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蓄熱式熱氧化爐處理農藥行業(yè)揮發(fā)性有機廢氣

日期: 2017-11-27
作者: 英邁思

以農藥行業(yè)揮發(fā)性有機廢氣為研究對象,優(yōu)化了蓄熱陶瓷體、切換閥、燃燒器等選材,以及安全控制和二噁英防治等方面設計參數,分析了特征污染物進(jìn)出氣濃度及去除效率,探討了蓄熱式熱氧化(RegenerativeThermalOxidizer,RTO)技術(shù)治理?yè)]發(fā)性有機廢氣實(shí)際運行效果。結果表明甲苯和非甲烷總烴排放限值滿(mǎn)足《大氣污染物綜合排放標準》(GBl6297-1996)中表2二級標準,二氯乙烷排放限值滿(mǎn)足美國EPA工業(yè)環(huán)境實(shí)驗室和《制定地方大氣污染物排放標準的技術(shù)方法》(GB/T3840-1991)計算值,二噁英排放限值滿(mǎn)足《生活垃圾焚燒污染控制標準》(GBl8485—2014)表4標準。RTO系統總投資150萬(wàn)元,年運行費用49.98萬(wàn)元,對該企業(yè)不構成經(jīng)濟負擔。RTO適合農藥行業(yè)揮發(fā)性有機廢氣處理,特別是對含低濃度鹵素廢氣在保證凈化效果的同時(shí)又可抑制二噁英產(chǎn)生。


截至2015年12月,江蘇省農藥行業(yè)規模以上企業(yè)28家,實(shí)現總產(chǎn)值430億元。根據《國民經(jīng)濟行業(yè)類(lèi)》(GB/T4754—2011),農藥生產(chǎn)屬于化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)范疇,原輔材料種類(lèi)多,有機溶劑消耗量大,工藝過(guò)程及產(chǎn)物環(huán)節多,易造成環(huán)境污染。該行業(yè)常用有機溶劑包括芳香烴類(lèi)、脂肪烴類(lèi)、脂環(huán)烴類(lèi)、鹵化烴類(lèi)、醇類(lèi)、醚類(lèi)、酯類(lèi)、酮類(lèi)等,這類(lèi)有機溶劑使用過(guò)程揮發(fā)形成的VOCs(VolatileOrganicCompounds)是大氣臭氧和二次有機氣溶膠污染的重要前體物,且具有高毒性、致癌性,直接排放對人體健康會(huì )造成一定的危害。


根據《十三五規劃全國分行業(yè)VOCs排放基數.江蘇省》可知,目前江蘇省VOCs排放總量230.85萬(wàn)噸,工業(yè)源排放量108.07萬(wàn)噸,占比46.81%,遠高于交通源、生活源或農業(yè)源。工業(yè)源中化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)VOCs排放量2.75萬(wàn)噸,占工業(yè)源排放量2.54%,成為我省目前VOCs的源頭之一。


目前,常用于回收VOCs方法有吸收、吸附、生物凈化、鍋爐熱力焚燒低溫等離子體、光催化氧化、蓄熱式熱氧化等。吸收法凈化效率取決于VOCs的水溶性,總體凈化效率較低,且易產(chǎn)生二次污染;對于易脫附且具有利用價(jià)值的物質(zhì)可選用吸附一再生法,如不可再生或無(wú)回收價(jià)值的采用吸附法,運行費用偏高;低溫等離子體、光催化氧化和生物法一般僅適用于低濃度大風(fēng)量有機廢氣處理;鍋爐熱力焚燒凈化效率高,但需依托鍋爐,運行成本較高,且使用場(chǎng)合受限制;與傳統的催化燃燒、直燃式熱氧化爐相比,RTO具有熱回收效率(95%)和凈化效率(98%)高、運行成本低、抗污染物濃度變化強、能處理大風(fēng)量低濃度工業(yè)廢氣等特點(diǎn),逐步應用于化工、涂裝、印刷等行業(yè)揮發(fā)性有機廢氣的污染防治中。


本文結合江蘇鹽城某農藥生產(chǎn)企業(yè)含有機溶劑廢氣產(chǎn)排特征及工程經(jīng)驗,提出了采用三室RTO應用于醫化廢氣的末端處理,取得了較好的環(huán)境和社會(huì )效益。


1項目概況


江蘇鹽城某農藥企業(yè)主要生產(chǎn)氟環(huán)唑,氰氟草酯、吡氟草胺、二噻農、咪酰胺、烯酰嗎啉、除草定、抗倒酯等產(chǎn)品。在正常生產(chǎn)過(guò)程中,各類(lèi)反應釜、精餾塔、真空泵、離心機和離心母液收集槽、干燥機、原料及產(chǎn)品儲罐等設備均會(huì )產(chǎn)生廢氣,廢氣中主要含有甲醇、異丙醇、甲苯、二甲苯、丙酮、苯酚、二乙胺、三乙胺、氯化亞砜、乙酸、二氯乙烷、石油醚、正丁醇、二甲基亞砜等揮發(fā)性有機物和少量NOx、SO2、HC1、HBr、Br2、C12等無(wú)機污染物。企業(yè)原有廢氣治理手段包括冷凝、水洗、堿洗、次氯酸鈉吸收、活性炭吸附等。


根據現場(chǎng)實(shí)地調查,該企業(yè)廢氣收集處理主要存在以下問(wèn)題:①冷凝法可大量回收有機物料,水洗和堿洗對無(wú)機污染物具有一定效果,但對絕大多數VOCs效果欠佳;②次氯酸鈉吸收在一定程度上可去除具有還原性的VOCs,但存在二次污染問(wèn)題;③現有活性炭吸附凈化裝置無(wú)脫附再生系統,極易飽和,僅采用活性炭吸附難以確保達標排放,同時(shí)又可產(chǎn)生大量廢活性炭等二次污染物。為此筆者結合該農藥公司實(shí)際情況,提出采用RTO凈化工藝處理含VOCs廢氣。


2工藝流程


三床式RTO處理該農藥企業(yè)VOCs工藝流程如圖1所示,車(chē)間產(chǎn)生的含VOCs廢氣經(jīng)預處理后由前送風(fēng)機送至前兩級水洗塔,除去無(wú)機廢氣和少量水溶性有機廢氣,同時(shí)起到除塵和降溫作用,以減輕RTO處理負荷;接著(zhù)經(jīng)氣水分離器,除去水洗塔帶入的水分,避免安全事故;然后廢氣經(jīng)主風(fēng)機送至RTO進(jìn)行高溫焚燒處理;焚燒后的廢氣通過(guò)混合箱、水冷卻塔、后堿洗塔,經(jīng)降溫和除去焚燒產(chǎn)生的酸性氣體,經(jīng)排氣筒達標排放。


3設計要點(diǎn)


3.1設計參數


根據企業(yè)已有的廢氣收集系統,實(shí)測廢氣流量為Q--8000m3/l1,排氣溫度為30~C,考慮處理系統留有20%的操作余量,確定進(jìn)入RTO裝置的廢氣處理能力Q=10000m/h。

3.2防火間距


《建筑設計防火規范》(GB50016—2014)明確提出了廠(chǎng)房、倉庫、儲罐以及可燃材料堆場(chǎng)與明火或散發(fā)火花地點(diǎn)(IO焚燒爐)的最小防火間距,即:RTO焚燒爐與甲、乙類(lèi)廠(chǎng)房的防火間距不宜小于30m,


與甲類(lèi)倉庫的防火間距至少為25m,與甲乙丙類(lèi)液體儲罐的防火間距至少為25m,與濕式可燃氣體儲罐的防火間距至少為20m,與濕式氧氣儲罐的防火間距至少為25m,與可燃材料堆場(chǎng)的防火間距至少為12.5m。本項目RTO焚燒爐選址處與甲類(lèi)廠(chǎng)房的防火距離為35m,滿(mǎn)足GB50016.2014要求。


3.3選材原則


該農藥企業(yè)廢氣中含鹵素、氮、硫等元素,這類(lèi)有機物經(jīng)高溫焚燒后產(chǎn)生鹵化氫等酸性氣體,對RTO爐體造成嚴重腐蝕,從而影響設備正常運行,因此,RTO選材必須考慮防腐問(wèn)題。本系統為減緩RTO及輔助設備腐蝕,在選材方面做了以下工作:1)蓄熱室爐柵采用316L不銹鋼;2)RTO殼體內壁涂耐溫防腐澆注材料(如耐酸膠注料);3)混合箱、水冷卻塔、后堿洗塔等配套設備亦采用316L不銹鋼,送風(fēng)機和主風(fēng)機采用防腐防爆型風(fēng)機。


3.4蓄熱陶瓷體


陶瓷蓄熱體起到氣流定期轉換過(guò)程中的吸熱放熱功能,使RTO進(jìn)出口廢氣的平均溫差控制在30~C100~C,換熱效率大于95%,減少RTO的能源消耗以降低運行費用。本項目陶瓷蓄熱體采用LANTEC


MLM180專(zhuān)利產(chǎn)品,其特點(diǎn)在于比表面積大680m2/m3,阻力小,熱容量大0.22BTU/lb*F(2.326J/kg*F),耐溫高可達1200~C,耐酸度99.5%,吸水率小于0.5%,壓碎力大于4kgf/cm2,熱脹冷縮系數小,為4.7X10一/~C,抗裂性能好,壽命長(cháng)。


3.5切換閥


切換閥是蓄熱陶瓷體實(shí)現蓄熱、燃燒與吹掃功能的關(guān)鍵部件之一,因廢氣中含有腐蝕性介質(zhì)和粉塵顆粒,切換閥的頻繁動(dòng)作會(huì )造成腐蝕和磨損,進(jìn)而出現閥門(mén)密封不嚴、動(dòng)作速度慢等問(wèn)題,導致排氣出現瞬間濃度超標現象,極大影響了凈化效果,如何解決高溫條件下旋轉靈活和密封的矛盾至關(guān)重要們。為此本系統中所有切換閥全部采用進(jìn)口優(yōu)質(zhì)氣動(dòng)蝶閥,選用的切換閥精度高,泄漏量小(≤1%),壽命長(cháng)(可達100萬(wàn)次),啟閉迅速(≤ls),運行可靠。


3.6燃燒器


燃燒器的主要目的是確保燃料在低氧環(huán)境中燃燒,避免形成局部高溫或燃燒不充分,這就需要考慮到燃料與氣體間的擴散、與爐內廢氣的混合以及射流的角度及深度等因素,然后根據實(shí)際的工藝需求選擇最合適的燃燒器,否則會(huì )直接影響RTO的焚燒效果。本系統選用美國NA5424—5(20×104kcal/h)燃油比例調節式燃燒器,其特點(diǎn)是可進(jìn)行連續比例調節(調節范圍10:1),高壓點(diǎn)火,可適應多種情況。


3.7控制系統


采用DCS系統對RTO進(jìn)行自動(dòng)控制,配計算機對整個(gè)系統運行工況進(jìn)行實(shí)時(shí)監控。DCS系統主要包括燃爆檢控系統、爐膛溫控系統和負壓控制系統。


1)燃爆檢控系統:本系統在前級水洗塔和RTO焚燒爐之間相應位置廢氣總管上設置VOCs可燃氣體在線(xiàn)檢測儀,用于測定廢氣的VOCs可燃氣體的濃度,給RTO前的閥門(mén)留有足夠的切換時(shí)間,確保進(jìn)入


RTO的VOCs可燃氣體濃度小于混合氣體爆炸下限的25%。


2)爐膛溫控系統:當爐膛溫度超過(guò)上限溫度920℃時(shí),本系統將自動(dòng)打開(kāi)新風(fēng)閥;當爐膛溫度超過(guò)上限溫度970~C時(shí),本系統將自動(dòng)打開(kāi)超溫排放閥;當爐膛溫度超過(guò)上上限溫度l050℃時(shí),本系統將自動(dòng)報警并自動(dòng)停機,同時(shí)打開(kāi)旁通排放閥。


3)負壓控制系統:本系統在前級水洗塔和RTO焚燒爐之間相應位置廢氣總管設置壓力傳感器,負壓控制送風(fēng)風(fēng)機變頻器,來(lái)控制調節送風(fēng)機風(fēng)量;由爐膛的壓力傳感器負壓控制排風(fēng)機變頻器,來(lái)控制調節排風(fēng)機風(fēng)量。


3.8二嗯英防治


基于二嗯英產(chǎn)生機理[1引,本系統做了以下工作:1)對反應釜、真空泵等設備產(chǎn)生含二氯乙烷廢氣的加強冷凝回收;2)將含二氯乙烷廢氣單獨收集后采用活性炭吸附一蒸汽脫附回收;3)在盡量減少含二氯


乙烷廢氣進(jìn)入RTO情況下,對蓄熱室尺寸進(jìn)行合理設計,縮短燃燒后的高溫廢氣極冷時(shí)間,確保廢氣在中溫區(300~C~5o0℃)停留時(shí)間小于2S,從而減少二嗯英的產(chǎn)生。


4運行效果

RTO處理該農藥企業(yè)VOCs己穩定運行兩年,委托第三方檢測機構對RTO裝置進(jìn)出口尾氣進(jìn)行了取樣監測,結果如表2所示。

RTO裝置進(jìn)出口標干廢氣量8000m3/h,排氣筒高度H=25111;甲苯和非甲烷總烴排放限值執行《大氣污染物綜合排放標準》(GB16297.1996)表2二級標準;二氯乙烷排放濃度根據美國EPA工業(yè)環(huán)境實(shí)驗室計算,排放速率限值根據《制定地方大氣污染物排放標準的技術(shù)方法》(GB/T3840.1991)計算;二嗯英排放限值執行《生活垃圾焚燒污染控制標準》(GB18485—2014)。


由表2可知,甲苯和非甲烷總烴排放限值滿(mǎn)足GB16297—1996中表2二級標準,二氯乙烷排放限值滿(mǎn)足EPA和GB/T3840—1991計算值。因尾氣中含有二氯乙烷,故對RTO出口的二嗯英進(jìn)行了監測,結果表明,二嗯英濃度為0.011ngTEQ/Nm3,遠低于GB184852014中二嗯英的濃度標準限值O.1ngTEQ/Nm3。


5經(jīng)濟分析


1)RTO系統(包括爐體、前后噴淋吸收塔、防腐風(fēng)機等)總投資共計150萬(wàn)元。


2)RTO系統總裝機功率50kW,按70%運行效率計算運行功率35kW,按0.75元/kW˙h(峰谷電平均價(jià))計算,電費為630元/d。


3)系統正常運行后,輕柴油平均用量為6kg/h,按6.5元/kg輕柴油價(jià)格計算,輕柴油費用為936元/d。


4)消耗30%的液堿約100kg/d,按1000元/t的液堿價(jià)格,液堿費用為100元/d。按年運行300天計,不計設備折舊、資金利息、維修費用等,RTO系統總運行費用約為49.98萬(wàn)元/a。


6結論


采用RTO氧化焚燒技術(shù)治理農藥行業(yè)揮發(fā)性有機廢氣,現場(chǎng)運行數據表明:甲苯和非甲烷總烴排放限值滿(mǎn)足《大氣污染物綜合排放標準》(GB16297—1996)中表2二級標準,二氯乙烷排放限值滿(mǎn)足美國EPA工業(yè)環(huán)境實(shí)驗室和《制定地方大氣污染物排放標準的技術(shù)方法》(GB/T3840.1991)計算值,二嗯英排放限值滿(mǎn)足《生活垃圾焚燒污染控制標準》(GB18485—2014)表4標準。RTO系統總投資共計150萬(wàn)元,年運行費用49.98萬(wàn)元,對該企業(yè)不構成經(jīng)濟負擔。該裝置的使用,可以大大減少VOCs的排放量,具有良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。


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