農藥行業(yè)有機廢氣蓄熱焚燒爐RTO設計要點探討

張 旭

（沈陽科創(chuàng)化學品有限公司，遼寧 沈陽 110143）

1 農藥行業(yè)廢氣特點

我國是農業(yè)大國，農業(yè)對農藥行業(yè)發(fā)展有一定的依賴，農藥行業(yè)最近幾年產能也在不斷壯大，各種農藥新品種也再不斷創(chuàng)新上市，但是，伴隨著農藥行業(yè)的快速發(fā)展，農藥行業(yè)的三廢排放也困擾束縛著企業(yè)的發(fā)展，尤其是廢氣的排放問題尤為突出，此前農藥行業(yè)污染的重點在廢水和固廢，廢氣經常被人忽視，隨著我國大氣質量的下降，人們對PM2.5的關注，農藥行業(yè)的廢氣排放一時成為眾矢之的，農藥行業(yè)廢氣治理也成為公眾關注的焦點。

農藥生產屬于精細化工范疇，涉及化工單元操作廣，反應步驟多，間歇操作，大量使用易揮發(fā)、易燃易爆的有機溶劑，比如甲醇、乙醇、甲苯、苯、石油醚、乙酸乙酯、氯代烷烴等，所以，在各個單元反應以及化工單元操作時，均會有揮發(fā)性有機廢氣排出，廢氣成分復雜，包含有機物、無機物及粉塵，針對不同的廢氣組成需要采用不同的處理方法，目前工業(yè)生產中應用較多的有吸收法、冷凝法、吸附法、熱破壞法等[1]。由于農藥生產過程中廢氣量較大，濃度較高，污染物成分多為易揮發(fā)有機溶劑以及閾值較低的惡臭氣體，所以，一些吸收、吸附的方法、光催化法不能保證處理效果和達標，所以焚燒法是最佳選擇，而蓄熱式焚燒爐其處理效率更高以及其節(jié)能的特點，使其在農藥企業(yè)廢氣治理過程中得到廣泛應用。

2 蓄熱式焚燒爐工作原理

蓄熱式焚燒爐RTO 的工作原理：把有機廢氣在燃燒室內加熱升溫至760 ℃以上，停留時間大于0.75 s，使廢氣中的VOCs 氧化分解,成為無害的CO2和H2O；氧化時的高溫氣體的熱量被蓄熱體“貯存”起來，用于預熱新進入的有機廢氣，這樣廢氣在切換閥的作用下，周而復始的在蓄熱體內進行熱量交換，從而節(jié)省升溫所需要的燃料消耗，降低運行成本。

RTO 多應用在處理風量較大、中低濃度的有機廢氣，處理VOCs 濃度范圍在（1 000～5 000）×10-6。當VOCs 質量濃度高于2 000 mg·m-3時，不需添加輔助燃料，可以達到自熱平衡運行，VOCs 去除率高達97%～99%，熱回收率大于95%[2]。

目前蓄熱式焚燒爐產品多為雙床和多床RTO，主流產品為三室式RTO。三室式RTO 爐在處理效率和經濟性要求都可以得到滿足。工程上，三室式RTO 處理VOCs 廢氣量范圍一般在80 000 Nm3·h-1以內。

3 工藝設計

在農藥行業(yè)廢氣處理過程中，針對不同廢氣成分，所選的處理工藝也就不同，RTO 系統(tǒng)同樣面臨著將各個處理過程與蓄熱式焚燒爐系統(tǒng)有機的組合在一起，所以，工藝流程的選擇十分關鍵，只有合理的工藝流程，才能保證RTO 系統(tǒng)運行的穩(wěn)定。

由于農藥生產過程中排放的廢氣不僅含有大量的揮發(fā)性有機物，而且還含有大量的無機成分，其中包括氯化氫、硫化氫、氨氣、二氧化硫等，并且在投料、干燥等過程夾帶粉塵顆粒。蓄熱式焚燒爐RTO 采用的燃燒法，主要針對揮發(fā)性有機物的去除，爐內裝有陶瓷蓄熱體進行回收熱量，粉塵顆粒易堵塞蓄熱體，影響廢氣通過蓄熱體，所以，需要預處理將去除粉塵可以以及無機成分。農藥企業(yè)廢氣進入蓄熱式焚燒爐RTO 系統(tǒng)前的一般原則：①需要廢氣前處理，鹽酸、硫化氫、二氧化硫等酸式氣體車間內采取水吸收和堿吸收后才可以引入RTO，避免對后續(xù)設備和爐柵造成腐蝕；②廢氣中含有氨氣的，必須在產生車間內采用多級水吸收后排出，由于RTO 運行溫度在790～850 ℃，氨氣不能被氧化分解，氨氣會與爐內氧化分解后的酸式氣體二氧化硫、二氧化碳、氯化氫結合，在蓄熱體低溫段形成銨鹽，造成蓄熱體堵塞，導致系統(tǒng)阻力增加，嚴重制約系統(tǒng)的連續(xù)溫度運行；③含氯代烷烴的廢氣不宜采用RTO 焚燒，RTO噁焚燒易產生二 英；④含大量粉塵、焦油顆粒、易聚合物質的廢氣不能進入RTO 焚燒；⑤廢氣濃度較高時，需設置氮封、深冷、碳纖維吸附前處理，處理后方可排入。

農藥企業(yè)RTO 系統(tǒng)工藝流程為：混合后的廢氣先進入水封罐，通過風機送入水洗塔洗滌，洗滌后的廢氣通過氣液分離器除去水分后廢有機廢氣進入RTO 設備，吸收蓄熱陶瓷的熱量升溫，在燃燒室被高溫氧化，分解成CO2、H2O 等。凈化后的廢氣先后進入冷卻塔及堿液洗滌塔降溫并除酸，經煙囪排入大氣。RTO 檢修、故障、氣體濃度過高時，廢氣進入旁通廢氣治理系統(tǒng)，廢氣旁通采用活性炭吸附罐吸附后通過煙囪排放。

4 廢氣收集設計

廢氣排放來源多分布在物料儲罐區(qū)、蒸餾、精餾過程、副反應產生氣體、真空泵排氣、壓濾烘干以及污水處理等過程。

罐區(qū)儲罐采用氮封設計進行廢氣控制，設置氮封壓力2 kPa，廢氣排放采用呼吸閥，呼吸閥壓力設置3 kPa，需設置阻火器和水封罐，以保證整個儲罐系統(tǒng)與焚燒系統(tǒng)的有效隔離。

生產車間廢氣按組成進行分類收集，確保廢氣混合不相互發(fā)生反應，在裝置界區(qū)處設置水封和阻火器，并且，安裝VOCS 濃度和LEL 爆炸下限監(jiān)測儀，設置旁路，防止由于生產車間有機廢氣的突發(fā)性濃度異常，給RTO 帶來安全風險。

污水池廢氣收集，多采用加蓋收集方式，一般為玻璃鋼拱形蓋以及反吊膜兩種加蓋方式，廢水池廢氣經過堿性洗滌除水后與其他生產車間廢氣混合后進入RTO 系統(tǒng)。

農藥行業(yè)廢氣成分復雜，易燃易爆，含有腐蝕性，廢氣輸送管道材質的選擇要考慮腐蝕和靜電兩個主要因素，一般采用316L 不銹鋼金屬管道或者玻璃鋼石墨復合管道，其中采用防靜電設計，管道流速不宜過快，最好小于10 m·s-1；并且設計收集管道為負壓運行，考慮壓力平衡，安裝壓力變送器進行監(jiān)控，防止各單元間廢氣亂竄；同時，廢氣輸送管道應在管道拐彎處加泄爆片[3]，泄爆片壓力設置20 kPa，確保管道輸送的安全。廢氣管道要設置排凝導淋裝置，以防止管道積液，夏天管道積液，隨著溫度的升高，會加速有機物的揮發(fā)，會使進氣濃度升高，帶來安全問題；冬季管道積液，尤其廢氣含水較多，會堵塞管道，影響廢氣輸送。

5 RTO 蓄熱爐的設計

5.1 燃燒室

根據2020年1月14日中國生態(tài)環(huán)境部頒布HJ1093—2020《蓄熱燃燒法工業(yè)有機廢氣治理工程技術規(guī)范》規(guī)定，燃燒室溫度高于760 ℃，廢氣在燃燒室停留時間不少于0.75 s；兩室RTO 凈化效率不低于95%，多室RTO 凈化效率不低于98%；設計氣量按105%進行設計。但是，為了更好地凈化效率，實際RTO 燃燒溫度應按820 ℃進行設計，停留時間大于1.5 s 進行設計[4]。同時需要配備燃燒器，輔助燃料為天然氣或柴油，提供熱量滿足蓄熱焚燒裝置進出口氣體溫度差的要求。

5.2 材質選擇

爐體采用8 mm 碳鋼板連續(xù)焊接制作，內襯陶瓷纖維保溫，按1 200 ℃進行設計；農藥生產過程中排放的廢氣含有大量有機硫化物，有機鹵化物，高溫氧化分解為二氧化硫、氯化氫等腐蝕性氣體，所以，蓄熱爐爐柵材質的選擇十分重要，一般多選用2205 雙相不銹鋼材質，雙相不銹鋼具有優(yōu)良的耐氯化物、晶間腐蝕性能。

5.3 蓄熱室

蓄熱室設計要求：熱回收率大于90%，進出口溫差不大于60 ℃，系統(tǒng)阻力小于3 000 Pa，蓄熱室截面流速小于2 m·s-1；蓄熱體一般選用蜂窩和MLM陶瓷填料兩種中的一種；蓄熱體比熱容不低于750 J·kg-1·K-1,短時間可承受1 200 ℃沖擊，使用壽命40 000 h；蓄熱室蓄熱體按照鞍環(huán)及蜂窩或MLM組合設計, 散堆的鞍環(huán)填料起到分布氣體的作用。

5.4 切換閥

切換閥是蓄熱式焚燒爐的核心部件，需要考慮腐蝕、切換時間、密封及泄露量等問題。RTO 切換閥之前一直采用氣動蝶閥，但是，隨著提升閥產品的出現，氣動蝶閥被提升閥所替代，提升閥分為豎直和水平提升閥兩種，宜選用水平式提升閥，提升閥材質與爐柵材質相同，均需選用2205 雙相不銹鋼，閥室底部需要設置排凝導淋設施。

6 安全設計

6.1 LEL 爆炸下限設置

農藥生產排放的廢氣多數為易燃易爆氣體，嚴格控制進入蓄熱式熱氧化爐的廢氣濃度，RTO 爐入口濃度必須低于爆炸下限LEL 的25%，是預防爆炸事故最有效、最直接的辦法，是本質安全措施，所以RTO 系統(tǒng)需要設置LEL 監(jiān)測儀，分為PID、FID、FTA 等方法，FTA 氫氣火焰溫度監(jiān)測儀最為穩(wěn)定。LEL 監(jiān)測儀設置的位置需要考慮輸送管道直徑、長度、輸送氣量，閥門切斷時間，LEL 監(jiān)測儀的響應時間，所以需要設置在足夠遠的距離，或設置緩沖罐，給濃度檢測儀及閥門動作留下足夠響應時間,體積要合理設置[5]。

6.2 新鮮風稀釋閥門

RTO 必須設置新風閥門, 開車采用新鮮風開車，同時設置吹掃風機；對于高濃度廢氣, 需要配備稀釋風機或稀釋新風口，將廢氣濃度稀釋到爆炸下限LEL25%以下。

6.3 緊急釋放

第一，熱旁通閥設置，進入RTO 的廢氣濃度波動時，造成爐內溫度的驟然升高，RTO 設置熱旁通閥泄放高溫及泄壓，避免安全事故；第二，泄爆片設置，在廢氣輸送管道以及RTO 進氣閥室設置泄爆片，降低爆炸事故帶來的損失。

6.4 安全聯鎖及UPS

RTO 采用PLC 或DCS 控制，關鍵設備安全儀表系統(tǒng)應不低于SIL1 標準設計，按需要選擇氣動閥門；配置UPS 應急電源和壓縮空氣緩沖罐，保證停電狀態(tài)下，安全停車；合理設置安全聯鎖，例如濃度高，切斷進風機，系統(tǒng)離線；溫度高，打開稀釋風閥，打開熱旁通等。

7 尾氣處理

RTO 排放的煙氣主要成分為二氧化硫、氯化氫等酸式氣體，需要采取兩級堿性洗滌塔進行吸收；第一級為冷卻塔，主要起降溫作用，第二級主要起吸收作用，由于RTO 反洗、超溫時煙氣溫度較高，第一級洗滌塔多采用2205 材質設備，第二級堿洗塔可選用玻璃鋼材質，洗滌塔可設置填料，也可以不設置填料，以噴淋密度保證洗滌塔的處理效果。

8 結束語

綜上所述，蓄熱式熱氧化爐在農藥行業(yè)應用廣泛，本文結合工程實例以及切身經驗，針對農藥行業(yè)廢氣特點、蓄熱式熱氧化爐工作原理、農藥行業(yè)RTO 系統(tǒng)典型工藝路線、安全控制以及其他設計要點進行詳細的分析和說明，希望能對蓄熱式熱氧化爐系統(tǒng)設計有所幫助。