RTO焚燒工藝處理VOCs廢氣的技術及其經(jīng)濟性探究

煙臺顯華化工科技有限公司 山東 煙臺 264006

前言

山東某有機化工行業(yè)在車間生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量有機廢氣，廢氣的主要成分為苯、甲醛、甲醇、異辛醇等VOCs，為防止廢氣危害人的健康、污染周邊環(huán)境，必須對其進行有效遏制，并且改善周邊環(huán)境的空氣質(zhì)量。本文從有機廢氣焚燒的角度，對蓄熱式焚燒爐（RTO）用于處理車間VOCs有機物的經(jīng)濟性進行評價。

揮發(fā)性有機物(Volatile Oganic Compounds，VOCs)一般是指飽和蒸氣壓較高(20℃下大于或等于0.01 kPa)、沸點較低、分子量小、常溫狀態(tài)下易揮發(fā)的有機化合物。廣泛來源于石油化工、有機化工、化學制藥、溶劑使用、“三廢”處理和煤炭燃燒等人為污染源和森林、植被和農(nóng)作物等天然污染源[1]。

再生熱氧化分解器（Regenerative Thermal Oxidizer，簡稱RTO），又稱蓄熱式焚燒爐。該技術是將有機廢氣加熱，達到高溫條件后直接氧化分解成CO2和H2O從而處理廢氣污染物，并回收分解時產(chǎn)生的熱量，是一種處理中高濃度有機廢氣的節(jié)能型環(huán)保裝置[2]。

1 三室RTO焚燒爐優(yōu)點

三室RTO焚燒爐經(jīng)過多年的應用改進，其主要優(yōu)點如下[3-4]：

（1）幾乎可以處理所有有機廢氣，特別適用于有機物含量低的碳氫化合物的焚化

（2）可適應廢氣中有機物組成和濃度的變化波動，對廢氣中含有少量粉塵等固體顆粒物不敏感

（3）采用蓄熱載體進行換熱，加熱速度快，低溫換熱效率高，排煙溫度低，節(jié)能效果顯著

（4）爐內(nèi)溫度整體逐漸升高且分布均勻，燃燒溫度高、速度快、噪聲低，煙氣在爐內(nèi)高溫停留時間長，有效減少

2 除霧器+風機+三室RTO的工藝說明

除霧器+風機+三室RTO的焚燒工藝具有風量較小、濃度相對較高的特點。設

計處理風量為24000Nm3/h，末端主風機采用變頻控制，風機可根據(jù)前端的風量運行情況進行變頻運行，從而減少其運行成本。

其主要工藝過程為：

（1）各車間廢氣通過管道收集后，匯集到混合靜壓箱中，混合靜壓箱作為廢氣混合均勻、儀表響應緩沖保護的作用，廢氣經(jīng)過混合靜壓箱后進入三室RTO設備進行處理

（2）經(jīng)混合后的廢氣進入蓄熱室A的陶瓷蓄熱體（該陶瓷蓄熱體“貯存”了上一循環(huán)的熱量），陶瓷蓄熱體放熱降溫，而有機廢氣吸熱升溫，廢氣離開蓄熱室后以較高的溫度進入氧化室，有機廢氣在氧化室中由VOC氧化升溫或燃燒器加熱升溫至氧化溫度 825℃以上，使其中的VOC成分分解成二氧化碳和水。

（3）廢氣在氧化室中焚燒，凈化的高溫氣體后離開氧化室，進入蓄熱室B（在前面的循環(huán)中已被冷卻），放熱降溫后排出，而蓄熱室B吸收大量熱量后升溫（用于下一個循環(huán)加熱廢氣），凈化后的廢氣經(jīng)煙囪排入大氣，同時引小股凈化氣清掃蓄熱室 C

（4）循環(huán)完成后，進氣與出氣閥門進行一次切換，進入下一個循環(huán)，廢氣由蓄熱室 B 進入，蓄熱室C排出。切換周期為90～120s，切換之后，清掃蓄熱室A。交替運行。

3 公用工程需求統(tǒng)計

壓縮空氣壓力0.6MPa ；給水壓力0.3MPa；裝機功率180kW；天然氣壓力0.05MPa

4 RTO系統(tǒng)運行費用核算

4.1 電費

系統(tǒng)耗電量的計算（按照制每天運行 24h、每年330天計算、電費0.8元/度），由于風機變頻，按照平均60%的負荷計算。

離心風機耗電量：75×0.6×24=1080度；助燃風機耗電量：7.5×0.6×24=108度；其他附件設備耗電2度。合計1190度/天。

廢氣治理系統(tǒng)設備年運行功率為1190度/天×330天=392，700度；年運行費用：392700×0.8=31.42萬元。

4.2 天然氣費

（1） 廢氣處理系統(tǒng)正常運行時天然氣消耗

根據(jù)工程實際情況，正常生產(chǎn)時溶劑的廢氣濃度為2000～2500mg/m3，廢氣入口溫度20℃，處理風量為24000Nm3/h，廢氣中的主要成分為苯、甲醇等。苯的熱值為40579KJ/kg；甲醇的熱值為21324KJ/kg；此次設計按照 VOCs中苯含量80%，甲醇含量 10%，甲醛含量10%。

按照RTO的凈化效率為98% ；則實際在 RTO 中氧化分解的VOCs量：2250×24000×98%/1000000=52.92kg/h，根據(jù) VOCs成分及組成，通過理論計算混合氣體的熱值為36364KJ/kg。則VOCS提供的熱量為：Q 供=36364×52.92 =1924382KJ/kg?？偟臒崃繐p耗Q損=1242115+117000=1359115KJ/h。綜上計算：Q供＞Q損，則整個系統(tǒng)無須天然氣能夠維持自供熱。

（2） 廢氣冷啟動時的天然氣用量

冷啟動的時間為4h，天然氣的熱值為8200kcal。根據(jù)理論核算，則三室RTO冷啟動預熱完畢需要消耗天然氣71Nm3/h。按照年啟動次數(shù)為4次，則天然氣的消耗量為71×4×4=1136Nm3。年運行費用：1136 ×3.76= 0.43萬元

4.3 年運行費用匯總

RTO廢氣處理系統(tǒng)運行費用總計為31.82萬元，包含電費31.42萬元，天然氣費0.43萬元，壓縮空氣費0.97萬元（電費0.8元/度，燃氣費3.76元/m3，壓縮空氣0.15元/m3）。