蓄熱式熱力焚燒爐(RTO)工作原理及主要性能指標(biāo)
隨著我國文化和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,人們對(duì)生活質(zhì)量要求逐漸提高,環(huán)保意識(shí)逐漸加強(qiáng),對(duì)生活環(huán)境要求日益提高。
工業(yè)有機(jī)廢氣是當(dāng)今大氣污染的一種主要成因之一,近幾年國家對(duì)環(huán)境治理的力度日益加大,對(duì)有機(jī)廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)也越來越高。
高標(biāo)準(zhǔn)政策下,對(duì)有機(jī)廢氣處理設(shè)備的技術(shù)性能要求有了大幅度提高,本文通過對(duì)各種蓄熱式熱力焚燒爐(RTO)的工作原理及主要性能指標(biāo)介紹,對(duì)蓄熱式熱力焚燒爐(RTO)的應(yīng)用發(fā)展前景做出探討和分析。
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,該過程為陶瓷蓄熱體的“放熱”過程,從而節(jié)省廢氣升溫過程的燃料消耗。
2、RTO在國內(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,以最簡單的一進(jìn)一出過程完成“蓄熱”和“放熱”過程的切換。
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)過蓄熱床B排出,同時(shí)蓄熱床B被加熱。
階段二:廢氣通過蓄熱床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)過蓄熱床C排出,同時(shí)蓄熱床C被加熱。
階段三:廢氣通過蓄熱床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蓄熱和放熱的能量儲(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5g/m3,不然會(huì)超過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。
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)材料的廠家來說極其重要。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/m3。
2.4 不同類型RTO性能對(duì)比
以30000m3/h為參考,各類RTO的性能情況表
不同形式RTO性能對(duì)比詳表(30000m3/h)
性能
指標(biāo)形式
2室RTO
3室RTO
旋轉(zhuǎn)式RTO
備注
先進(jìn)性
技術(shù)迭代
第一代
第二代
第三代
蓄熱式數(shù)量
2
3
12
可靠性
閥門數(shù)量
4
9
1
閥門年切換次數(shù)
35萬次
52萬次
/
旋轉(zhuǎn)閥連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)無切換
管道壓力波動(dòng)
±500pa
±250pa
±25pa
達(dá)標(biāo)性
總凈化效率
95%
99%
99.5%
切換峰值凈化率
80%
95%
99.5%
最高濃度處理范圍
‹1g/m3
‹5g/m3
‹10g/m3
50mg/m3排放標(biāo)準(zhǔn)
節(jié)能性
表面積
95m2
145m2
86m2
進(jìn)出口溫差
45℃
40℃
20℃
吹掃風(fēng)量
/
5000
3000
2室RTO無吹掃
熱效率
90%
95%
97%
開機(jī)升溫時(shí)間
2h
3h
1.5h
冷爐啟動(dòng)
自運(yùn)行濃度
2.3g/m3
2.5g/m3
1.8g/m3
以乙酸乙酯為例
經(jīng)濟(jì)型
保溫面積
19m2
29m2
14m2
蓄熱陶瓷體填充量
28m3
42m3
15m3
重量
68t
102t
57t
實(shí)用性
占地
L12*W9
L16*W9
L12*W7
米
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
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)國家VOCs廢氣排放標(biāo)準(zhǔn),美國是180mg/m3,歐盟是150mg/m3,日本是300mg/m3,中國國標(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最長運(yùn)行時(shí)間只有2.5年。國內(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)入我國市場,所以目前市場占有比例較大。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)大市場占有率。
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