RTO之有机废气 (VOCs) 旋转蓄热式氧化炉技术

发布时间：2020-03-28 12:15:00 点击：

RTO焚烧炉、RTO专业生产厂家无锡泽川环境2020年3月28日讯 当前挥发性有机废气 (VOCs) 的治理技术主要有回收技术和破坏技术两大类方法，在破坏技术中最常用的方法是蓄热式燃烧技术。蓄热式燃烧技术可以使余热回收效率达到 95%以上，VOCs 的处理效率达到 99%。由于旋转蓄热式氧化炉 (RTO) 具有压力波动小、占地面积少和投资成本低等优势，正逐步取代塔式蓄热式氧化炉。随着国内企业设计和生产能力的提高，国产旋转 RTO 产品的市场占有率正在逐渐提高。

根据世界卫生组织 (WHO) 的定义，挥发性有机化合物 (VOCs) 是指常压下沸点为 50~260 ℃的各种有机化合物的总称 [1]。因此 VOCs 所包含的化合物比较广泛，有醇类、醛类、酮类、脂肪酸、苯及其衍生物、酚及其衍生物等。在石化、冶金、医药合成等行业的生产中会产生大量的有机废气。VOCs 是二次有机气溶胶的重要前体物之一，VOCs经过光氧化过程及一系列后续反应后，会形成二次有机气溶胶，且 VOCs 与 NOx 在强光照射下发生二次光化学反应会导致臭氧污染，大气氧化性增强后又会促进 PM2.5 的形成 [2]。长期吸入 VOCs及其二次污染物会损害人体神经、肾脏和肝脏等系统，甚至有致癌风险[3]。因此，研发经济高效的VOCs 治理技术是当前社会的迫切需要。

目前，VOCs 废气有多种处理方法，主要包括冷凝回收、高沸点溶剂吸收、吸附、燃烧处理、低温等离子和生物法等。其中，燃烧法的适应能力强，能够处理各种复杂成分的 VOCs。蓄热式燃法做为燃烧法的一种，因其具有热力回收系统，热效率高、在有机物浓度达到一定值时可实现自供热操作等优势，是目前应用较多的 VOCs 处理方法，广泛用于化工、冶金、喷涂、包装印刷、绝缘材料等行业[4]。

1 蓄热式热力燃烧技术

1.1 RTO 类型

在20 世纪 70 年代早期，REECO (ResearchCottrell) 最先将蓄热式热力氧化炉投放市场。蓄热系统是使用高热容量的陶瓷蓄热体，采用直接换热的方法将燃烧尾气中的热量蓄积在蓄热体中，换热效率可达 95%以上[5]。

RTO 有机废气处理设备又可分为阀门切换式和旋转式。阀门切换式包括第一代两室 RTO 技术和第二代三室 RTO 技术。特点是具有 2 个或多个陶瓷填充蓄热室，通过阀门的切换，改变气流的方向，从而达到预热 VOCs 的目的。通常，蓄热室越多，净化效率越高，热效率也越高。常用的还有 5室 RTO 和 12 室 RTO，5 室 RTO 由于造价成本高，现在很少使用，12 室 RTO 转变为圆柱形旋转式，即第三代 RTO 技术。一般来说，两塔式 RTO 非常类似于三塔式，只是两塔式缺少清洗环节，在循环结束时，一部分废气还残留在蓄热体里，当阀门换向后，这些未经处理的废气经烟囱直接排出。因此，两塔式 RTO的 VOCs 处理效率低于三塔式 (见图 1) [6]。

三塔式RTO原理

旋转式 RTO 出现在 20 世纪 90 年代末。通过旋转阀 (蓄热筒) 旋转、分度、废气均布等动作，顺序地引导废气进入或排出燃烧室的特定部分。通过在转子表面设置的密封装置，将转子分成入口和出口两部分，通过这两部分分别将处理前的废气和净化后气体引入或排出 RTO 燃烧室 (见图 2)。现在，越来越多的制造商正在推广这种 RTO 产品。

图2 旋转式 RTO 工艺原理图

1.2 RTO 性能比较

笔者分别选取两塔式、三塔式和旋转式 RTO，在相同的工况条件下对三种 RTO 的性能进行比较(见表 1)。

通过比较可以发现，三塔式 RTO 比两塔式RTO 净化效率高、换热效率高，缺点是：(1) 占地面积大，重量重；(2) 蓄热体和保温材料用量大，投资费用较高；(3) 阀门切换时系统压力波动较大。

而旋转RTO 兼具以下优点：(1) 处理效率和换热效率均较高；(2) 系统压力波动小；(3) 装置占地面积小；(4) 蓄热体、保温材料和钢材的消耗量低。基于以上优点，国内越来越多企业开始研发生产旋转 RTO。

2 旋转 RTO 工作原理

旋转 RTO 是通过旋转阀将废气引导至合适的方向，旋转式 RTO 的内部一般分为 12 等分的介质区，在同一时段，其中 5 个介质区处于排出模式，另外 5 个介质区处于引入模式，其他 2 个介质区，1 个处于吹扫模式，1 个处于关闭等待模式 (见图3 (a))。当图中的第 1~5 区块处于引入模式时，废气从下向上穿过热填料床层，在此过程中被预热，然后进入燃烧室；而经过净化处理的废气自上而下通过第 7~11 区块排出区的热填料床层，将携带的热量传给蓄热砖；同时，第 6、第 12 区块分别进行吹扫和隔离；当填料床层达到一定温度和最佳蓄热点时，旋转分配阀门切换气流方向 (见图 3 (b))，使未经处理的气体自下而上穿过第 2~6 区块蓄热体，引入到燃烧室中氧化，而处理后的洁净气体通过第 8~12 区块蓄热体排出系统，而第 1、第 7 区块分别进行吹扫和隔离。在有机物浓度较高时依靠有机物氧化时放出的热量就可以维持燃烧室的温度，减少燃气消耗，达到节能效果。

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3 旋转 RTO 分类

3.1 按气流切换方式分类

旋转 RTO 按气流切换方式分类主要有旋转阀式和多阀切换式 (见表 2)。由于多阀切换式 RTO 在废气处理过程中故障率高，压力波动大，并且安装调试困难，因此在旋转 RTO 市场主要以旋转阀式为主。

表 2 不同切换形式 RTO 性能比较

按转阀的密封方式又可以将旋转 RTO 分成气密封式、机械柔性密封式及气密封+机械柔性密封组合式三类。

气密封旋转阀的工作原理是将定子法兰与旋转式 RTO 底部相连，锥形转子安装在旋转阀的外壳内，锥形转子绕定子法兰中心旋转，定子法兰的下表面与锥形转子的上表面不接触，锥形转子的上表面设置有气孔，高压气体的输入管与气孔连通，负责向气孔内通入高压气体，在定子法兰与锥形转子之间形成高压气幕。

柔性密封转阀是在上下开口的阀体中心设中心轴，阀体上端由扇形顶板封住部分顶部开口，阀体下端由扇形底板封住部分底部开口，阀体侧面开有若干进出气孔；扇形顶板与扇形底板的投影叠加后形成一个整圆形状，两者一端对齐且通过隔板连接，另一端有重叠，在重叠区域的顶板和底板的端口处各设一个竖直隔板，在两竖直隔板之间形成吹扫区域，重叠区域之外的底板的筒内空腔设为进气腔，顶板的筒内空腔设为出气腔；隔板与中心轴之间密封并固定连接；中心轴上开有吹扫出气孔，吹扫气孔由两块隔板与阀体内的其它腔体分隔开，阀体上开有与吹扫出气孔对应的吹扫进气孔。

转阀密封材料一般由聚四氟乙烯、石墨、耐磨金属或橡胶等耐温耐磨材料制成 (见表 3)。

3.3 按吹扫方式分类

目前，旋转 RTO 蓄热室的吹扫有空气吹扫和净化后废气吹扫两种形式 (见表 4)。为保证较高的净化效率，采用新鲜空气做吹扫气相对较多。

3.4 按旋转方式分类

目前市场上有些旋转式 RTO 使用的旋转阀没有切断动作，而是匀速旋转，这样可以减少冲击，耐用性能更好，但是由于旋转阀切换转盘时与静止的腔体难以密封，未经处理的废气直接混入已处理的气体中，导致净化效率不高 (见表 5)。

3.5 按蓄热室个数分类

目前市面上的旋转 RTO 蓄热室主要有 8 室和12 扇区两种形式 (见表 6)。

4 旋转RTO 市场现状

笔者对当前国内市场存在的外资品牌和国产品牌旋转 RTO 产品进行调研。

4.1 外资品牌旋转 RTO

当前，国外在华生产旋转式 RTO 的企业主要有杜尔、埃森曼、韩国大洋环保、恩伟 (韩国)、日本五洲大气社等。由于国外的环保事业起步较早，技术相对成熟，因此产品一直以来受到部分客户的青睐。这些产品处理废气风量主要在 5 000~100 000 N·m3/h；密封技术上，欧美产品以气密封为主，韩国的旋转阀采用气密封与接触式密封两种形式；上述国外产品 VOCs 的处理效率均在 99%以上；系统总压力损失均低于 3 000 Pa。

4.2 国产旋转 RTO

由于旋转 RTO 的制造工艺技术复杂，所以国内生产旋转式 RTO 的企业目前较少，主要是在引进外企技术的基础上进行生产和研究。目前，国内生产旋转 RTO 的企业主要有西安昱昌环保、杭州宁新环保和恩伟环保 (中国) 等，其产品性能均能达到国外产品的水平。2018 年三家企业的旋转RTO 总销量约 200 套，市场占有率逐渐扩大。

5 结 语

近年来，随着技术的不断进步国内环保企业从过去对国外蓄热室氧化炉 (RTO) 技术的单纯引进阶段，已经逐渐发展到自主设计研发阶段。目前，国内市场 RTO 依然以第二代三塔式为主，旋转式 RTO 尽管结构复杂，对生产工艺要求高，国内部分企业已经可以设计生产，由此也大幅拉低了国外产品的报价。笔者认为，第三代旋转式 RTO 必然会成为市场的主流产品，也会有更多企业加入到研究开发的队伍，使其得到更广泛的应用。

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