RTO(蓄熱式熱氧化爐)的核心工作原理是利用陶瓷蓄熱體高效回收燃燒后高溫煙氣的熱量,并利用這部分熱量預熱進入的低溫廢氣,從而大幅降低燃料消耗,實現高效、節能的VOCs氧化分解。其工作過程是一個周期性切換的循環,通常分為多個階段(以典型的三室RTO為例):
核心原理步驟分解
1. 廢氣預熱階段:
低溫有機廢氣(通常25-50°C)通過進氣切換閥被引導進入第一蓄熱室(A室)。
廢氣向上流過該室內填充的陶瓷蓄熱體(通常是蜂窩狀結構,具有極大的比表面積和熱容)。
陶瓷蓄熱體在上一個循環周期中儲存了高溫煙氣(約750-850°C)的熱量。
廢氣與高溫陶瓷體進行熱交換,被迅速預熱(通常可升溫至接近氧化溫度,如700-800°C)。
預熱后的高溫廢氣進入頂部的燃燒室(氧化室)。
2. 高溫氧化階段:
預熱后的高溫廢氣進入燃燒室。
燃燒器(主燃燒器) 根據廢氣濃度自動調節燃料(天然氣、柴油等)供應:
如果預熱后的廢氣溫度已達到或超過設定的氧化溫度(通常760-900°C),燃燒器可能處于小火或待機狀態。
如果廢氣濃度低、預熱溫度不足,燃燒器會補充燃料燃燒,將廢氣加熱至氧化溫度。
在高溫和充足氧氣條件下,廢氣中的VOCs發生劇烈的氧化反應(燃燒),分解成無害的二氧化碳(CO?)和水蒸氣(H?O),并釋放大量熱量:
此階段產生的高溫凈化煙氣(溫度略高于氧化溫度,如800-850°C)從燃燒室流出。
3. 熱量儲存(蓄熱)階段:
高溫凈化煙氣被引導向下流過第二蓄熱室(B室)(在上一周期中已被冷卻)。
高溫煙氣將其攜帶的顯熱傳遞給B室的陶瓷蓄熱體。
陶瓷蓄熱體吸收熱量,溫度急劇升高(從上一循環末的較低溫度升至接近800°C),儲存熱量為下一個循環預熱廢氣做準備。
煙氣在流經陶瓷體過程中被冷卻(通常降至比入口廢氣溫度高50-150°C左右,如80-150°C)。
冷卻后的凈化煙氣通過排氣切換閥經煙囪排入大氣。
4. 吹掃階段:
在切換閥門改變氣流方向之前,通常有一個短暫的吹掃階段。
少量凈化后的氣體(或新鮮空氣)被引入即將切換為進氣通道的第三蓄熱室(C室)。
目的是吹掃掉殘留在該室死角和閥門連接管道中的未處理廢氣,防止其在切換后直接隨凈化氣排出造成瞬時排放超標。
吹掃氣體隨后也進入燃燒室被氧化處理。
5. 閥門切換與循環繼續:
經過一個設定的時間周期(通常30秒到數分鐘),進氣切換閥和排氣切換閥同步切換。
新的流向:
原始進氣A室 → 切換為 蓄熱/排氣通道 (類似于之前B室的作用)。
原始蓄熱/排氣B室 → 切換為 吹掃/待機通道 (為下一個吹掃準備)。
原始吹掃/待機C室 → 切換為 進氣預熱通道 (接替原來A室的作用)。
過程重復:新廢氣進入C室預熱 → 燃燒室氧化 → 高溫煙氣進入A室蓄熱/冷卻 → 冷卻后煙氣從A室排出 → 吹掃B室 → 再次切換... 如此周而復始。
為什么RTO高效節能?關鍵在“蓄熱”
高熱回收效率: 陶瓷蓄熱體具有極大的比表面積(通常250 m2/m3)和極高的熱容量,能高效地吸收和釋放熱量。熱回收效率通常可達95%以上。這意味著廢氣氧化所需熱量的絕大部分(95%)來自系統自身回收的熱量,只有少量(5%)需要燃燒器補充(針對濃度合適的廢氣)。
降低燃料消耗: 極高的熱回收效率使得RTO在處理中低濃度VOCs廢氣時,維持高溫氧化所需的輔助燃料消耗大大低于直燃式焚燒爐(TO)。
穩定氧化溫度: 周期性切換和熱量回收保證了燃燒室溫度的高度穩定,有利于VOCs的充分氧化分解。
典型RTO結構組成
1. 蓄熱室: 通常2個或多個(常見為3室),內部填充陶瓷蓄熱體(蜂窩狀、球狀或片狀)。
2. 燃燒室(氧化室): 位于蓄熱室頂部,內部布置主燃燒器,維持高溫氧化環境。
3. 切換閥系統: 關鍵部件,通常為提升閥或旋轉閥,用于周期性地切換廢氣和凈化煙氣的流向。其密封性和切換速度至關重要。
4. 燃燒系統: 包括主燃燒器、燃料供應、點火裝置、火焰監測器等。
5. 風機系統: 引風機(位于RTO后,抽吸廢氣)和/或鼓風機(位于RTO前,推送廢氣)。
6. 控制系統: PLC或DCS系統,控制閥門切換時序、燃燒器工作、溫度監控、安全聯鎖等。
7. 煙囪: 排放凈化后煙氣。
8. 必要的輔助系統: 如吹掃風機、應急排放閥、溫度/壓力/濃度監測儀表、防爆裝置等。
RTO通過陶瓷蓄熱體交替進行吸熱(儲存高溫煙氣熱量)和放熱(預熱低溫廢氣),配合周期切換的氣流方向,實現了廢氣氧化產生熱量的內部高效循環利用。這種獨特的工作原理使其在處理大風量、中低濃度VOCs廢氣時,相比其他技術具有顯著的節能優勢(高熱效率)和極高的去除效率。閥門切換是驅動整個循環的關鍵動作。
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