一、農藥行業廢氣特點
我國是農業大國，農業對農藥行業發展有一定的依賴，農藥行業最近幾年產能也在不斷壯大，各種農藥新品種也再不斷創新上市，但是，伴隨著農藥行業的快速發展，農藥行業的三廢排放也困擾束縛著企業的發展，尤其是廢氣的排放問題尤為突出，此前農藥行業污染的重點在廢水和固廢，廢氣經常被人忽視，隨著我國大氣質量的下降，人們對PM2.5的關注，農藥行業的廢氣排放一時成為眾矢之的，農藥行業廢氣治理也成為公眾關注的焦點。
農藥生產屬于精細化工范疇，涉及化工單元操作廣，反應步驟多，間歇操作，大量使用易揮發、易燃易爆的有機溶劑，比如甲醇、乙醇、甲苯、苯、石油醚、乙酸乙酯、氯代烷烴等，所以，在各個單元反應以及化工單元操作時，均會有揮發性有機廢氣排出，廢氣成分復雜，包含有機物、無機物及粉塵，針對不同的廢氣組成需要采用不同的處理方法，目前工業生產中應用較多的有吸收法、冷凝法、吸附法、熱破壞法等。
由于農藥生產過程中廢氣量較大，濃度較高，污染物成分多為易揮發有機溶劑以及閾值較低的惡臭氣體，所以，一些吸收、吸附的方法、光催化法不能保證處理效果和達標，所以焚燒法是最佳選擇，而蓄熱式焚燒爐其處理效率更高以及其節能的特點，使其在農藥企業廢氣治理過程中得到廣泛應用。
二、蓄熱式焚燒爐
工作原理蓄熱式焚燒爐RTO的工作原理：把有機廢氣在燃燒室內加熱升溫至760℃以上，停留時間大于0.75s，使廢氣中的VOCs氧化分解,成為無害的CO2和H2O；氧化時的高溫氣體的熱量被蓄熱體“貯存”起來，用于預熱新進入的有機廢氣，這樣廢氣在切換閥的作用下，周而復始的在蓄熱體內進行熱量交換，從而節省升溫所需要的燃料消耗，降低運行成本。RTO多應用在處理風量較大、中低濃度的有機廢氣，處理VOCs濃度范圍在（1000～5000）×10-6。當VOCs質量濃度高于2000mg•m-3時，不需添加輔助燃料，可以達到自熱平衡運行，VOCs去除率高達97%～99%，熱回收率大于95%。
目前蓄熱式焚燒爐產品多為雙床和多床RTO，主流產品為三室式RTO。三室式RTO爐在處理效率和經濟性要求都可以得到滿足。工程上，三室式RTO處理VOCs廢氣量范圍一般在80000Nm3•h-1以內。3工藝設計在農藥行業廢氣處理過程中，針對不同廢氣成分，所選的處理工藝也就不同，RTO系統同樣面臨著將各個處理過程與蓄熱式焚燒爐系統有機的組合在一起，所以，工藝流程的選擇十分關鍵，只有合理的工藝流程，才能保證RTO系統運行的穩定。由于農藥生產過程中排放的廢氣不僅含有大量的揮發性有機物，而且還含有大量的無機成分，其中包括氯化氫、硫化氫、氨氣、二氧化硫等，并且在投料、干燥等過程夾帶粉塵顆粒。蓄熱式焚燒爐RTO采用的燃燒法，主要針對揮發性有機物的去除，爐內裝有陶瓷蓄熱體進行回收熱量，粉塵顆粒易堵塞蓄熱體，影響廢氣通過蓄熱體，所以，需要預處理將去除粉塵可以以及無機成分。農藥企業廢氣進入蓄熱式焚燒爐RTO系統前的一般原則：
①需要廢氣前處理，鹽酸、硫化氫、二氧化硫等酸式氣體車間內采取水吸收和堿吸收后才可以引入RTO，避免對后續設備和爐柵造成腐蝕；
②廢氣中含有氨氣的，必須在產生車間內采用多級水吸收后排出，由于RTO運行溫度在790~850℃，氨氣不能被氧化分解，氨氣會與爐內氧化分解后的酸式氣體二氧化硫、二氧化碳、氯化氫結合，在蓄熱體低溫段形成銨鹽，造成蓄熱體堵塞，導致系統阻力增加，嚴重制約系統的連續溫度運行；
③含氯代烷烴的廢氣不宜采用RTO焚燒，RTO焚燒易產生二噁英；
④含大量粉塵、焦油顆粒、易聚合物質的廢氣不能進入RTO焚燒；
⑤廢氣濃度較高時，需設置氮封、深冷、碳纖維吸附前處理，處理后方可排入。農藥企業RTO系統工藝流程為：混合后的廢氣先進入水封罐，通過風機送入水洗塔洗滌，洗滌后的廢氣通過氣液分離器除去水分后廢有機廢氣進入RTO設備，吸收蓄熱陶瓷的熱量升溫，在燃燒室被高溫氧化，分解成CO2、H2O等。凈化后的廢氣先后進入冷卻塔及堿液洗滌塔降溫并除酸，經煙囪排入大氣。RTO檢修、故障、氣體濃度過高時，廢氣進入旁通廢氣治理系統，廢氣旁通采用活性炭吸附罐吸附后通過煙囪排放。

三、廢氣收集設計
廢氣排放來源多分布在物料儲罐區、蒸餾、精餾過程、副反應產生氣體、真空泵排氣、壓濾烘干以及污水處理等過程。罐區儲罐采用氮封設計進行廢氣控制，設置氮封壓力2kPa，廢氣排放采用呼吸閥，呼吸閥壓力設置3kPa，需設置阻火器和水封罐，以保證整個儲罐系統與焚燒系統的有效隔離。
生產車間廢氣按組成進行分類收集，確保廢氣混合不相互發生反應，在裝置界區處設置水封和阻火器，并且，安裝VOCS濃度和LEL爆炸下限監測儀，設置旁路，防止由于生產車間有機廢氣的突發性濃度異常，給RTO帶來安全風險。污水池廢氣收集，多采用加蓋收集方式，一般為玻璃鋼拱形蓋以及反吊膜兩種加蓋方式，廢水池廢氣經過堿性洗滌除水后與其他生產車間廢氣混合后進入RTO系統。
農藥行業廢氣成分復雜，易燃易爆，含有腐蝕性，廢氣輸送管道材質的選擇要考慮腐蝕和靜電兩個主要因素，一般采用316L不銹鋼金屬管道或者玻璃鋼石墨復合管道，其中采用防靜電設計，管道流速不宜過快，最好小于10m•s-1；并且設計收集管道為負壓運行，考慮壓力平衡，安裝壓力變送器進行監控，防止各單元間廢氣亂竄；同時，廢氣輸送管道應在管道拐彎處加泄爆片[3]，泄爆片壓力設置20kPa，確保管道輸送的安全。廢氣管道要設置排凝導淋裝置，以防止管道積液，夏天管道積液，隨著溫度的升高，會加速有機物的揮發，會使進氣濃度升高，帶來安全問題；冬季管道積液，尤其廢氣含水較多，會堵塞管道，影響廢氣輸送。
四、RTO蓄熱爐的設計
4.1燃燒室
根據2020年1月14日中國生態環境部頒布HJ1093—2020《蓄熱燃燒法工業有機廢氣治理工程技術規范》規定，燃燒室溫度高于760℃，廢氣在燃燒室停留時間不少于0.75s；兩室RTO凈化效率不低于95%，多室RTO凈化效率不低于98%；設計氣量按105%進行設計。但是，為了更好地凈化效率，實際RTO燃燒溫度應按820℃進行設計，停留時間大于1.5s進行設計。同時需要配備燃燒器，輔助燃料為天然氣或柴油，提供熱量滿足蓄熱焚燒裝置進出口氣體溫度差的要求。
4.2材質選擇
爐體采用8mm碳鋼板連續焊接制作，內襯陶瓷纖維保溫，按1200℃進行設計；農藥生產過程中排放的廢氣含有大量有機硫化物，有機鹵化物，高溫氧化分解為二氧化硫、氯化氫等腐蝕性氣體，所以，蓄熱爐爐柵材質的選擇十分重要，一般多選用2205雙相不銹鋼材質，雙相不銹鋼具有優良的耐氯化物、晶間腐蝕性能。
4.3蓄熱室
蓄熱室設計要求：熱回收率大于90%，進出口溫差不大于60℃，系統阻力小于3000Pa，蓄熱室截面流速小于2m•s-1；蓄熱體一般選用蜂窩和MLM陶瓷填料兩種中的一種；蓄熱體比熱容不低于750J•kg-1•K-1,短時間可承受1200℃沖擊，使用壽命40000h；蓄熱室蓄熱體按照鞍環及蜂窩或MLM組合設計,散堆的鞍環填料起到分布氣體的作用。
4.4切換閥
切換閥是蓄熱式焚燒爐的核心部件，需要考慮腐蝕、切換時間、密封及泄露量等問題。RTO切換閥之前一直采用氣動蝶閥，但是，隨著提升閥產品的出現，氣動蝶閥被提升閥所替代，提升閥分為豎直和水平提升閥兩種，宜選用水平式提升閥，提升閥材質與爐柵材質相同，均需選用2205雙相不銹鋼，閥室底部需要設置排凝導淋設施。
五、安全設計
5.1LEL爆炸下限設置
農藥生產排放的廢氣多數為易燃易爆氣體，嚴格控制進入蓄熱式熱氧化爐的廢氣濃度，RTO爐入口濃度必須低于爆炸下限LEL的25%，是預防爆炸事故最有效、最直接的辦法，是本質安全措施，所以RTO系統需要設置LEL監測儀，分為PID、FID、FTA等方法，FTA氫氣火焰溫度監測儀最為穩定。LEL監測儀設置的位置需要考慮輸送管道直徑、長度、輸送氣量，閥門切斷時間，LEL監測儀的響應時間，所以需要設置在足夠遠的距離，或設置緩沖罐，給濃度檢測儀及閥門動作留下足夠響應時間,體積要合理設置。
5.2新鮮風稀釋閥門
RTO必須設置新風閥門,開車采用新鮮風開車，同時設置吹掃風機；對于高濃度廢氣,需要配備稀釋風機或稀釋新風口，將廢氣濃度稀釋到爆炸下限LEL25%以下。
5.3緊急釋放
第一，熱旁通閥設置，進入RTO的廢氣濃度波動時，造成爐內溫度的驟然升高，RTO設置熱旁通閥泄放高溫及泄壓，避免安全事故；
第二，泄爆片設置，在廢氣輸送管道以及RTO進氣閥室設置泄爆片，降低爆炸事故帶來的損失。6.4安全聯鎖及UPSRTO采用PLC或DCS控制，關鍵設備安全儀表系統應不低于SIL1標準設計，按需要選擇氣動閥門；配置UPS應急電源和壓縮空氣緩沖罐，保證停電狀態下，安全停車；合理設置安全聯鎖，例如濃度高，切斷進風機，系統離線；溫度高，打開稀釋風閥，打開熱旁通等。
六、尾氣處理
RTO排放的煙氣主要成分為二氧化硫、氯化氫等酸式氣體，需要采取兩級堿性洗滌塔進行吸收；第一級為冷卻塔，主要起降溫作用，第二級主要起吸收作用，由于RTO反洗、超溫時煙氣溫度較高，第一級洗滌塔多采用2205材質設備，第二級堿洗塔可選用玻璃鋼材質，洗滌塔可設置填料，也可以不設置填料，以噴淋密度保證洗滌塔的處理效果。
七、總結
綜上所述，蓄熱式熱氧化爐在農藥行業應用廣泛，本文結合工程實例以及切身經驗，針對農藥行業廢氣特點、蓄熱式熱氧化爐工作原理、農藥行業RTO系統典型工藝路線、安全控制以及其他設計要點進行詳細的分析和說明，希望能對蓄熱式熱氧化爐系統設計有所幫助。
來源：相章分享環保技術