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1蓄熱式熱力焚燒爐的工作原理

蓄熱式熱力焚燒爐(RTO)，是一種高效的有機(jī)廢氣處理設(shè)備，其工作原理是，把有機(jī)廢氣加熱到760攝氏度以上，使廢氣中的揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)氧化分解為二氧化碳和水。氧化過(guò)程產(chǎn)生的熱量存儲(chǔ)在特制的陶瓷蓄熱體，使蓄熱體升溫“蓄熱”。陶瓷蓄熱體內(nèi)儲(chǔ)存的熱量用于預(yù)熱后續(xù)進(jìn)入的有機(jī)廢氣，該過(guò)程為陶瓷蓄熱體的“放熱”過(guò)程，從而節(jié)省廢氣升溫過(guò)程的燃料消耗。

2RTO在國(guó)內(nèi)的技術(shù)發(fā)展歷程

2.1 第一代RTO

第一代RTO是兩床式結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)陶瓷蓄熱體填料床組成，以最簡(jiǎn)單的一進(jìn)一出過(guò)程完成“蓄熱”和“放熱”過(guò)程的切換。RTO設(shè)備的分解效率主要由反應(yīng)溫度、停留時(shí)間、氣體流速等因素決定。兩床式RTO有2個(gè)蓄熱室，工作時(shí)2個(gè)蓄熱室大約1min-2min切換一次狀態(tài)(進(jìn)口-出口)，風(fēng)門在切換過(guò)程中大約有0.3s-0.6s的時(shí)間直接將高濃度的廢氣排到排放口，且當(dāng)前進(jìn)氣蓄熱室底部殘留的未分解廢氣也被直接排出。大量工程應(yīng)用表明:兩床式RTO的VOCs的最大分解效率為95%，最大綜合熱效率為90%，進(jìn)出口溫差高達(dá)45攝氏度。在閥切換時(shí)，廢氣管道內(nèi)的壓力波動(dòng)范圍為±500pa，當(dāng)兩床式RTO進(jìn)氣口VOCs濃度大于1g/m3時(shí)，出口濃度會(huì)超過(guò)北京和上海的地方排放標(biāo)準(zhǔn)(50mg/m³)。

2.2 第二代RTO

第二代RTO同樣是采用閥門切換式，由三個(gè)或多個(gè)陶瓷填充床組成, 在第一代RTO的基礎(chǔ)上增加了“吹掃”功能，大大的提高了廢氣分解效率。

以三床式RTO為例:

階段一:廢氣通過(guò)蓄熱床A被預(yù)熱，然后進(jìn)入燃燒室燃燒，蓄熱床C中殘留未處理廢氣被凈化后的氣體反吹回燃燒室進(jìn)行焚燒處理(吹掃功能)，分解后的廢氣經(jīng)過(guò)蓄熱床B排出，同時(shí)蓄熱床B被加熱。

階段二:廢氣通過(guò)蓄熱床B被預(yù)熱，然后進(jìn)入燃燒室燃燒，蓄熱床A中殘留未處理廢氣被凈化后的氣體反吹回燃燒室進(jìn)行焚燒處理，分解后廢氣經(jīng)過(guò)蓄熱床C排出，同時(shí)蓄熱床C被加熱。

階段三:廢氣通過(guò)蓄熱床C被預(yù)熱，然后進(jìn)人燃燒室燃燒，蓄熱床B中殘留未處理廢氣被凈化后的氣體反吹回燃燒室進(jìn)行焚燒處理分解后廢氣經(jīng)過(guò)蓄熱床A排出，同時(shí)蓄熱床A被加熱。

如此周期性運(yùn)行，廢氣在燃燒室內(nèi)氧化分解，燃燒室內(nèi)溫度維持在設(shè)定溫度(一般為800-850攝氏度)。當(dāng)RTO進(jìn)氣口的廢氣濃度達(dá)到一定值時(shí)，VOCs氧化釋放的熱量能夠維持RTO蓄熱和放熱的能量?jī)?chǔ)備，則此時(shí)RTO不需要使用燃料就能夠維持燃燒室內(nèi)的溫度。

大量工程應(yīng)用表明:三床式RTO的VOCs的最高分解效率可達(dá)99%，最大綜合熱效率可達(dá)95%，進(jìn)出口溫差在40攝氏度左右，在閥切換時(shí)，廢氣管道內(nèi)的壓力波動(dòng)在±250pa。三床式RTO的VOCs處理濃度不能超過(guò)5g/m3，不然會(huì)超過(guò)北京和上海的地方排放標(biāo)準(zhǔn)。另外由于其比表面積較大所以自身運(yùn)行散熱量較大，降低了可供回用的余熱量。

2.3 第三代RTO

第三代RTO采用旋轉(zhuǎn)式分流導(dǎo)向，在爐膛內(nèi)設(shè)置多個(gè)等份的陶瓷填料床，通過(guò)旋轉(zhuǎn)換向閥的轉(zhuǎn)動(dòng)把有機(jī)廢氣導(dǎo)向各個(gè)蓄熱床進(jìn)行預(yù)熱和氧化分解。

旋轉(zhuǎn)式RTO主要由燃燒室、陶瓷填料床和旋轉(zhuǎn)閥等組成。爐體分成12個(gè)陶瓷填料床，其功能分為5個(gè)進(jìn)氣室(預(yù)熱區(qū))、5個(gè)出氣室(冷卻區(qū))、1個(gè)吹掃室和1個(gè)隔離室。廢氣分配閥由電機(jī)帶動(dòng)，作連續(xù)、勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在分配閥的作用下，廢氣緩慢在12個(gè)室之間依次通過(guò)。廢氣經(jīng)進(jìn)氣分配器進(jìn)入預(yù)熱區(qū)，使廢氣預(yù)熱到一定溫度后進(jìn)入頂部的燃燒室，并完全氧化分解。凈化后的高溫氣體離開燃燒室，進(jìn)入冷卻區(qū)，將熱量傳給陶瓷蓄熱體，而氣體被冷卻，并通過(guò)氣體分配器排出。冷卻區(qū)的陶瓷蓄熱體吸熱，“儲(chǔ)存”大量的熱量(用于下個(gè)循環(huán)加熱廢氣)。

如此不斷地交替進(jìn)行，廢氣在燃燒室內(nèi)氧化分解，當(dāng)廢氣中VOCs濃度超過(guò)一定值，氧化分解釋放熱量足以維持燃燒室的反應(yīng)溫度時(shí)，則不需要用燃料進(jìn)行加熱，最大限度的保證能量循環(huán)利用。

大量工程應(yīng)用表明:旋轉(zhuǎn)式RTO的VOCs的最高分解效率可達(dá)99.5%，熱效率可達(dá)97%，其進(jìn)出口溫差20攝氏度左右，最大限度的降低了RTO運(yùn)行中的熱損失，保證了熱能的二次回收利用。旋轉(zhuǎn)閥的平穩(wěn)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)廢氣管道的壓力影響僅為±25pa，對(duì)于生產(chǎn)光學(xué)材料的廠家來(lái)說(shuō)極其重要。由于具有很高的分解效率，旋轉(zhuǎn)式RTO的VOCs入口廢氣濃度可高達(dá)10g/m 3。

2.4 不同類型RTO性能對(duì)比

以30000m 3/h為參考，各類RTO的性能情況表

從以上表格可以看出，在保證VOCs達(dá)標(biāo)排放的前提下，旋轉(zhuǎn)式RTO的基本性能都優(yōu)于三床式RTO。

3結(jié)語(yǔ)

自2016年北京《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB11/501-2017)的頒布實(shí)施后，北京率先實(shí)施地標(biāo)50mg/m3的排放標(biāo)準(zhǔn)，目前已有19個(gè)省份陸續(xù)執(zhí)行50mg/m3標(biāo)準(zhǔn)。世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家VOCs廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)是180mg/m3，歐盟是150mg/m3，日本是300mg/m3，中國(guó)國(guó)標(biāo)是120mg/m3;全世界RTO設(shè)備制造商2016年起才開始研發(fā)生產(chǎn)高標(biāo)準(zhǔn)要求的RTO，高標(biāo)準(zhǔn)RTO最長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間只有2.5年。國(guó)內(nèi)外高排放標(biāo)準(zhǔn)的RTO技術(shù)研發(fā)基本站在了同一起跑線上。

綜上，為了滿足環(huán)境治理的達(dá)標(biāo)排放以及控制企業(yè)投資成本的高要求，提高設(shè)備運(yùn)行效益，減排降耗，蓄熱式熱力焚燒爐(RTO)也在不斷的技術(shù)改進(jìn)。隨著國(guó)家環(huán)保及企業(yè)對(duì)廢氣處理設(shè)備的要求逐漸提高，兩床式RTO已逐漸被淘汰。三床式RTO較早進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)，所以目前市場(chǎng)占有比例較大。由于旋轉(zhuǎn)式RTO的綜合性能要比三床式RTO更好，所以考慮到環(huán)保要求和成本控制，旋轉(zhuǎn)式RTO正在擴(kuò)大市場(chǎng)占有率。