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广东大辰环境工程有限公司
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rto焚烧炉 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
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的治理有机VOC废气最*的方法，具有去除效率高，效率稳定，使用寿命长等特点而在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焚烧炉的废气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*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。
2、RTO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*焚烧，燃烧温度控制在1000～1150℃左右，不能超过1200℃，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，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焚烧炉更高，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*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%)。
2.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。
3.RTO焚烧炉和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。
4.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*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焚烧炉和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。
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。
工作原理
蓄热式热力焚烧炉（RTO），是一种高效的有机废气处理设备，其工作原理是，把有机废气加热到760-850摄氏度，使废气中的挥发性有机物（VOCs）氧化分解为二氧化碳和水。
氧化过程产生的热量存储在特制的陶瓷蓄热体，使蓄热体升温“蓄热”。陶瓷蓄热体内储存的热量用于预热后续进入的有机废气，该过程为陶瓷蓄热体的“放热”过程，从而节省废气升温过程的燃料消耗。
2、 RTO在国内的技术发展历程
2.1 代RTO
代RTO是两床式结构，由两个陶瓷蓄热体填料床组成，以的一进一出过程完成“蓄热”和“放热”过程的切换。
RTO设备的分解效率主要由反应温度、停留时间、气体流速等因素决定。两床式RTO有2个蓄热室，工作时2个蓄热室大约1min-2min切换一次状态（进口-出口），风门在切换过程中大约有0.3s-0.6s的时间直接将高浓度的废气排到排放口，且当前进气蓄热室底部残留的未分解废气也被直接排出。
大量工程应用表明：两床式RTO的VOCs的分解效率为95%，综合热效率为90%，进出口温差高达45摄氏度。在阀切换时，废气管道内的压力波动范围为±500pa，当两床式RTO进气口VOCs浓度大于1g/m3时，出口浓度会超过北京和上海的地方排放标准（50mg/m³）。
2.2第二代RTO
第二代RTO同样是采用阀门切换式，由三个或多个陶瓷填充床组成, 在代RTO的基础上增加了“吹扫”功能，大大的提高了废气分解效率。
三床式RTO原理：
阶段一：废气通过蓄热床A被预热，然后进入燃烧室燃烧，蓄热床C中残留未处理废气被净化后的气体反吹回燃烧室进行焚烧处理（吹扫功能），分解后的废气经过蓄热床B排出，同时蓄热床B被加热。
阶段二：废气通过蓄热床B被预热，然后进入燃烧室燃烧，蓄热床A中残留未处理废气被净化后的气体反吹回燃烧室进行焚烧处理，分解后废气经过蓄热床C排出，同时蓄热床C被加热。
阶段三：废气通过蓄热床C被预热，然后进人燃烧室燃烧，蓄热床B中残留未处理废气被净化后的气体反吹回燃烧室进行焚烧处理分解后废气经过蓄热床A排出，同时蓄热床A被加热。
如此周期性运行，废气在燃烧室内氧化分解，燃烧室内温度维持在设定温度（一般为800-850摄氏度）。当RTO进气口的废气浓度达到一定值时，VOCs氧化释放的热量能够维持RTO蓄热和放热的能量储备，则此时RTO不需要使用燃料就能够维持燃烧室内的温度。
大量工程应用表明：三床式RTO的VOCs的分解效率可达99%，综合热效率可达95%，进出口温差在40摄氏度左右，在阀切换时，废气管道内的压力波动在±250pa。三床式RTO的VOCs处理浓度不能超过5g/m3，不然会超过某些地方（例如北京、上海等）排放标准。另外由于其比表面积较大所以自身运行散热量较大，降低了可供回用的余热量。
2.3 第三代RTO——旋转阀式RTO
第三代RTO采用旋转阀进行分流导向，在炉膛内设置多个等份的陶瓷填料床，通过旋转阀的转动把有机废气导向各个蓄热床进行预热和氧化分解。
旋转式RTO主要由燃烧室、陶瓷填料床和旋转阀等组成。以炉体分成12个陶瓷填料床为例，其功能分为5个进气室（预热区）、5个出气室（冷却区）、1个吹扫室和1个隔离室。废气分配阀由电机带动，作连续、匀速转动，在分配阀的作用下，废气缓慢在12个室之间依次通过。
废气经进气分配器进入预热区，使废气预热到一定温度后进入顶部的燃烧室，并*氧化分解。净化后的高温气体离开燃烧室，进入冷却区，将热量传给陶瓷蓄热体，而气体被冷却，并通过气体分配器排出。冷却区的陶瓷蓄热体吸热，“储存”大量的热量（用于下个循环加热废气）。
如此不断地交替进行，废气在燃烧室内氧化分解，当废气中VOCs浓度超过一定值，氧化分解释放热量足以维持燃烧室的反应温度时，则不需要用燃料进行加热，限度的保证能量循环利用。
旋转式RTO的VOCs的分解效率可达99.5%，热效率可达97%，其进出口温差20摄氏度左右，限度的降低了RTO运行中的热损失，保证了热能的二次回收利用。
旋转阀的平稳连续转动，对废气管道的压力影响仅为±25pa，对于某些特定行业厂家来说极其重要。由于具有很高的分解效率，旋转式RTO的VOCs入口废气浓度可高达10g/m3。
2.4 旋转阀式RTO与传统三床式RTO性能对比
从以上表格可以看出，在保证VOCs达标排放的前提下，旋转式RTO的基本性能都优于三床式RTO。
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