RTO蓄熱廢氣處理裝置的研究綜述

一、我國 RTO的發(fā)展
雙床RTO 的基本結(jié)構 ( 見圖 1) 包括燃燒室、2 個蓄熱室再生器床和 2 個切向閥。通過一進一出切向閥完成換熱過程。雙床 RTO 可以有效凈化 VOCs，同時 實現(xiàn)系統(tǒng)外的低能耗。當閥組換向時，蓄熱室下層未被 有效溶解的 VOCs 易被帶出蓄熱室，影響凈化效率。

我國研究人員提出了三床 RTO，與雙床式 RTO 相比，三床 RTO ( 見圖 2) 增加了吹掃風機，在運行過程中，吹掃風機能輸入更多的清潔空氣到蓄熱室，并將剩余的VOCs 廢氣送到氧化室進行有效的氧化分解。

第三代 RTO 為旋轉(zhuǎn)式 RTO ( 見圖 3) ，與三床式 RTO 不同之處在于其旋轉(zhuǎn)切換閥在爐中形成多個等份分蓄熱室。其優(yōu)點是通過旋轉(zhuǎn)方向切換閥，有機廢氣被送到每個蓄熱室，加強了預熱效果，有利于氧化降解。

二、蓄熱體性能要求
RTO設備由蓄熱體、燃燒室和轉(zhuǎn)向閥等構成。蓄熱體作為核心部件，需要具有冷熱交替時不變形、 熱交換速度快、結(jié)構強度高、耐用年數(shù)長等性能。有機廢氣需要在蓄熱室中預熱，然后進入燃燒室，加熱溫度高達800 ℃左右，廢氣中的 VOCs 被氧化分解為 CO? 和H?O，反應關系如下所示：

1耐高溫性能
RTO 設備在正常工作情況下，燃燒室的溫度超過 800 ℃，為了保證蓄熱體可以重復使用，它必須能夠承受高溫。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，陶瓷能夠承受高溫，能夠克服一般金屬材料高溫下氧化變質(zhì)、使用壽命短的弊端。
2熱導率性能
根據(jù) RTO 設備的工作原理，蓄熱體可以在短時間內(nèi)快速完成吸熱和放熱。蓄熱體具備良好的導熱性，有利于熱傳導，能夠很快地將高溫煙氣的熱量吸收，并迅速傳遞給需要加熱的氣體。
3抗熱震性能
蓄熱體需要反復吸熱和放熱，在冷熱溫差的作用下很容易引起熱應力變化。如果蓄熱體材料的抗震性能不足，很可能導致破裂和材料蓄熱性能降低，甚至不能正常工作。
4比熱和密度性能要求
蓄熱體必須具有熱回收率高和儲熱性能好的特點。RTO 設備中使用的蓄熱體由幾種材料混合組成，根據(jù)材料的依存性，密度越高，組合材料的密度就越大。因此，在研究 RTO 蓄熱材料時，在不影響材料耐熱性能的前提下，應該盡可能提高密度。
三、蓄熱體材料
蓄熱體材料不同工況下，RTO 裝置使用的蓄熱體材質(zhì)不同， 常見的有陶瓷蜂窩體、陶瓷小球和陶瓷管。陶瓷材料具有耐高溫、抗氧化、耐腐蝕和低加工成本的優(yōu)點，因此選擇陶瓷材料作為儲熱材料。陶瓷蓄熱體由莫來石和堇青石制成，常見蓄熱體的形狀有球形、鞍狀、多層板 ( 或波紋板) 和蜂窩狀。4 種常見的蓄熱體結(jié)構參數(shù)見表 1。

熱效率和壓力損失分別是主要的傳熱性能指標和 流動性能指標，計算公式如式 ( 1) 和式 ( 2) 所示：

由圖4可知：隨著氣流速率的增加，壓降從小到大依次為LantcComb-H、40x40孔蜂窩陶瓷、MLM-180片狀組合蜂窩陶瓷、25mm矩鞍環(huán)。由圖5可知：隨著氣流速率的增加，熱效率從大到小依次為LantcComb-H、40x40孔蜂窩陶瓷、MLM-180片狀組合蜂窩陶瓷、25mm矩鞍環(huán)。因此，LantcComb-H具有壓降損失較小、熱效率較好的優(yōu)點。
RTO 升溫結(jié)束后進入正常運轉(zhuǎn)時，在閥切換的時間段內(nèi)，RTO 進氣室內(nèi)的流速會發(fā)生變化，蓄熱體輸出的氣體溫度開始是接近爐膛溫度的，隨著時間的推移，溫度會逐漸變低，等到換向閥再一次換向時，溫度達到最低點。在加熱階段，熱的煙氣主要以對流和輻射的方式被排放到球體表面，以進行預熱。在冷卻時期，蓄熱體主要以對流和輻射的方式將熱量通過球體輪廓釋放出來，傳遞給被預熱氣體。
一般采用的陶瓷小球的直徑不大，通常在 20mm 以內(nèi)，把小球緊密堆積起來，球?qū)又袣怏w的平均自由行程不高，忽略輻射熱交換，加熱周期和冷卻周期的傳熱方向不同、傳熱方式和傳熱過程相同。傳熱過程可以表達為氣體吸熱或放熱過程、氣體與球表 面的對流換熱過程、球內(nèi)的非穩(wěn)態(tài)導熱過程。
四、結(jié)論
( 1) 改變蓄熱體的構造和技術參數(shù)，以解決 RTO 設備運行過程中可能出現(xiàn)的安全隱患會成為未 來的研究熱點;
( 2) 目前，針對 RTO 處理 VOCs 方面的研究，主要集中在蓄熱體高度、填充物形狀、材質(zhì)等因素對蓄熱體的蓄熱效率和壓力損失;
( 3) 在 LanteComb-H、40× 40 孔蜂窩陶瓷、25 mm 矩鞍環(huán)、 MLM-180 片狀組合蜂窩陶瓷中，LanteComb-H 具有壓降小、熱效率高的優(yōu)點。
來源：環(huán)保