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蓄热式热力焚化炉简介
作者:Steven 发布于:2018/1/27 8:27:45 点击量:

  蓄热式热力焚化炉简介

  

  国立中山大学环境工程研究所

  

  一、蓄热式热力焚化炉

  

  蓄热式热力焚化炉(Regenerative Thermal Oxidizer,简称RTO)为排气中挥发性有机物(VOC)经济有效之处理方法。

  

  为一RTO装置示意,一般系统至少包括二个蓄热床、进气控制设备、加热及温度控制设备。蓄热床内填充石质或陶瓷蓄热材料,欲处理气体先进入一蓄热床(A床)预热至一定温度以反应去除其中之VOC,反应后高温气体通过另一蓄热床(B床)时,气体热能将传入原已冷却之蓄热材,即高温气体之显热已被储存,气体则以较低的温度排放。待一定时间后,欲处理气体则导入该高温床(B床)预热,反应后高温气体能量则储存于A床,完成一操作循环(operation cycle)。

  

  一RTO装置示意

  

  气体焚化设施之热回收率(R)一般定义为:

  

      (1)

  

  其中Tc、To、Ti分别为蓄热床内气体最高温度(即最高氧化温度)、蓄热床出口(即RTO)、欲处理气体之温度。设若Tc、To、Ti分别为700、70、30℃,则

  

    (2)

  

  即热回收率可达90%以上。

  

  g=1.17由上计算例知,吾人仅需将欲处理气体提高40℃(To-Ti=70-30=40℃)即可将气体中之VOC氧化。设若气体(主要为空气)在30℃之密度 gT=40℃,需热量Q=11.7 kcal/m3(Q=kg/m3、比热Cpg=0.25 kcal/kg.℃,则将欲处理气体提高 Hc=8,500 kcal/kg(表一),则气体中至少需Ci,min=0.00138T)。此热量若由气体中VOC之燃烧热提供,设VOC之燃烧热Cp Hc)之VOC浓度,即每上升1℃约需35 mg/m3T/ g Cp g Hc=kg/m3=1,380 mg/m3 (Ci,min=Q/ (1,380/40)之VOC浓度。因此,如焚化炉壁散热量以10%计,以RTO处理VOC浓度大于1,600 mg/m3之排气(相当于一般VOC约600 ppmv),即除启动外,无需使用辅助燃料或电热。

  

  表一 一些VOC之低位燃烧热

  

  气状化合物        燃烧热(kcal/kg)

  

  Methane        11,954

  

  n-Hexane        10,760

  

  Benzene         9,698

  

  Toluene        9,785

  

  Acetone        6,962

  

  Isopropanol        7,517

  

  二、操作参数

  

  一般RTO之设计及操作参数如表二所示。

  

  表二 一般RTO设计及操作参数

  

  参数        范围

  

  蓄热床数        2或3

  

  蓄热床填充高度        2.4-2.7公尺(1英寸马鞍型填料,95%热回收率)

  

  填料材质        陶磁(氧化硅及氧化铝),真比重2.4-3.0

  

  填料构造        1英寸马鞍型、蜂巢式(每平方英寸有7-70方孔)、迭板式(板厚1.5 mm)

  

  填充层填充比重        0.6-1.1

  

  填充层比表面积        160-820 m2/m3

  

  填充层空隙率        60-74%

  

  焚化区温度        1400-1500℉(760-816℃)

  

  热回收率        95%

  

  进气VOC浓度        <15% LEL (爆炸下限)

  

  VOC去除率        99% (3床)、98% (2床)

  

  阀门转换时间        0.5-2.0 min (cycle time之半)

  

  辅助加热能源        电热或瓦斯

  

  抽送风机马力        10、20 HP/(100 Nm3/min)前者为蜂巢型、后者为马鞍型填料

  

  三、操作能耗

  

  加热能耗为RTO主要操作费用,表三显示一RTO之年操作能耗费用。

  

  表三 一RTO之年操作能耗费用

  

  参数        数值

  

  处理气体量        25,000 scfm或708 Nm3/min

  

  气体中VOC燃烧热        假设为0

  

  焚化区温度        1400℉(760℃)

  

  热回收率        95%

  

  辅助燃料费用        US$ 3.0/(106 BTU)

  

  年(8,400小时)燃料费        US$ 95,000

  

  每处理1,000 m3排气燃料费        US$ 0.266

  

  四、低温RTO

  

  低温RTO (low-temperature RTO,简称LT-RTO)为中山大学环工所以砾石为蓄热材之大型商用RTO测试研究时发现,其特征为在焚化温度300-450℃、气体停留时间1秒之操作条件下,系统可将20-7,000 ppm (以甲烷计)之乙醇、丙酮、丁酮、甲苯、油漆溶剂等VOC去除95%以上,每处理1000 m3排气之加热电费为NT$ 12。兹举一操作例如下:

  

  供试LT-RTO设计及操作结果如表四所示,显示气体在蓄热床内及系统排气口平均温度,显示RTO进出流气体中挥发性有机物浓度之变化。数据显示,VOC在300-440℃之燃烧段停留时间为0.7秒时,可由1,500-7,000 ppm去除至4-12 ppm,去除率大于99.5%。

  

  处理高浓度混合VOC (1,500-7,000 ppm甲烷)时,气体在蓄热床内及系统排气口(C1)平均温度

  

  RTO进出流气体中挥发性有机物浓度变化(a)进流气体、(b)出流气体

  

  表四 LT-RTO处理高浓度混合VOC操作结果摘要

  

  参数        范围

  

  测试日期        2000/3/29

  

  处理气体量        29.8 Nm3/min

  

  气体在床内空塔流速        0.333 m/s

  

  填充床高        2.0公尺

  

  填料材质        砾石

  

  填充层填充比重        1.30

  

  填充层比表面积        405 m2/m3

  

  进气温度        25℃

  

  焚化区气体温度        300-440℃

  

  出气温度        50-60℃(平均55℃)

  

  进气VOC        甲醇(21.7%)、甲苯(61.6%)、环氧氯丙烷(7.26%)、甲醛(1.26%)、二甲基胺(5.0%)、异丁醇(0.8%)、1,4-丁二醇(0.5%)、异壬醇(0.8%)、二甲基丙二醇(1.13%)

  

  进气VOC浓度        1,500-7,000 ppm (以甲烷计)

  

  出气VOC浓度        4-12 ppm (以甲烷计)

  

  VOC破坏去除率        >99.5%

  

  阀门转换时间        5.0 min (cycle time=10 min)

  

  辅助加热能源        电热

  

  气体于焚化区滞留时间        0.70秒





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