蓄热式氧化炉在电池行业的应用

摘要：电池行业真空泵尾气成分复杂，而蓄热式氧化炉（RTO）可以用于治理真空泵尾气。针对电池行业真空泵尾气的产生特点，本研究采用滤筒+碱洗塔+蓄热式氧化炉组合工艺进行治理，分析了系统组成、安全措施和主要技术参数。研究表明，该系统具有环保达标、安全运行、节能降碳、智能运维的突出优势。

关键词：电池行业；真空泵尾气；蓄热式氧化炉

电池行业真空泵尾气主要来源于一次注液、化成、二次注液工序的产线真空泵及厂房真空泵。在正常生产过程中，电解液挥发和真空泵油挥发会产生尾气，其主要成分为碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、甲烷、乙烷、乙烯、氟化氢以及少量真空泵油。本项目设计处理气量为10000m3/h，设计进气非甲烷总烃浓度为2500mg/m3。废气排放满足《电池工业污染物排放标准》（GB30484—2013）的限值要求，非甲烷总烃浓度不大于50mg/m3。

1系统处理工艺流程

根据作用机理，挥发性有机物（VOCs）治理工艺可以分为生物法、吸附法、氧化法和燃烧法[1]。本项目废气属于中高浓度VOCs废气，通常采用燃烧法处理。燃烧法又被称为热氧化法，主要分为直接热氧化、催化热氧化和蓄热热氧化[2]。蓄热热氧化处理效率可高达99%，同时热回收效率可超过95%[3]。本项目废气含有真空泵油及酸性气体，需要进行预处理。废气首先经过滤筒除油进行预处理，而后进入碱洗塔去除酸性物质并进一步除油，接着进入蓄热式氧化炉（RTO）进行焚烧处理，实现达标排放。同时，考虑系统维护需要，设置活性炭吸附箱作为应急处理装置。系统处理工艺流程如图1所示，不同VOCs废气的处理方案如表1所示。

2系统组成

2.1滤筒

废气首先经过滤筒除油进行预处理。滤筒内部设除油滤芯，废气中的油状物质在滤网阻隔及惯性等作用下被隔离于滤筒外表面，过滤后的气体通过滤芯内部排出，而被隔离的油状物质会在滤筒外部积累，在重力作用下滴落，积聚在设备底部。设备底部设置有排油口，要定期打开排油口，将油状积聚物排出，而其中的不锈钢滤芯可从设备顶部取出，清洗后可反复使用。滤筒除油壳体材质为Q235A钢，过滤元件采用200目不锈钢丝网褶皱而成，能过滤微米级的油污粒子（气溶胶颗粒），过滤效率大于90%。滤筒采用易拆卸设计，满足在线快拆快装要求，带压差检测仪，滤筒有专设零泄漏密封结构，确保运行时不漏风。

2.2碱洗塔

废气经滤筒除油后，进入旋流洗涤塔进一步除油并去除酸性物质。废气含有油性物质，因此一次碱洗塔采用旋流板塔结构，避免发生填料堵塞问题。废气在旋流板塔与碱液进行两相充分接触反应，再经除雾板脱水除雾。碱洗塔由塔体、布风段、喷淋层、除雾层、循环水箱和加药系统等组成。洗涤塔采用聚对苯二酰对苯二胺（PPA）板抗紫外线涂层制作，空塔设计流速小于1.6m/s，有效停留时间大于1s。洗涤塔内部填料厚度大于600mm，填料层数不小于2层，顶部除雾效率大于80%。

2.3阻火器

阻火器是重要安全元件，具有阻断燃烧、形成安全隔离的作用，在后端设备出现燃烧事故时，防止火焰反窜到前端管道与设备而造成更大安全事故和设备损失。本装置采用阻爆燃性阻火器，壳体采用碳钢，阻火芯材质为304不锈钢，采用快拆结构设计，当阻火芯堵塞时可快速更换。

2.4蓄热式氧化炉

预处理后的废气经风机送入蓄热式氧化炉（RTO）。废气首先经过蓄热体预热，而后进入燃烧室进行高温分解，净化后的废气将热量储存于未蓄热的蓄热室后排放，经过周期性地改变气流方向，保持炉膛温度的稳定[4]。RTO主体结构由燃烧室、蓄热室填料床和切换阀等组成[5]。蓄热室填料设计热回收效率大于95%，其具有良好的抗堵塞性，抗热冲击及抗热应力能力强，耐高温（1180℃），热胀冷缩系数小。RTO燃烧室及蓄热室内保温采用陶瓷纤维模块，耐热温度不小于1200℃，容重为200kg/m3，燃烧室及蓄热室高温区保温层厚度为300mm，蓄热室低温区保温层厚度为250mm。RTO系统中，风向切换阀全部采用直推式盖板阀门（提升阀），阀门精度高，泄漏量小（泄漏率不大于1%），寿命长（可达100万次），启闭迅速（1s），运行可靠。燃烧系统具有自动吹扫、自动点火、扫描仪火焰检测、火焰燃烧状况监视等功能，配置1个燃烧器，其包含燃烧机（含助燃风机）、燃烧管路系统、电控柜等。燃烧系统设计满足最大燃烧容量及升温曲线等要求。

2.5电气控制系统

电气控制系统采用可编程逻辑控制器（PLC），其具备良好的人机交互功能，同时配置智慧云平台及手机远程智能控制系统，可在云平台或手机上设定运行参数，查看设备运行状态及设备运行效果。当设备故障时，手机会接收到报警信息或振铃提醒。PLC对系统进行集中控制，同时配置人机界面，对整个系统运行工况进行实时监控。

2.6应急活性炭吸附箱

当系统检修维护时，废气从活性炭吸附箱进行应急处理和排放。活性炭采用优质颗粒活性炭，确保吸附性能。

3安全措施

在废气总管进行爆炸下限（LEL）在线监测，联锁补风阀门，通过补入新风降低废气浓度，控制气体浓度低于LEL的25%。多点检测RTO燃烧室温度，当温度超过设定值时，开启超温阀进行放散，并连锁停机。管路设置阻火器和泄爆口，保证企业生产设备安全。RTO安装泄爆片，超压时自动泄爆。

4系统主要技术参数

系统处理工艺为滤筒+碱洗塔+蓄热式氧化炉，处理风量为10000m3/h。处理废气的主要成分为碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯和真空泵油等。非甲烷总烃的进口废气浓度为2500mg/m3，处理效率不小于99%，净化后达到《电池工业污染物排放标准》（GB30484—2013）的限值要求，其中，非甲烷总烃浓度不小于50mg/m3。系统主要技术参数如表2所示。从系统配置来看，其主要分为滤筒、碱洗塔、阻火器、蓄热式氧化炉、风机、应急活性炭吸附箱、应急风机、电气控制系统、在线监测系统和烟囱，总功率为50kW。一是滤筒，滤芯材质为316不锈钢，配置均风装置和压差检测仪。二是碱洗塔，直径为1500mm，材质为聚丙烯（PP），采用两级喷淋+两级除雾。三是阻火器，采用不锈钢波纹阻火填料。四是蓄热式氧化炉，蓄热体容积为10m3，硅酸铝纤维模块保温层厚度为300mm，天然气燃烧机发热量约为1046463kJ/h。五是风机，空气流量为10000m3/h，风压为6000Pa，功率为30kW。六是应急活性炭吸附箱，装填颗粒活性炭3m3。七是应急风机，空气流量为10000m3/h，风压为1500Pa，功率为7.5kW。八是电气控制系统，采用PLC+人机界面控制+智慧云平台+手机远程控制系统，仪表有温度传感器、压力传感器、压差计和LEL检测仪。九是在线监测系统，采用氢火焰离子化检测器（FID）进行非甲烷总烃在线监测。十是烟囱，直径为500mm，高度为27m，材质为304不锈钢，含烟囱固定装置、标准取样口、检修平台和避雷系统。

5系统特点

一是持续达标。系统净化效率可超过99%，确保废气得到彻底净化后达标排放。二是安全运行。设有火焰探测器、防爆泄压口、阻火器和高温旁通等，全方位措施保障安全。三是节能降碳。进气管道安装调节阀及压力传感器，根据生产情况，自动调节主风机的抽风量，使主管道保持恒压状态，达到节能的目的。四是智能运行。智慧云平台及手机远程控制系统可实现无人值守、设备远程监控、设备故障报警，工作人员不需要到现场就可以随时随地掌握设备运行情况，设备异常报警时，可及时发现并处理故障。

6结论

电池行业真空泵尾气成分复杂，可采用滤筒+碱洗塔+蓄热式氧化炉进行治理，该系统具有环保达标、安全运行、节能降碳、智能运维的突出优势。系统运行后，非甲烷总烃的在线监测值低于20mg/m3，满足《电池工业污染物排放标准》（GB30484—2013）的限值要求。

参考文献

1伍尚晃.VOCs废气治理技术研究[J].节能与环保，2021（6）：75-77.

2宋宇宸，汪洋，李锦辉，等.VOC燃烧法处理技术综述[J].当代化工，2020（6）：1180-1183.

3王波，马睿，薛国程，等.工业有机废气热氧化技术研究进展[J].化工进展，2017（11）：4232-4242.

4韩晓强，黄伟.VOC废气蓄热式热氧化处理方法[J].中国环保产业，2012（12）：43-45.

5夏茂胜.RTO蓄热式焚烧炉在VOCs治理中的应用[J].化工设计通讯，2021（12）：111-112.

作者：邱才娣 单位：弗仕德（厦门）环保设备有限公司