VOCs廢氣蓄熱焚燒（RTO）發(fā)展史及簡(jiǎn)評

眾所周知，蓄熱爐(也稱(chēng)熱風(fēng)爐)很早以前已在化工、冶金等行業(yè)中用于空氣的預熱，以便充分利用生產(chǎn)過(guò)程排出煙氣的熱能。用RTO來(lái)處理VOCs廢氣就是在此基礎上發(fā)展起來(lái)的。

較早將RTO用于VOC廢氣的凈化大致在20世紀70年代初(約1972年)，由美國Hamon Research-Cottrell公司第一次將RTO引入市場(chǎng)。當時(shí)用陶瓷材料作為蓄熱體，最高的熱效率也就在80-85%之間。1978年美國加利福尼亞州金屬制品廠(chǎng)的漆包線(xiàn)生產(chǎn)線(xiàn)也是用RTO來(lái)處理含溶劑的排放廢氣。之后，隨著(zhù)世界各國對VOC排放的嚴格控制和對排放允許限值的要求越來(lái)越嚴，因而涉及需要對排放VOC廢氣進(jìn)行處理的領(lǐng)域也越來(lái)越寬，必須配備VOCs廢氣凈化裝置的企業(yè)自然不斷增多。到20世紀90年代中期，特別在歐美發(fā)達國家，RTO已經(jīng)非常普遍地用于VOC廢氣的凈化處理。

采用RTO，雖然一次性投資較大，但其優(yōu)點(diǎn)是：

首先，它幾乎可適應所有有機廢氣的處理，而且熱效率極高，特別是當廢氣中有機物的濃度合適時(shí)，可不必添加輔助燃料而實(shí)現自供熱操作，從而達到既節能、減排又能符合排放要求；

其次，當廢氣濃度較高時(shí)還可回收熱量，借以補償或回收投資；

此外，RTO的操作方便、可靠，很少需要維護。

目前，典型的RTO已從兩室、三室、五室發(fā)展到七室和多室裝置，并已開(kāi)發(fā)了許多不同類(lèi)型的RTO裝置，以滿(mǎn)足各種需要，例如：?jiǎn)未彩絉TO和旋轉式RTO在切換閥(換向閥)方面也作了許多改進(jìn)，提高了其密封性和快速性，并延長(cháng)其使用壽命；也有用旋轉式氣體分配器切換氣流方向來(lái)代替傳統的切換閥，而不必使蓄熱體旋轉。

RTO的裝置規模已有從處理小氣量到極大氣量的系列。在2000年，當時(shí)稱(chēng)為歐洲最大的一套RTO裝置是由LTG Mailaender,  GmbH為英國一家墻紙生產(chǎn)廠(chǎng)設計的，用于處理印刷車(chē)間排出含有機溶劑和增塑劑的廢氣，其處理風(fēng)量為300000Nm3 /h，兩套、三室式，即當時(shí)的單套處理能力已達150000Nm3 /h。目前RTO裝置一般系列為5000-80000Nm3/h，一套RTO裝置的最大處理能力可達400000-600000Nm3/h。

根據有機廢氣中V OC的種類(lèi)和組成，一般講，當廢氣中VOC濃度達到2-3g/m3時(shí)(視VOC的熱值大小而定)，即可實(shí)現自供熱操作。若廢氣濃度達不到自熱操作，但十分接近自熱點(diǎn)的濃度時(shí)，則可在原料廢氣中補充一些燃料氣而達到自供熱操作所需濃度，但必須有防爆安全監控裝置，以確保VOC濃度低于爆炸下限。如果廢氣中VOC濃度較高，則可以回收余熱，例如：用于加熱導熱油或生產(chǎn)熱水、蒸汽等，從而可以回收投資費用。

在RTO的設計方面，許多環(huán)保工程公司均已開(kāi)發(fā)了相應的設計計算軟件，以及對RTO的操作行為、流體力學(xué)和傳熱進(jìn)行數值模擬和優(yōu)化。目前RTO裝置大多采用模塊組合式、集裝箱式和預制件式的標準、系列化設計，以適應不同的氣體處理量要求，并且可以在很短時(shí)間內在現場(chǎng)安裝完畢。

此外，美國Thermatrix Inc.(現屬Selas-Linde公司)還開(kāi)發(fā)了填充陶瓷蓄熱體的無(wú)火煙熱力氧化裝置(Flameless Thermal Oxidation,  FTO)，為適應不同的氣體處理量，節省風(fēng)機電能消耗，風(fēng)機采用變頻控制。

RTO裝置中對熱交換起到關(guān)鍵作用的是蓄熱填充物，也稱(chēng)蓄熱體，常用陶瓷材料做成。在陶瓷蓄熱體方面，目前RTO中經(jīng)常使用的基本上還是陶瓷散堆填料和陶瓷規整填料兩大類(lèi)。在散堆填料方面:最初采用化工中常見(jiàn)瓷球和陶瓷矩鞍環(huán)，而用得較多的是陶瓷矩鞍環(huán)。近代的陶瓷矩鞍環(huán)在開(kāi)孔面積和氣流流道的設計方面均有很大改進(jìn)，從而進(jìn)一步防止了填料的相互疊套和降低氣流通過(guò)填料床層時(shí)的壓力損失，例如：美國Koch Knight公司開(kāi)發(fā)的新型陶瓷矩鞍環(huán)填料(Flex-eramic Saddles)，其壓降比傳統的陶瓷矩鞍環(huán)可降低20%；美國原Norton公司研制開(kāi)發(fā)了陶瓷Ty-Pak填料，一種扁平的、類(lèi)似8字形的填料，據稱(chēng)在相同效率情況下與原來(lái)矩鞍環(huán)相比，操作費用較低(壓降較低)，而且不易破碎。在規整填料方面，目前應用最多的還是陶瓷蜂窩填料(Ceramic Honey Comb)，因為無(wú)論在傳熱性能還是在流體力學(xué)性能方面均優(yōu)于散堆填料。在同樣條件下與散堆填料相比，采用陶瓷蜂窩填料作為蓄熱體，可以大大降低壓降，從而減少了操作費用；同時(shí)還可減小RTO裝置的容積，因而降低了投資費用。除陶瓷蜂窩填料外，也有采用類(lèi)似化工生產(chǎn)中常見(jiàn)的陶瓷波紋填料作為蓄熱體，例如美國Koch Knight公司開(kāi)發(fā)的陶瓷波紋填料(Flexeramic Corrugated Structured Packing)，據稱(chēng)這種蓄熱體具有良好的氣流分布性能，而且不像陶瓷蜂窩填料的孔是直通的，一旦一個(gè)孔道局部受堵，將殃及上、下整個(gè)通道。當然，陶瓷蜂窩填料也在不斷改進(jìn)，除了改變小孔形狀和增強抗壓強度外，例如為防止上述堵孔，將蜂窩柱的一個(gè)端面加工成圓弧凹面。除上述類(lèi)型的蓄熱體外，還有可整砌的小塊蓄熱體，例如美國Saint-UobainNor Pro公司開(kāi)發(fā)的三角孔眼正六邊形的蓄熱體(HexPak )，因而也具有規整填料的優(yōu)點(diǎn)?？偟膩?lái)講，兩種類(lèi)型的蓄熱體都在使用，但規整填料的價(jià)格比散堆填料貴好幾倍;不過(guò)在正常情況下，一般的陶瓷散堆填料的使用壽命約為5年，而規整陶瓷蜂窩填料的壽命長(cháng)達10年之久。

從目前RTO裝置技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展看：

首先是力求減排(減少NOx的排放)，這就要求改善燃燒器的設計(例如已開(kāi)發(fā)低NOx的燃燒器)和燃燒過(guò)程特別是對燃燒溫度的控制，以及采用電加熱來(lái)替代油/氣燃料，借以避免添加輔助燃料燃燒和高溫可能引起的二次污染；

其次是研究如何提高氣速、開(kāi)發(fā)高效的蓄熱體來(lái)縮小裝置的容積，借以降低投資費用；改進(jìn)氣體的初始分布來(lái)提高蓄熱體的有效利用率和傳熱效果；改進(jìn)切換閥來(lái)延長(cháng)其使用壽命;進(jìn)一步開(kāi)發(fā)對裝置中諸參數的自動(dòng)監測控制，借以提高操作的安全性和可靠性等方面，還有許多值得研究的問(wèn)題；

此外，對RTO裝置進(jìn)行數值計算和計算機模擬，可以預先了解過(guò)程的操作行為和優(yōu)化裝置的設計，并在某些方面可代替RTO的中間試驗來(lái)節省費用。