制藥企業(yè)RTO系統(tǒng)堵塞原因分析和解決措施探討

蔣騰飛，劉益榮,吳龍飛(.浙江普洛家園藥業(yè)有限公司，浙江 東陽 8； .普洛藥業(yè)股份有限公司，浙江 東陽 8；.東陽市遠(yuǎn)航環(huán)境監(jiān)測有限公司，浙江 東陽 8)

0 引言

在當(dāng)今社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，為達(dá)到經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展和美麗中國建設(shè)，滿足人民日益增長的美好生活需要，國家對化工行業(yè)排放的揮發(fā)性有機(jī)廢氣提出了迫切的治理要求。生態(tài)環(huán)境部相繼頒布了《揮發(fā)性有機(jī)物治理攻堅(jiān)方案》《制藥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和《揮發(fā)性有機(jī)物無組織排放控制標(biāo)準(zhǔn)》等法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)來強(qiáng)化治理。

1 VOCs廢氣處理方法

制藥工業(yè)排放的VOCs廢氣產(chǎn)生量大，成分復(fù)雜，如何對有組織和無組織VOCs廢氣實(shí)施有效處理是制藥企業(yè)面臨的迫切問題。當(dāng)前，制藥工業(yè)中VOCs廢氣凈化技術(shù)主要包括冷凝法、吸收法、吸附法、燃燒法、生物法、等離子法等[1]。對不具回收價(jià)值的VOCs廢氣治理，熱氧化法是應(yīng)用較廣的處理方法，分為熱力燃燒式、間壁式、蓄熱式三種形式，其基本原理是VOCs組份與O2發(fā)生氧化反應(yīng)，生成CO2、H2O。

2 蓄熱式氧化技術(shù)

企業(yè)采用的三室蓄熱式氧化爐主要由燃燒室、蓄熱室、切換式提升閥組成，三個(gè)蓄熱室中的蓄熱材料選用陶瓷填料，可處理具有一定腐蝕性或含少量顆粒物的廢氣。蓄熱式焚燒爐是把生產(chǎn)排出的有機(jī)廢氣溫度提升到680～1 050 ℃，在此高溫下使VOCs氧化分解成二氧化碳和水，大量熱能從煙氣中轉(zhuǎn)移至蓄熱體，用來加熱下一次循環(huán)的待分解有機(jī)物[2]。三個(gè)蓄熱室交替轉(zhuǎn)換從而減少熱量損耗，確保了RTO系統(tǒng)95%以上的熱回收效率，VOCs凈化效率達(dá)到99.5%以上。RTO系統(tǒng)具有安全性高、去除率高、熱回收率高、自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)，做到環(huán)保無害化處理的同時(shí)有較高的經(jīng)濟(jì)性。

3 RTO系統(tǒng)堵塞物組分分析

制藥工業(yè)RTO焚燒爐隨著運(yùn)行時(shí)間的累積，會出現(xiàn)系統(tǒng)負(fù)壓變差，風(fēng)機(jī)負(fù)荷變大，風(fēng)量明顯減小。正常運(yùn)行時(shí)RTO系統(tǒng)進(jìn)出口壓差為4 000 Pa，隨著堵塞的累積，壓差會升至約7 000 Pa。同時(shí)RTO煙氣排放口非甲烷總烴在線監(jiān)測數(shù)據(jù)較正常值高了十幾毫克每升。這種現(xiàn)象的原因?yàn)樾顭狍w堵塞和堵塞物影響了提升閥的密封性，導(dǎo)致微量廢氣未經(jīng)處理溢出。為了保證RTO的有效處理能力和處理效果，需對RTO停機(jī)降溫進(jìn)入檢查和清洗，從而影響了RTO系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

我們在一套RTO系統(tǒng)堵塞檢查過程中進(jìn)行了取樣，分別在前置引風(fēng)機(jī)表面處(樣品1)、RTO系統(tǒng)蓄熱體進(jìn)口管道處(樣品2)、RTO系統(tǒng)蓄熱體出口管道處(樣品3)進(jìn)行取樣分析，所取堵塞物樣品采用105 ℃烘干恒重，烘干物質(zhì)用定量的水溶解并用濾紙過濾，過濾完的濾紙?jiān)?05 ℃烘干恒重，計(jì)算得樣品1、樣品2、樣品3的可溶解性物質(zhì)含量占比分別為88.17%、30.60%、53.40%。經(jīng)初步討論判斷，堵塞物中含有大量的水溶解性鹽，其中引風(fēng)機(jī)處的鹽占比相對較高，RTO系統(tǒng)進(jìn)口處的鹽較低。可能為車間廢氣中夾帶鹽分，或酸堿廢氣反應(yīng)生產(chǎn)的鹽與風(fēng)機(jī)葉輪接觸形成，RTO系統(tǒng)進(jìn)口鹽分降低可能是鹽在熱風(fēng)的作用下部分被熱分解導(dǎo)致，RTO系統(tǒng)出口中鹽分出現(xiàn)了明顯的增加，應(yīng)該是燃燒后冷卻形成的新形式的鹽組分。

我們在兩次RTO系統(tǒng)堵塞檢查過程中取樣的樣品進(jìn)行元素分析，樣品經(jīng)X-射線熒光光譜儀(能量色散型ED-XRF)檢測主要元素結(jié)果如表1所示。

表1數(shù)據(jù)判斷前置引風(fēng)機(jī)中物質(zhì)主要為含硫元素的鹽。RTO系統(tǒng)進(jìn)口處鋁硅鐵鎂元素氧化物含量占比較高，達(dá)到約30%，多為陶瓷蓄熱體氧化及設(shè)備表面磨損腐蝕掉落。RTO系統(tǒng)出口處鋁硅元素氧化物含量占比明顯下降，氯、硫元素顯著升高，判斷為部分硫酸鹽和氯化物形成。

表1 堵塞物中元素含量的分析

我們對企業(yè)內(nèi)另一套RTO系統(tǒng)堵塞情況進(jìn)行檢查分析，同樣取RTO系統(tǒng)進(jìn)口堵塞物進(jìn)行分析，該樣品呈土黃色，稱取樣品0.7 g溶于1 L水中，基本溶解且水溶液呈黃褐色。采用納氏試劑分光光度法檢測溶液中氨氮濃度，測得氨氮濃度為124 mg/L，采用原子吸收分光光度法檢測得到三價(jià)鐵濃度為15 mg/L，結(jié)合該套焚燒爐焚燒廢氣組分主要含鹽酸、二氯甲烷、氨氣等特性，推斷RTO進(jìn)口處堵塞物主要為氯化銨和氯化鐵兩種鹽，組分比例大約為氯化銨占70%，氯化鐵占30%。這也導(dǎo)致該套RTO設(shè)備在生產(chǎn)期間堵塞情況較為明顯，酸氣對廢氣設(shè)備腐蝕程度不可小視。

不同RTO系統(tǒng)處理的廢氣組分不同，堵塞情況、堵塞物的組成會有些變化，但也可以從進(jìn)入RTO廢氣組分大致判斷堵塞物的組分。

4 RTO系統(tǒng)堵塞原因分析

根據(jù)上述對堵塞物成分的分析，RTO燃燒室及陶瓷蓄熱體堵塞的主要原因還是鹽分的堵塞，綜合考慮堵塞物形成的原因主要有以下四點(diǎn)：

(1)車間排放大量酸堿組分的廢氣進(jìn)入RTO總管道，在總管中就發(fā)生酸堿反應(yīng)形成鹽，結(jié)合廢氣中的其他顆粒物附著在管壁、前置引風(fēng)機(jī)、除霧器、阻火器、蓄熱體下室體等部位。雖然RTO燃燒室或引風(fēng)機(jī)前設(shè)置了除霧器，但總管風(fēng)速很快，無法完全除去。酸堿和鹽的存在導(dǎo)致總管和除霧器腐蝕嚴(yán)重，甚至RTO蓄熱體都造成腐蝕剝落，大量鐵、硅、鋁等元素的剝落加劇了RTO蓄熱體下室體的堵塞。

(2)污水處理系統(tǒng)產(chǎn)生的廢氣含有微量的粉塵及污泥顆粒(微生物)，污泥成分還含有機(jī)質(zhì)、水、鹽及磷等物質(zhì)，進(jìn)入RTO會附著在引風(fēng)機(jī)表面，燃燒后無機(jī)物會黏附在陶瓷及燃燒室體表面。另外，污水處理厭氧段、兼氧段產(chǎn)生的廢氣中，不僅含甲烷氣體，還有有機(jī)酸、大量的氨氣、硫化氫等氣體，高濃度時(shí)產(chǎn)生的鹽及硫化物等極易引起RTO蓄熱體進(jìn)出口的堵塞。

(3)廢氣在RTO燃燒室內(nèi)燃燒，有時(shí)廢氣的濃度及熱值高時(shí)會使RTO上室體溫度超溫，即超過上限溫度1 050 ℃，在超溫壞境下會對陶瓷蓄熱體進(jìn)行破壞，破損的碎片會使堆積密度變大，減小廢氣通量導(dǎo)致風(fēng)機(jī)負(fù)荷變大，系統(tǒng)負(fù)壓變差。

(4)廢氣中含P、S及鹵素氣體經(jīng)過RTO燃燒后會產(chǎn)生酸性氣體，有的RTO系統(tǒng)設(shè)計(jì)了利用引風(fēng)機(jī)引上室體高溫廢氣進(jìn)入燃燒室前端預(yù)熱進(jìn)氣的功能，這部分酸性氣體會對RTO燃燒室、煙氣出口設(shè)備、引風(fēng)機(jī)及燃燒室進(jìn)口管道產(chǎn)生腐蝕，腐蝕反應(yīng)產(chǎn)生的硫酸鐵、氯化鐵等會堆積在RTO室體及陶瓷蓄熱體中。

5 減少RTO堵塞的措施

從上述堵塞原因分析，解決堵塞的措施主要是盡可能降低廢氣中的顆粒物含量、酸堿組分濃度、含鹵廢氣濃度和穩(wěn)定RTO運(yùn)行溫度等，可以從如下三個(gè)方面進(jìn)行改善：

(1)梳理車間物料，進(jìn)一步降低氨氣、有機(jī)氮的廢氣進(jìn)入RTO，進(jìn)一步減少酸性氣體和含鹵素廢氣進(jìn)入RTO。可通過對生產(chǎn)工藝的優(yōu)化，對含物料進(jìn)行替代、減量；通過冷媒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化、升級改造增加酸堿物料回收率；增加車間酸堿廢氣預(yù)處理系統(tǒng)，優(yōu)化尾氣處理系統(tǒng)的運(yùn)行效率等手段來實(shí)現(xiàn)。

(2)增強(qiáng)進(jìn)入RTO前的尾氣吸收塔的除霧效果，減少廢氣中水汽、鹽分夾帶。

(3)在RTO設(shè)計(jì)時(shí)考慮系統(tǒng)抗腐蝕性能，選擇優(yōu)良的管材、蓄熱體材料等。廢氣進(jìn)入RTO之前進(jìn)行預(yù)熱，可以減少濕氣腐蝕，增加部分低熔點(diǎn)固體的揮發(fā)而減少堵塞。

6 結(jié)語

綜上所述，為了保證RTO的長期有效穩(wěn)定運(yùn)行，需要在RTO前期設(shè)計(jì)上做好設(shè)備內(nèi)結(jié)鹽的優(yōu)化處理，同時(shí)加強(qiáng)車間前端廢氣的預(yù)處理，減少廢氣中的水汽、鹽分及顆粒物的夾帶，減少會產(chǎn)生鹽分的酸堿廢氣進(jìn)入RTO系統(tǒng)。