VOC废气蓄热式热氧化处理方法

2012-09-07韩晓强

中国环保产业 2012年12期

韩晓强，黄伟

（北京机电院高技术股份有限公司，北京 100027）

1 VOC废气处理现状

挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds，VOC）是石油化工过程以及各种使用有机溶剂的行业，如喷漆、印刷、制药、煤化工等行业排放的最常见的污染物。该类化合物多数具有刺激性气味和毒性。部分已被列为致癌物；多数VOC气体易燃易爆，对企业生产安全造成威胁。

由于VOC的危险性，许多国家颁布法令对VOC的排放进行了管制。欧美国家于20世纪90年代前后，对所有使用有机溶剂的地方都规定了排放要求。美国1990年提高了废气排放标准，将工业生产中的189种污染物列为有毒污染物，其中大部分为VOC。我国颁布的《大气污染防治法》要求对工业生产中产生的有毒气体进行净化处理，对可燃性气体要回收利用；我国的《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）规定了33种挥发性有机物的排放标准，将大部分的其他挥发性有机物按非甲烷类烃来处理，并规定了统一的排放标准（＜l20mg/m3）。去除工业废气中VOC的方法也可以分为破坏性方法和非破坏性方法两类。破坏性方法如热氧化法，将VOC气体转化成CO2和H2O；非破坏性方法即回收法。常用的回收法有活性炭吸附法、冷凝法和膜分离法等[1]。

2 蓄热式氧化处理方法

热氧化法是应用热氧化和催化氧化技术来破坏排放物中的有机物的方法。蓄热式热氧化器（Regenerative Thermal Oxidizer，RTO）与目前国内使用的其他热氧化技术的不同之处，是使用陶瓷或其他的高密度惰性材料床从排出燃烧的气体中吸收并且存储热量，再将热量释放给冷的进口气体，而不是采用管壳式进行两种流体间的换热，RTO可达到98%以上的热回收效率。

蓄热式热氧化器的工作原理是：有机废气经预热室吸热升温后，进入燃烧室高温焚烧（升温到800℃），使有机物氧化成二氧化碳和水，再经过另一个蓄热室蓄存热量后排放，蓄存的热量用于预热新进入的有机废气，经过周期性地改变气流方向从而保持炉膛温度的稳定。

典型的蓄热式热氧化处理工艺有如下几种，分别是蓄热一体式焚烧工艺流程（一室），如图1[2]；蓄热分体式焚烧工艺流程（二室），如图2[2]；蓄热一体式焚烧工艺流程（三室），如图3[3]。

图1 蓄热一体式焚烧工艺流程（一室）

图3 蓄热一体式焚烧工艺流程（三室）

3 RTO的特点

3.1 废气处理量大、效率高

RTO宜用于处理2～8g/m3浓度的有机废气，对于低热值气体（如乙酸乙酯等）浓度可达12g/m3，特别适用于难分解组分的焚化[3]。相对于其他处理技术（例如换热式热氧化），RTO的主要优点在于热回收率能达到98%，而其他系统只能达到约70%的热回收率。高的热回收率使补充燃料的使用量显著减少，从而节约运行费用。尤其是处理量大、有机物含量低的工业气体，效果更加显著。

如果要保证较高的飞灰去除率（Destroyed Removal Efficiency, DRE），RTO的高热回收效率也具有能够提供较高的热氧化温度的优势。如此便易于处理难分解的有机物，而系统操作费用的增加却很小。DRE达到98%～99%是这些系统的典型特点。对于RTO系统，在填料床中实现很高的预热温度导致热氧化过程实际在床层中就发生了，这些系统的预热温度通常明显高于大多数有机物的自燃温度。

3.2 节能环保、易维护

应用结果显示，对于给定尺寸的RTO，使用规整填料相对于使用松散填料具有以下优势：

（1）较高的热效率可降低年燃料费用（为60%～65%）；

（2）较低的压力降可降低年电力费用（为14%～78%)；

（3）由于降低了堵塞能力和提高了清洁能力，停歇时间和维持费用也有所降低。

但是，规整填料在制造和安装上更昂贵，单位体积的成本是传统散装填料的5～10倍。所以应用规整填科比应用散装填料的投资费用要高5%～20%。

4 RTO在国内的应用

目前，国内绝缘材料行业和覆铜板生产行业所采用的废气焚烧炉大部分是直燃式焚烧炉。虽然这种焚烧炉的造价较低，但燃油的消耗也较大。在燃油价格不断飙升的今天，节约燃油、降低成本已经是每个企业都非常重视的问题。实际上，只要在直燃式焚烧炉中增加蓄热体（蜂窝陶瓷）就可以达到节约燃油的目的。在直燃式废气焚烧炉中增加蓄热体以后，不仅起到了蓄热的作用，而且还起到了第二个火源的作用，在燃烧机“熄火”状态下，有机废气碰到炽热的蜂窝陶瓷时，就会着火燃烧。

将直燃式废气焚烧炉改造成蓄热式废气焚烧炉的费用很低，因此，国内绝缘材料行业和覆铜板生产行业所使用的直燃式废气焚烧炉都可以改造，也很有必要进行改造。