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揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）作為細(xì)顆粒物（PM_2.5）和臭氧（O₃）形成的關(guān)鍵前體物，針對其進(jìn)行管控是打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的關(guān)鍵舉措之一。當(dāng)前在國家和地方政策的推動(dòng)下，工業(yè)源VOCs排放管控受到廣泛重視，圍繞工業(yè)企業(yè)VOCs管控投入了大量的治理設(shè)施和技術(shù)手段。蓄熱氧化技術(shù)（RTO）主要通過高溫將有機(jī)廢氣氧化成CO₂和H₂O，因其對VOCs處理穩(wěn)定、減排貢獻(xiàn)巨大，當(dāng)前在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。

一、RTO裝置簡介

蓄熱氧化技術(shù)（Regenerative Thermal Oxidizer，簡稱RTO）：是指將工業(yè)有機(jī)廢氣進(jìn)行燃燒凈化處理，并利用蓄熱體對待處理廢氣進(jìn)行換熱升溫、對凈化后排氣進(jìn)行換熱降溫的技術(shù)。RTO裝置通常由蓄熱室、換向設(shè)備、燃燒室和控制系統(tǒng)等組成，主要包括二室RTO、多室RTO、旋轉(zhuǎn)式RTO等類型。

二室RTO

二室RTO結(jié)構(gòu)主要包括：VOCs引風(fēng)管、主風(fēng)機(jī)、提升閥、RTO爐體、陶瓷蓄熱體、燃燒室、爐頭、煙囪等。其工作原理為將待處理的低溫廢氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)進(jìn)入蓄熱室A，陶瓷蓄熱體釋放熱量溫度降低，而有機(jī)廢氣升至較高的溫度后進(jìn)入氧化室，在氧化室中燃燒器燃燒補(bǔ)充熱量，使廢氣升至設(shè)定的氧化溫度(760℃)，廢氣中的有機(jī)成分被分解成CO₂和H₂O。由于廢氣在蓄熱室內(nèi)已被預(yù)熱，外加燃料的用量較少。凈化后的高溫廢氣離開氧化室，進(jìn)入蓄熱室B，釋放熱量，溫度降低后由排氣風(fēng)機(jī)經(jīng)煙囪向空排放。而蓄熱室B的陶瓷蓄熱體吸熱，“貯存”大量的熱量（用于下個(gè)循環(huán)加熱廢氣）。一個(gè)循環(huán)完成后，進(jìn)氣與出氣閥門進(jìn)行一次切換，改變氣流方向（進(jìn)入下一循環(huán)）。廢氣由蓄熱室B進(jìn)入，凈化后的氣體由蓄熱室A排放。如此不斷地交替進(jìn)行。一般兩床式RTO的處理效率可達(dá)95%。

圖1 二室RTO工藝流程圖

多室RTO

多室RTO結(jié)構(gòu)主要包括：VOCs引風(fēng)管、主風(fēng)機(jī)、提升閥、RTO爐體、陶瓷蓄熱體、燃燒室、爐頭、吹掃回風(fēng)管、煙囪等。以三室RTO為例，其工作原理為將待處理的低溫有機(jī)廢氣在入口風(fēng)機(jī)作用下進(jìn)入蓄熱室A的陶瓷介質(zhì)層，陶瓷釋放熱量溫度降低，而有機(jī)廢氣升至較高的溫度之后進(jìn)入燃燒室。在燃燒室中，燃燒器燃燒燃料放熱，使廢氣升至設(shè)定的氧化溫度760℃，廢氣中的有機(jī)物被分解成CO₂和H₂O。由于廢氣經(jīng)過蓄熱室預(yù)熱，廢氣氧化也釋放一定的熱量，所以燃燒器燃料的用量較少。廢氣成為凈化的高溫氣體后離開燃燒室，進(jìn)入蓄熱室B（上兩個(gè)循環(huán)陶瓷介質(zhì)已被冷卻吹掃），釋放熱量，溫度降低后排放，而蓄熱室B的陶瓷吸熱，“儲存”大量的熱量（用于下個(gè)循環(huán)加熱使用）。蓄熱室C在這個(gè)循環(huán)中執(zhí)行吹掃功能。完成后，蓄熱室的進(jìn)氣與出氣閥門進(jìn)行一次切換，蓄熱室B進(jìn)氣，蓄熱室C出氣，蓄熱室A吹掃；再下個(gè)循環(huán)則是蓄熱室C進(jìn)氣，蓄熱室A出氣，蓄熱室B吹掃，如此不斷地交替進(jìn)行。一般三室的去除效率可達(dá)98%以上，可兼顧處理效率和經(jīng)濟(jì)性要求。

圖2 三室RTO工藝流程圖

旋轉(zhuǎn)式RTO

旋轉(zhuǎn)式RTO主要由燃燒室、陶瓷填料床和旋轉(zhuǎn)閥等組成。爐體分成多個(gè)腔室，常見的為12室，5個(gè)室進(jìn)廢氣、5個(gè)室出凈化氣，1個(gè)室清掃，1個(gè)室起隔離作用。廢氣分配閥由電機(jī)帶著連續(xù)、勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在分配閥的作用下，廢氣緩慢在12個(gè)室之間連續(xù)切換。其原理是在高溫下將可燃廢氣氧化成對應(yīng)的氧化物和水，從而凈化廢氣，并回收廢氣分解時(shí)所釋放出來的熱量，旋轉(zhuǎn)式RTO廢氣分解效率可高達(dá)99%以上，熱回收效率達(dá)到95%以上。

二、RTO系統(tǒng)運(yùn)行要求

RTO焚燒爐的穩(wěn)定運(yùn)行是建立在各個(gè)部件都能正常運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上的，常見RTO焚燒爐的關(guān)鍵部件有燃燒室、蓄熱室、切換閥及燒嘴等。

燃燒溫度

燃燒溫度主要指燃燒室可能達(dá)到的溫度，除了和廢氣的成分、性質(zhì)及其含量相關(guān)外，還與廢氣進(jìn)出燃燒室所帶的熱焓、廢氣污染物的燃燒熱值以及燃燒室內(nèi)外的傳熱過程等有關(guān)，燃燒溫度一般在760℃～1050℃之間，特殊情況下可達(dá)1200℃。

停留時(shí)間

為保證有機(jī)廢氣達(dá)到較高的凈化率，通常要求氣體在燃燒室內(nèi)保持一定的停留時(shí)間，原則上若燃燒室溫度越高、停留時(shí)間越長，則VOCs的轉(zhuǎn)化效率也越高。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般停留時(shí)間在0.75s左右，即可保證VOCs基本處理殆盡。延長時(shí)間可提高凈化率，但燃燒室容積也隨之增加。燃燒室的內(nèi)襯一般采用陶瓷纖維等耐火絕熱材料，可以承受短時(shí)1200℃的高溫。

蓄熱體

蓄熱室中最為重要的組成單元為蓄熱體。一般來說，蓄熱體的材料主要有陶瓷和金屬兩種，RTO裝置的操作溫度較高，因此不能采用金屬材料。而陶瓷材料具有優(yōu)良的耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等特點(diǎn)以及機(jī)械強(qiáng)度好、價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，性能基本滿足RTO的要求，所以目前RTO普遍采用陶瓷材料作為蓄熱體。蓄熱體是RTO系統(tǒng)的熱量載體，直接影響RTO的熱利用率，技術(shù)指標(biāo)包括蓄熱能力、換熱速度、熱震穩(wěn)定性、抗腐蝕能力等。目前常用的蓄熱體包括散堆材料（顆粒填料，如矩鞍環(huán)）和規(guī)整填料（如蜂窩填料和板波紋填料）。為了降低床層阻力，目前在RTO裝置中大多采用規(guī)整填料，特別是蜂窩狀陶瓷蓄熱體，蜂窩陶瓷蓄熱體與其它蓄熱體（如陶瓷球等）相比具有比表面積大，阻力損失小，熱脹冷縮系數(shù)小，抗熱性能好等特點(diǎn)。為保證較高的熱回收效率，要求蓄熱室進(jìn)入口溫差不能太高，進(jìn)出口溫差一般規(guī)定不大于60℃。為確保蓄熱體和流經(jīng)蓄熱體的氣體能夠進(jìn)行充分的熱交換，同時(shí)兼顧蓄熱室體積和系統(tǒng)壓降等因素平衡，蓄熱室的截面風(fēng)速一般不宜大于2m/s。

切換閥

切換閥是RTO焚燒爐進(jìn)行循環(huán)熱交換的關(guān)鍵部件，必須在規(guī)定的時(shí)間準(zhǔn)確地進(jìn)行切換，其穩(wěn)定性和可靠性至關(guān)重要。切換閥的頻繁動(dòng)作會造成磨損，積攢到一定程度會出現(xiàn)閥門密封不嚴(yán)、動(dòng)作速度慢等問題，會較大地影響使用性能。

燒嘴

燒嘴的主要目的是不讓氣體與燃料混合地過快，這樣會形成局部高溫；但也不能混合過慢，否則可能導(dǎo)致燃料出現(xiàn)二次燃燒甚至燃燒不充分。為了確保燃料在低氧環(huán)境下燃燒，需要考慮到燃料與氣體間的擴(kuò)散、與爐內(nèi)廢氣的混合以及射流的角度及深度，這些參數(shù)應(yīng)在設(shè)計(jì)之初根據(jù)實(shí)際的工藝需求準(zhǔn)確計(jì)算，否則會直接影響RTO的焚燒效果。