摘要：結合實際的使用經驗，從蓄熱式熱氧化爐(RTO)的選材、運行能耗、控制方式與安全運行、進出口閥4個方面，探討了RTO在醫化廢氣處理過程中的運行管理與優化。

　　0引言

　　近年來，我國的醫藥化工行業得到了長足發展，特別是原料藥和醫藥中間體增長迅猛，我國已成為世界上最大的原料藥和醫藥中間體生產國，醫化行業成了一些地區的支柱產業之一，而由此產生的廢氣污染問題也成為了全社會關注的焦點。經過持續多年的環境深化整治，雖然醫化行業的廢氣污染在一定程度上得到了控制，但仍存在很多問題。

　　醫化行業的廢氣具有成分復雜、總體產生量大、產生量波動大、揮發性有機化合物(VOC)濃度波動大等特點。其主要污染物(如苯類、酮類、醚類、鹵代烴類等)多為有毒、有害且具惡臭性質的氣體，進入自然環境后對人體健康和生態環境危害較大，如何處理醫化行業的廢氣一直是環保領域的重點和難題。

　　因醫化廢氣超標排放影響周邊生活環境所引起的投訴與糾紛越來越多，在某些地區，部分中小企業因無法承擔巨額的環境治理費用，或迫于地方環保壓力不得不選擇關閉停產。醫化行業的環保門檻越來越高，環保設施投入越來越大。在這種情況下，很多醫化企業花費大量資金購置環保設備，但是因為缺乏合理的技術引導，導致大部分設備沒有發揮作用或難以發揮作用，很多環保設施成為擺設，成為應付政府環保部門檢查的形象工程。而有些環保工程公司為了追求利潤，夸大其環保設施作用，避而不談其缺點及使用條件的限制，導致社會資源浪費。某些企業環保管理人員因缺乏必要的環保專業知識，過于相信環保公司對其環保設施的介紹，認為可以一勞永逸，從另一方面增加了環保設施正常運行的難度。

　　1蓄熱式熱氧化爐(RTO)的介紹

　　縱觀醫化廢氣處理過程，從最初的冷凝、酸堿吸收、化學氧化到微生物滴濾、碳纖維吸附、低溫等離子、催化氧化、蓄熱式熱氧化等，可以說沒有一項技術可以通用于所有行業。以上某些技術在一些領域(如石化、汽車制造、城市污水處理等)得到了較好應用，但是不能認為就適合在醫化行業推廣，上述技術均有一定的選擇性和限制性。例如，比較先進的催化氧化技術，因催化劑的選擇性較強而阻礙了其在醫化行業的應用;低溫等離子對小分子污染物作用有限，氧化不徹底;微生物滴濾在城市污水處理過程中用于除臭效果明顯，在醫化廢氣處理方面也有部分成功實例，其結構簡單、維護管理方便、運行費用低廉，但技術上還需要進一步研究和完善。

　　相對而言，蓄熱式熱氧化爐(RTO)因其對廢氣成分選擇性小，高溫對有機氣體破壞較徹底，從而具有一定優勢，但它也還存在一定的局限性。由于RTO在國外的研究發展歷史只有30多年，在我國只有10多年，技術上還不成熟，實際應用經驗也不夠，比如對廢氣量和VOC含量不穩定的廢氣處理運行管理難度較大，控制當會導致產生一定的安全風險等。現階段蓄熱式熱氧化爐(RTO)并不是最佳、最徹底有效的醫化廢氣處理方法，不能從根本上解決醫化行業的廢氣污染問題。

　　常用RTO的蓄熱床為3個(也有2床及3床以上，因處理效率及實用性等原因不常用)。蓄熱床由多孔蓄熱陶瓷制成，廢氣從蓄熱床底部進入，經蓄熱床預熱，至燃燒室充分氧化放熱，再從另一床頂部進入，熱量留在蓄熱床內，然后從底部排出，1床進氣、1床蓄熱、1床吹掃(減少因進氣殘留在陶瓷中的廢氣進入尾氣，提高VOC去除率)，通過進出口閥的自動切換實現上述3個過程在每一床中輪流進行。

　　本文結合實際使用經驗，從以下幾方面探討RTO在醫化廢氣處理過程中的運行管理與優化。

　　2RTO的選材問題

　　醫化廢氣成分復雜，且廢氣組分中含鹵素、氮、磷、硫的有機物質，這些物質一旦經高溫焚燒后就會產生酸，對RTO設備造成嚴重腐蝕，甚至導致設備無法運行，而且容易導致廢氣排放口酸性物質嚴重超標。

　　醫化廢氣中含有的鹵素、氮、磷、硫等有機物多數來源于含這些元素的溶劑、物料及副產物。導致這些物料的揮發主要源于投料、轉料、反應、溶劑回收、抽濾、壓濾等生產階段，生產時除應盡量避免采用容易導致溶劑大量揮發的操作(如盡量少用離心機等)外，還應加強廢氣冷凝回收，采用多級冷凝、普冷與深冷結合的方式。對于像二氯甲烷這一類沸點低且含鹵素的溶劑，在冷凝回收的基礎上，建議采用碳纖維吸附裝置，提高回收效率。

　　在醫化行業中，杜絕含鹵素、氮、磷、硫的有機物質進入RTO系統是不現實也是不可能的，但必須從源頭抓起，減少使用產生這類物質的溶劑，加強車間管理，強化過程回收，優化末端治理。

　　對于末端治理設施RTO來說，因其運行溫度高，除蓄熱陶瓷之外的大部分材料只能選用鋼材，而酸對鋼材的腐蝕又很嚴重。這樣的條件下，雙相鋼是一個較好的選擇。在設備的制造過程中，如果設計合理，選材得當，再加上運行管理較好，RTO蓄熱床的出口溫度一般不會超過100℃，這樣，RTO在蓄熱床支架以下的部分就可以考慮采用其他工程材料或鋼材做防腐處理，如環氧樹脂、襯四氟、搪玻璃或玻璃鋼等材料，選材還必須綜合考慮強度、承重、安全要求以及異常情況等。

　　廢氣排放口要達標排放，RTO出口必須是可以吸收酸的，吸收塔的選型應綜合考慮廢氣量、酸濃度、吸收方式、吸收液種類等因素。常用吸收液為堿液，建議采用多級吸收：一級水吸收常開，二級堿液常開，三級堿液備用。堿性吸收液的堿濃度不宜過高，以免大量吸收二氧化碳生成碳酸鹽，導致塔內結垢。具體控制指標應根據實際情況控制pH值，吸收液在因鹽析出而較渾濁時進行更換，不能根據時間而定。

　　3RTO的運行能耗問題

　　如果RTO運行管理不善，車間廢氣處理控制不好，往往造成RTO運行能耗大、成本高，企業往往因過高的成本而停止運行RTO，僅僅把RTO當作形象工程。

　　RTO的運行能耗主要是電和燃料。一旦設備定型了，電耗基本恒定，風機可采用變頻控制省電，這里不做討論，主要討論燃料問題。因廢氣量不穩定、濃度不穩定，加上車間廢氣控制不好，所以在RTO啟動及運行過程中，需要經常補充燃料(常用柴油、天然氣)以維持燃燒室溫度。

　　燃料消耗多少，關鍵取決于蓄熱陶瓷的蓄熱能力，通常以RTO在能夠維持正常運行而不需補充燃料所需的最低VOC濃度來衡量RTO的能耗高低。此數值越低，則能耗越低。性能超好的RTO此數值可達450×10-6mg/L。另外，RTO的能量損耗主要是尾氣帶走的熱量和表面散熱損失，尾氣帶走熱量與廢氣量和進出口溫差相關，尾氣溫度越低、進出口溫差越大，則能耗越低。表面散熱損失體現在箱體表面溫度與環境的溫度差，保溫效果好則溫差小，散熱損失小。當然，能耗還有可能跟局部地方保溫薄弱及高溫氣體泄漏有關。

　　在企業選擇RTO時，提供給RTO設計廠家的風量及有機物濃度參考值需要綜合考慮，風量選擇過大，VOCs濃度偏小，運行能耗高。風量選擇過小，VOCs濃度偏大，容易在爐膛發生回火、閃爆等安全事故，且高濃度有機廢氣在輸送過程中也容易因靜電等發生爆炸事故。因此，設計時應適當放大風量，降低安全風險。還可以采用變頻控制等手段，根據生產情況調節風機風量，以降低能耗。

　　在RTO的運行過程中，應優化控制手段，在廢氣進爐膛前，盡可能除掉入口噴淋塔帶來的水分，減少水分汽化所需熱量;同時，還應優化進出風時間、保持燃燒室溫度、加強閥門密封度等，還可在進氣風管采用計量泵與蒸發器組合的方式，人為控制一些不可套用的廢溶劑的蒸發，在廢氣VOC較低時提高VOC濃度，以達到不使用燃料就能維持正常燃燒的目的，從而減少燃料消耗。一般來說，RTO維持正常運行對VOC濃度的要求遠低于其爆炸下限，還可根據爐膛溫度隨時調整或關閉廢溶劑的蒸發，所以其安全風險是可控的。

　　4RTO的控制手段及安全措施

　　關于RTO配套的控制手段，每個廠家各有所長。通常存在的最大問題是廢氣濃度異常控制。

　　一般來說，廢氣濃度異常指廢氣中VOC濃度偏離RTO正常運行需要，尤其是廢氣濃度偏高容易帶來安全風險。一些廠家采取廢氣總管恒壓(廢氣總管負壓情況與引風機變頻器連鎖)以恒定廢氣流速，但是并未能夠解決VOC濃度波動問題。有一些廠家采用在VOC濃度較高時加新風稀釋的方法，此方法的關鍵問題是如何及時、準確地測定廢氣濃度，從而確定稀釋風與廢氣的比例。而如何及時、準確地測定廢氣濃度并反饋到控制系統中，這就對VOC在線監測儀的要求非常高。在企業內部，RTO與廢氣產生點的距離也就幾十米，最多幾百米，扣除數據傳輸、系統反應及相應的閥門動作所需要的時間，留給在線監測儀采樣和數據分析的時間往往只有幾秒最多幾十秒，而在線監測儀要在幾秒到幾十秒的時間內完成采樣和數據分析，困難較大，目前還沒有比較成功的案例。另外，VOC在線監測儀一般安裝在室外，使用環境較差，對VOC在線監測儀的要求更高。

　　對于上述問題，目前只能退而求其次，采用產點控制、后端加大新風量的方法加以應對，實際上也屬無奈之舉，因國內已經發生多起RTO回火及閃爆事故，不得不謹慎考慮。平時多對廢氣總管濃度進行取樣檢測，分析VOC濃度變化規律，對容易產生大量廢氣的點加以控制(如溶劑回收塔)，運行中注意RTO蓄熱床溫度變化情況，及時調整主風機和新風風機運行頻率，可以在一定程度上降低此風險。但是要徹底解決此問題，還需要研究人員繼續努力。

　　RTO出現故障停機時，一些廠家的設計程序是主風機、新風風機都停止運行，進出口閥門自動關閉。如果閥門密封很好，這時候不會產生安全問題。但如果進出口閥密封不好，就會有廢氣和新風進入管道、爐膛，容易發生閃爆。所以，一般建議修改程序，在出現故障停機時，新風風機不能停止運行。

　　另外，如果突然停電，新風風機不能運行，并且進出口閥門不能自動關閉，廢氣和新風極易進入管道、爐膛，安全隱患更大。為了應對突然停電引起安全事故的情況，應考慮裝備UPS給自控系統供電。還可以考慮安裝氮氣系統，在突然停電時自動向管道、爐膛內輸送氮氣，降低系統內部的氧氣含量，以保證安全。

　　5RTO的進出口閥問題

　　由于必須在一定的時間間隔內實現蓄熱、燃燒與吹掃的頻繁切換，進出口閥成了RTO的關鍵部件之一。盡管正常情況下廢氣出口溫度不高，對進出口閥材料無特殊要求，但必須考慮進出口閥的密封性、靈活性、可靠性和使用壽命。因為廢氣中含有的微小粉塵以及頻繁動作，勢必對密封面造成磨損，這些因素應當在選用進出口閥時予以充分考慮。如果出現閥門密封不嚴、壓力損失過大、動作速度慢等問題，就會影響RTO的使用性能和節能效果。嚴重時還會出現安全問題，前面已有論述，此處不再贅述。

　　6結語

　　蓄熱式熱氧化技術在我國正處于蓬勃發展時期，它在節約能源和減少廢氣污染方面具有很大優勢，總體上有利于我國建設資源節約型社會和實現可持續發展戰略。研究開發更安全、更有效、更經濟、更方便運行控制、更低VOC濃度下不補充燃料就能正常運行的蓄熱式熱氧化技術將是一項會產生巨大經濟效益和社會效益的宏偉工程。

　　另外，融合了催化氧化裝置低工作溫度和蓄熱式熱氧化裝置再生特性的蓄熱式催化氧化裝置(RCO)已嶄露頭角。RCO能在更低的VOC濃度下運行，能最大限度降低VOC氧化技術的運營成本。