两种焚烧炉在制药企业废气治理中的应用

文章阐述了化学制药企业面临的废气VOCs整治压力，介绍了RTO蓄热焚烧炉和VAR直燃炉的工作原理、适用范围，以及化学制药企业VOC废气种类，提出RTO和VAR焚烧炉组合应用治理化学制药各过程废气的可行性，并对某化学制药企业RTO焚烧炉和VAR焚烧炉的运行效率、运行参数、运行费用进行了分析总结，证实了RTO和VAR的组合可以成功实施，彻底解决制药企业废气问题。
化学制药行业面临的环保压力日益增大，特别是随着《中华人民共和国大气污染防治法》的出台，企业面临的VOC整治、臭气整治压力更加凸显。公众对雾霾天气危害重视程度的提高，更是将矛头指向了工业企业，化学制药行业更是因为使用的危险化学品种类繁多，成为重污染行业的代表之一。为了解决废气问题，很多制药企业采取了化学喷淋吸附法、等离子法、生物滴滤法、活性炭吸附法、焚烧法、分子筛吸附浓缩法等处理各类废气，其中焚烧法处理有机废气是目前全球公认的治理有机VOC废气*彻底的方法，具有去除效率高，效率稳定，使用寿命长等特点而在全球范围内有较广泛的应用。焚烧法又分为多种类型，包括RCO、RTO、VAR焚烧炉等，即催化焚烧法、蓄热式焚烧法、直接焚烧法等。某化学制药企业是一个新规划建设的制药公司，产生的污染物来源包括污水站运行过程废气、生产车间废气、废溶剂、危险固废等。为全面妥善处置废气、废液污染物，公司从某*德国环保公司引进了RTO蓄热焚烧炉和VAR直燃焚烧炉，将不同焚烧炉进行组合处理三废。
 
1.RTO和VAR焚烧炉工作原理的差异
RTO焚烧炉
即蓄热式焚烧炉，通过对废气焚烧产生的余热采用陶瓷蓄热体进行蓄热，有效利用了焚烧产生的热量，从而达到经济焚烧的目的。焚烧过程温度控制在750～850℃。废气进口温度通常为常温，经过RTO焚烧再蓄热利用后温度达到100℃左右，即废气温升约80～90℃。焚烧炉内氧含量在18%～20%之间，氧含量较高，故对进入RTO的废气LEL浓度控制较严格，需要控制在爆炸下限的25%以下。焚烧效率约95%，运行成本和投资成本相比VAR焚烧炉更低一些。
1进入RTO焚烧炉的废气要求
(1)主要适用于大风量、低浓度的废气焚烧;
(2)含酸性污染物先进行预处理，去除绝大部分无机酸;
(3)废气中VOC浓度不能过高，一般控制在爆炸下限的25%以下;
(4)废气不能含明显固体、粉尘，否则必须经过预除尘、过滤处理;
(5)禁止混入氢气、甲烷气、乙烯等危险性较大的废气。
 
 
2RTO的局限性
(1)不能处理高含量含氢废气、甲烷废气、腐蚀性废气、乙烯废气等危险性废气;
(2)不能处理LEL浓度超过25%的废气，如果高于该浓度要求，则需要经过稀释处理，就会降低焚烧的经济性;
(3)废气量根据设计流量平稳排放，不得突然超量排放;
(4)不能处理废液、废水、固废。
 
VAR焚烧炉
即直接燃烧式焚烧炉，将废气、废液焚烧直接通入炉膛内进行彻底焚烧，燃烧温度控制在1000～1150℃左右，*高不能超过1200℃，*低不能低于900℃。焚烧后烟气温度可通过余热锅炉进行再利用产生蒸汽，烟气温度经过再利用后温度从1100℃降到300℃左右，*低不能低于280℃。废气进口温度通常为常温，经过焚烧余热利用后温度300℃，即废气温升约280℃左右。焚烧炉内氧含量控制范围10%～16%。对进入焚烧炉的废气浓度理论上没有限制，而且浓度越高越经济，但要保证输送过程安全。因为燃烧焚烧高，故焚烧效率比RTO更高，但是运行费用和投资成本也更高。
1进入热力焚烧炉(VAR)的废气要求
(1)小风量、高浓度的废气;
(2)为保证燃烧的经济性和安全型，要求废气输送过程实现全密闭;
(3)含酸性污染物必须进行预处理，去除绝大部分无机酸;
(4)不能含明显固体、粉尘，否则必须经过预除尘、过滤处理;
(5)可以焚烧处理氢气、甲烷气、乙烯等危险性较大的废气;
(6)废气中氧含量必须严格控制，禁止大量空气进入废气总管，否则会增加管道爆炸风险。
 
2进入焚烧炉的废液要求:
(1)粘稠废液或常温下易凝固废液需预先调配至流动性较好状态;
(2)含水溶剂(如废甲醇)需提纯至浓度90%以上，以降低能耗;
(3)废液应预先进行除酸、脱盐、脱水、脱机械杂质等处理;
(4)废液中各元素限值(ω):溴0.83%、氯4.16%、氟0.42%、磷0.08%、硫4.16%、有机氮12.5%、灰分4.16%(其中盐分以及含钠离子的物质不超过总质量的2%)。
 
3.化学制药废气的种类
(1)污水处理过程产生的废气好氧曝气过程产生的低浓度VOC废气、厌氧过程产生的甲烷气和硫化氢。
(2)化学制药过程产生的废气
①反应釜或储罐排放的纯有机废气;
②反应釜或储罐排放的含有酸性物质的有机废气;
③真空泵、反应釜或干燥器排放的真空尾气;
④容器敞开时挥发的有机废气;
⑤含氢气废气;
⑥纯无机废气;
⑦大风量、低浓度的大空间收集废气;
⑧紧急情况下排放的废气，如安全阀、泄爆口废气;
⑨含卤素废气。
其中①～⑤类有机废气，在输送过程可分为4类废气，即腐蚀性VOC废气、普通VOC废气、含氢废气和厌氧沼气、低VOC废气4大类，分开管道输送，以保证输送过程的安全性，小风量废气均可考虑去焚烧处理，其中②废气应先经过除酸处理;⑥、⑦废气可以不接入焚烧处理系统，现场处理达标后排放;⑧类废气可接入应急火炬系统;⑨类废气则应经过深度预处理，如果能达标则考虑直接现场处理后排放，如果无法达标再考虑接入焚烧系统处理。
 
4.RTO和VAR焚烧炉在某制药企业VOC治理的组合应用
上述RTO焚烧炉和VAR焚烧炉的原理差异，各自优缺点、各自处理对象的差异，显然企业无法用其中一种焚烧炉解决制药过程所有废气，故需要将两种焚烧炉进行组合使用。一般低浓度废气可采用RTO蓄热式焚烧炉，而高浓度VOC废气可采用VAR直燃炉，也可以采用RTO焚烧炉，含氢气废气则只能采用VAR热力焚烧炉。因为RTO蓄热式焚烧炉相当于把废气升温70～90℃(进口常温，出口90～100℃)，而VAR直燃炉则需要将废气温升到260～280℃(进口常温，出口280℃)，因此对于低浓度废气，显然RTO较VAR更加经济。为全面、经济、安全地处理各类废气，某化学制药公司对RTO焚烧炉和VAR直燃炉进行了组合，分别采购了3套焚烧炉，分别是1套RTO焚烧炉，2套VAR焚烧炉。其中RTO焚烧炉主要处理废水处理过程产生的低浓度大风量废气，并混入部分车间高浓度VOC废气作为补充，以提高废气热值，减少燃料费用。VAR焚烧炉主要处理生产过程产生的各类高浓度VOC废气、高热值废液、高浓度废水、含氢气废气。
 
5.RTO和VAR焚烧炉运行差异
1处理效率
RTO焚烧炉的处理效率一般可控制在95%以上，但难达到98%以上，主要因为焚烧温度的限制，无法彻底焚烧所有有机物。VAR焚烧处理效率一般可控制在98%以上。表1是RTO和VAR部分检测项目和检测效率。

2运行费用和经济性
某制药企业RTO焚烧炉和VAR焚烧炉运行费用比较如表2～表4所示。


从表4可以看出，某公司RTO运行费用每年约181万元/年，VAR费用每年基本可以持平，甚至还有盈余，但VAR焚烧炉较RTO焚烧炉建设成本高，项目建设费用相差约10倍，且VAR焚烧炉排放标准参照《危险废物焚烧炉烟气排放标准》执行，每年例行监测项目多、费用高、达标要求高。
5.结语
运行数据表明两种焚烧炉的组合在某化学制药企业废气、废液处理过程中取得了成功，证实了RTO蓄热焚烧炉和VAR直燃炉组合的可行性。但是因为各企业差异较大，企业可结合自身实际，单独采用RTO焚烧炉，而将废液和固废委托有资质单位处理，只解决废气问题;也可以采用RTO和VAR焚烧炉组合，解决废气、废液问题;随着固废处理要求的提高，有实力的企业也可以采用RTO与回转窑焚烧炉的组合，全面解决废气、废水和固废问题。如果企业回转窑规模足够大，还可以省去RTO，将低浓度废气作为回转窑补充用空气来源，即企业可以根据实际需要选择不同的焚烧装置。