【周末小课堂】RTO 蓄热排气处理装置的研究综述
整理编辑 | 北极星VOCs在线公众号（bjx-vocs）来源：机床与液压第49卷
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双床 ＲTO 的基本结构 ( 见图 1) 包括燃烧室、2 个蓄热室再生器床和 2 个切向阀。通过一进一出切向阀完成换热过程。双床 ＲTO 可以有效净化 VOCs，同时 实现系统外的低能耗。当阀组换向时，蓄热室下层未被 有效溶解的 VOCs 易被带出蓄热室，影响净化效率。
我国研究人员提出了三床 ＲTO，与双床式 ＲTO 相比，三床 ＲTO ( 见图 2) 增加了吹扫风机，在运行过程中，吹 扫 风 机 能 输 入 更 多 的 清 洁 空 气 到 蓄 热 室，并将剩余的 VOCs 废气送到氧化室进行有效的氧化分解。
第三代 ＲTO 为旋转式 ＲTO ( 见图 3) ，与三床式 ＲTO 不同之处在于其旋转切换阀在炉中形成多个等 份分蓄热室。其优点是通过旋转方向切换阀，有机废 气被送到每个蓄热室，加强了预热效果，有利于氧化 降解。
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蓄热体性能要求
ＲTO 设备由蓄热体、燃烧室和转向阀等构成。蓄热体作为核心部件，需要具有冷热交替时不变形、 热交换速度快、结构强度高、耐用年数长等性能。有机废气需要在蓄热室中预热，然后进入燃烧室，加热温度高达 800 ℃左右，废气中的 VOCs 被氧化分解 为 CO₂ 和 H₂O，反应关系如下所示:
1 耐高温性能
ＲTO 设备在正常工作情况下，燃烧室的温度超过 800 ℃，为了保证蓄热体可以重复使用，它必须能够承受高温。经研究发现，陶瓷能够承受高温，能够克服一般金属材料高温下氧化变质、使用寿命短的弊端。
2 热导率性能
根据 ＲTO 设备的工作原理，蓄热体可以在短时间内快速完成吸热和放热。蓄热体具备良好的导热性，有利于热传导，能够很快地将高温烟气的热量吸收，并迅速传递给需要加热的气体。
3 抗热震性能
蓄热体需要反复吸热和放热，在冷热温差的作用下很容易引起热应力变化。如果蓄热体材料的抗震性能不足，很可能导致破裂和材料蓄热性能降低， 甚至不能正常工作。
4 比热和密度性能要求
蓄热体必须具有热回收率高和储热性能好的特点。ＲTO 设备中使用的蓄热体由几种材料混合组成， 根据材料的依存性，密度越高，组合材料的密度就越大。因此，在研究 ＲTO 蓄热材料时，在不影响材料耐热性能的前提下，应该尽可能提高密度。
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蓄热体材料
蓄热体材料不同工况下，ＲTO 装置使用的蓄热体材质不同， 常见的有陶瓷蜂窝体、陶瓷小球和陶瓷管。陶瓷材料具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀和低加工成本的优点，因此选择陶瓷材料作为储热材料。陶瓷蓄热体由 莫来石和堇青石制成，常见蓄热体的形状有球形、鞍状、多层板 ( 或波纹板) 和蜂窝状。4 种常见的蓄热体结构参数见表 1。
热效率和压力损失分别是主要的传热性能指标和 流动性能指标，计算公 式 如 式 ( 1) 和 式 ( 2) 所示:
ＲTO 升温结束后进入正常运转时，在阀切换的时间段内，ＲTO 进气室内的流速会发生变化，蓄热体输出的气体温度开始是接近炉膛温度的，随着时间的推移，温度会逐渐变低，等到换向阀再一次换向时，温度达到最低点。在加热阶段，热的烟气主要以对流和辐射的方式被排放到球体表面，以进行预 热。在冷却时期，蓄热体主要以对流和辐射的方式将 热量通过球体轮廓释放出来，传递给被预热气体。
一般采用的陶瓷小球的直径不大，通常在 20 mm 以内，把小球紧密堆积起来，球层中气体的平均自由 行程不高，忽略辐射热交换，加热周期和冷却周期的传热方向不同、传热方式和传热过程相同。传 热过程可以表达为气体吸热或放热过程、气体与球表 面的对流换热过程、球内的非稳态导热过程。
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结论
( 1) 改 变 蓄 热 体 的 构 造 和 技 术 参 数，以 解 决 ＲTO 设备运行过程中可能出现的安全隐患会成为未 来的研究热点;
( 2) 目前，针对 ＲTO 处理 VOCs 方 面的研究，主要集中在蓄热体高度、填充物形状、材 质等因素对蓄热体的蓄热效率和压力损失;
( 3) 在 LanteComb-H、40× 40 孔 蜂 窝 陶 瓷、25 mm 矩 鞍 环、 MLM-180 片状组合蜂窝陶瓷中，LanteComb-H 具有压 降小、热效率高的优点。