RTO焚烧工艺处理VOCs废气的技术及其经济性探究

2021-12-26

科学与信息化 2021年5期

烟台显华化工科技有限公司山东烟台 264006

前言

山东某有机化工行业在车间生产过程中产生大量有机废气，废气的主要成分为苯、甲醛、甲醇、异辛醇等VOCs，为防止废气危害人的健康、污染周边环境，必须对其进行有效遏制，并且改善周边环境的空气质量。本文从有机废气焚烧的角度，对蓄热式焚烧炉（RTO）用于处理车间VOCs有机物的经济性进行评价。

挥发性有机物(Volatile Oganic Compounds，VOCs)一般是指饱和蒸气压较高(20℃下大于或等于0.01 kPa)、沸点较低、分子量小、常温状态下易挥发的有机化合物。广泛来源于石油化工、有机化工、化学制药、溶剂使用、“三废”处理和煤炭燃烧等人为污染源和森林、植被和农作物等天然污染源[1]。

再生热氧化分解器（Regenerative Thermal Oxidizer，简称RTO），又称蓄热式焚烧炉。该技术是将有机废气加热，达到高温条件后直接氧化分解成CO2和H2O从而处理废气污染物，并回收分解时产生的热量，是一种处理中高浓度有机废气的节能型环保装置[2]。

1 三室RTO焚烧炉优点

三室RTO焚烧炉经过多年的应用改进，其主要优点如下[3-4]：

（1）几乎可以处理所有有机废气，特别适用于有机物含量低的碳氢化合物的焚化

（2）可适应废气中有机物组成和浓度的变化波动，对废气中含有少量粉尘等固体颗粒物不敏感

（3）采用蓄热载体进行换热，加热速度快，低温换热效率高，排烟温度低，节能效果显著

（4）炉内温度整体逐渐升高且分布均匀，燃烧温度高、速度快、噪声低，烟气在炉内高温停留时间长，有效减少

2 除雾器+风机+三室RTO的工艺说明

除雾器+风机+三室RTO的焚烧工艺具有风量较小、浓度相对较高的特点。设

计处理风量为24000Nm3/h，末端主风机采用变频控制，风机可根据前端的风量运行情况进行变频运行，从而减少其运行成本。

其主要工艺过程为：

（1）各车间废气通过管道收集后，汇集到混合静压箱中，混合静压箱作为废气混合均匀、仪表响应缓冲保护的作用，废气经过混合静压箱后进入三室RTO设备进行处理

（2）经混合后的废气进入蓄热室A的陶瓷蓄热体（该陶瓷蓄热体“贮存”了上一循环的热量），陶瓷蓄热体放热降温，而有机废气吸热升温，废气离开蓄热室后以较高的温度进入氧化室，有机废气在氧化室中由VOC氧化升温或燃烧器加热升温至氧化温度 825℃以上，使其中的VOC成分分解成二氧化碳和水。

（3）废气在氧化室中焚烧，净化的高温气体后离开氧化室，进入蓄热室B（在前面的循环中已被冷却），放热降温后排出，而蓄热室B吸收大量热量后升温（用于下一个循环加热废气），净化后的废气经烟囱排入大气，同时引小股净化气清扫蓄热室 C

（4）循环完成后，进气与出气阀门进行一次切换，进入下一个循环，废气由蓄热室 B 进入，蓄热室C排出。切换周期为90～120s，切换之后，清扫蓄热室A。交替运行。

3 公用工程需求统计

压缩空气压力0.6MPa ；给水压力0.3MPa；装机功率180kW；天然气压力0.05MPa

4 RTO系统运行费用核算

4.1 电费

系统耗电量的计算（按照制每天运行 24h、每年330天计算、电费0.8元/度），由于风机变频，按照平均60%的负荷计算。

离心风机耗电量：75×0.6×24=1080度；助燃风机耗电量：7.5×0.6×24=108度；其他附件设备耗电2度。合计1190度/天。

废气治理系统设备年运行功率为1190度/天×330天=392，700度；年运行费用：392700×0.8=31.42万元。

4.2 天然气费

（1）废气处理系统正常运行时天然气消耗

根据工程实际情况，正常生产时溶剂的废气浓度为2000～2500mg/m³，废气入口温度20℃，处理风量为24000Nm³/h，废气中的主要成分为苯、甲醇等。苯的热值为40579KJ/kg；甲醇的热值为21324KJ/kg；此次设计按照 VOCs中苯含量80%，甲醇含量 10%，甲醛含量10%。

按照RTO的净化效率为98% ；则实际在 RTO 中氧化分解的VOCs量：2250×24000×98%/1000000=52.92kg/h，根据 VOCs成分及组成，通过理论计算混合气体的热值为36364KJ/kg。则VOCS提供的热量为：Q 供=36364×52.92 =1924382KJ/kg。总的热量损耗Q损=1242115+117000=1359115KJ/h。综上计算：Q供＞Q损，则整个系统无须天然气能够维持自供热。

（2）废气冷启动时的天然气用量

冷启动的时间为4h，天然气的热值为8200kcal。根据理论核算，则三室RTO冷启动预热完毕需要消耗天然气71Nm³/h。按照年启动次数为4次，则天然气的消耗量为71×4×4=1136Nm³。年运行费用：1136 ×3.76= 0.43万元