蓄熱式燃燒裝置RTO的歷史

這篇文章簡要介紹了蓄熱式燃燒裝置的基礎(chǔ)概念，發(fā)展歷史以及不同類型的RTO。

RTO的基礎(chǔ)概念

蓄熱式燃燒裝置，簡稱RTO，就是指將工業(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)行換熱降溫的裝置。燃燒裝置對于VOCs的燃燒溫度主要取決與最難氧化物質(zhì)的自然點(diǎn)。大部分溫度要求在最難氧化成分自燃點(diǎn)的200-300℃以上，因此燃燒溫度通常設(shè)計在760℃-850℃。

RTO的發(fā)展歷史

熱回收方式和材料的發(fā)展是RTO發(fā)展最關(guān)鍵的推動力。

作為燃燒裝置，其能耗是最值得關(guān)注的指標(biāo)之一，因此在RTO發(fā)展的歷程中熱回收的效率至關(guān)重要。從最初的直火燃燒裝置，換熱式氧化裝置，再到蓄熱氧化裝置。

換熱式氧化器，利用金屬換熱器來實(shí)現(xiàn)熱能回收，由于氣體與熱交換器金屬界面件的熱傳導(dǎo)系數(shù)較低，故一般熱回收率在65%左右，且換熱效率和燃燒溫度密切相關(guān)。

為了追求更高的熱效率，早在19世紀(jì)中期，Willian Siemens就在研究利用蓄熱材料進(jìn)行熱能回收，在當(dāng)時采用了格子磚作為蓄熱體，由于蓄熱室體積非常大、造價高、換向時間很長，預(yù)熱氣體的溫度波動也較大，其熱回收效率并不高。直到1982年，英國Hotwork Development公司和British Gas公司合作開發(fā)出利用陶瓷小球作為蓄熱體的新型蓄熱式陶瓷燃燒器。

利用陶瓷小球作為蓄熱材料，是蓄熱燃燒裝置發(fā)展的關(guān)鍵里程碑。此時的換向時間大大縮短，由分鐘計縮短到由秒計，極大地提高了余熱回收能力和空氣預(yù)熱水平，節(jié)能效果明顯。

20世紀(jì)90年代初，日本NKK和日本工業(yè)爐公司利用蜂窩陶瓷體作為蓄熱材料，開發(fā)出集高效熱回收與低NOx燃燒于一體的燃燒裝置。采用了蜂窩陶瓷作為蓄熱材料，是在陶瓷小球基礎(chǔ)上改造而成，與其相比，陶瓷蜂窩蓄熱體具有比表面積大，蓄放熱速率大，有效流通面積大，并且阻力損失小等優(yōu)點(diǎn)。由于將節(jié)能與環(huán)保結(jié)合了起來，使用這種蓄熱式燃燒器的燃燒技術(shù)被稱為第二代蓄熱式燃燒技術(shù)，也稱高溫空氣燃燒（HTAC）技術(shù)。

蜂窩陶瓷作為蓄熱體，使傳統(tǒng)的蓄熱室發(fā)生了巨大的變化。從原來的格子磚發(fā)展成為陶瓷小球，又發(fā)展為蜂窩陶瓷體，蓄熱室的比表面積急劇增大，體積明顯減小，換向時間大大縮短，換熱性能得到極大提高，污染物排放量也遠(yuǎn)低于環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。與之相結(jié)合的HTAC技術(shù)也被譽(yù)為 21 世紀(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

在我國，RTO技術(shù)于2001年后逐漸興起。本世紀(jì)初，第一套國產(chǎn)RTO誕生于蘭州瑞瑪天華化工機(jī)械及自動化研究院瑞瑪公司，此后國內(nèi)廠家在不斷的消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)，在工程實(shí)踐過程中不斷的變革和創(chuàng)新。

RTO的類型

蓄熱燃燒裝置通常由換向設(shè)備、蓄熱室、燃燒室和控制系統(tǒng)等組成。根據(jù)其設(shè)備結(jié)構(gòu)的差異化，RTO可分為塔式和旋轉(zhuǎn)式兩大類。

1、塔式RTO

塔式RTO包括第一代兩室RTO和多室RTO。特點(diǎn)是具有2個或多個陶瓷填充蓄熱室，通過閥門的切換，蓄熱體的預(yù)熱和熱回收，從而達(dá)到預(yù)熱的目的。兩塔式RTO的缺少清洗環(huán)節(jié)，在循環(huán)結(jié)束時，一部分廢氣還殘留在蓄熱體里，當(dāng)閥門換向后，這些未經(jīng)處理的廢氣經(jīng)煙囪直接排出。因此，兩塔式RTO的VOCs處理效率低于三塔式。目前也有通過設(shè)計緩沖罐來緩存殘留廢氣，經(jīng)過回流再二次燃燒，達(dá)到提高兩塔式RTO的處理效率的目的。

當(dāng)廢氣的風(fēng)量過大，一般在60000Nm3/H以上時，為了確保氣流的傳熱效率和均風(fēng)效果，采用塔式RTO需要增加塔室。

杜爾向逸盛石化交付了七套相同的總包 Oxi.XRE系統(tǒng)及相應(yīng)數(shù)量的Sorpt.XSW濕式洗滌塔。每套系統(tǒng)包含一臺九塔RTO（蓄熱式熱氧化爐）、一臺下游洗滌塔和一根潔凈氣體煙囪。每臺九塔RTO的處理能力約為330,000Nm3/h，七套裝置的處理總量高達(dá)2,310,000Nm3/h，是全球最大的RTO裝置之一。

2、旋轉(zhuǎn)式RTO

旋轉(zhuǎn)式RTO出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代末，是RTO發(fā)展的第三代技術(shù)。通過旋轉(zhuǎn)閥（蓄熱筒）旋轉(zhuǎn)、分度、廢氣均布等動作，順序地引導(dǎo)廢氣進(jìn)入或排出燃燒室的特定部分。通過在轉(zhuǎn)子表面設(shè)置的密封裝置，將轉(zhuǎn)子分成入口和出口兩部分，通過這兩部分分別將處理前的廢氣和凈化后氣體引入或排出RTO燃燒室。目前旋轉(zhuǎn)式RTO的發(fā)展過程中在其旋轉(zhuǎn)閥的運(yùn)行方式，吹掃的方式、密封方式以及蓄熱室的分區(qū)都有不一樣的設(shè)計，因此也衍生出不同的類型的RTO。

蓄熱式燃燒裝置（RTO）作為VOCs末端治理工藝中的重要技術(shù)，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于涂裝、包裝印刷、化工等多行業(yè)。在單一燃燒工藝的基礎(chǔ)上，依據(jù)工況，進(jìn)行搭配組合工藝，切實(shí)有效的實(shí)現(xiàn)廢氣的有效處理和能源的節(jié)約使用。

在RTO發(fā)展的歷程中，我們可以看到蓄熱材料的發(fā)展是強(qiáng)有力的推動RTO技術(shù)成熟腳步，不同機(jī)械結(jié)構(gòu)的RTO，是對應(yīng)用場景的適應(yīng)性變化，也是為了提高處理效率，運(yùn)行的節(jié)能性和維護(hù)的便捷性。