈化效率已經達到99%以上，綜合經濟和排放要求，則本項目設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，在系統調試過程中，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。基于上一結論，設定RTO運行爐溫800℃，并以RTO爐設計處理能力12000Nm3/h，VOCs提供的平均熱值為6523kcal/kg，計算RTO系統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，系統去除效率基本保持在99%以上的高效率。調試結果一方面體現了沼氣、甲醇不同供熱系統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、穩定性與可靠性造成影響，證明了整個處理系統穩定高效。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? 工程應用情況

RTO系統處理能力保持在12000Nm3/h，正常運行參數內，不同工況下系統去除效率如表1。由表可見，在處理系統正式運行過程截取的四組處理數據，均體現系統的高效性、穩定性與可靠性，且整套系統從竣工驗收至今一直用于生產，運行狀況良好，處理效果優越。

4? 經濟性分析

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約能源，進而帶來巨大的經濟效益。浙江某制藥廠車間正常生產期間，RTO入口廢氣總濃度在1～2.5g/m3之間，而RTO系統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個工況數據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，給出整個系統年平均節約能源以及帶來的經濟效益情況，見表2。表中可見，該項目利用廠區現有沼氣和甲醇副產物，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，實現較高的經濟效益。

5? 結語

通過對浙江某藥廠RTO處理系統調試及應用數據的分析得到如下結論。

（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穩定高效。

（3）針對爐膛溫度與入口濃度的調試分析，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，利用廠房現有沼氣與甲醇，資源綜合利用，以無害化、資源化的方式實現較高的社會效益和經濟效益，極大降低設備的運行費用。

參考文獻

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