蓄熱熱力燃燒在熱力燃燒的基礎(chǔ)上增加了熱量回收模塊,可從凈化氣中回收熱量用于廢氣的預(yù)熱, 降低運(yùn)行費(fèi)用、節(jié)約能源。最早的蓄熱焚燒爐(regen? erative thermal oxidizer, RTO)出現(xiàn)在 20 世紀(jì) 70 年代的美國(guó)加利福尼亞州,被用于一家金屬成品廠的卷材連續(xù)涂覆產(chǎn)線上。發(fā)展至今,RTO 已是一種技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛的VOCs 處理裝置,其適用于處理大風(fēng)量、低濃度的VOCs 廢氣(0.1~12 g/m3)。RTO 可在達(dá)到 99% 去除和破壞效率 (destruction and removal effi? ciency, DRE)的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)95% 以上的熱能回收效率(thermal recovery efficiency, TRE)。
TRE 是評(píng)價(jià) RTO 性能的一個(gè)重要指標(biāo),TRE 每降低 3%~5%,會(huì) 直接導(dǎo)致裝置的能耗提高 2~10 倍[11]。得益于較高的TRE,RTO 在穩(wěn)定運(yùn)行后可實(shí)現(xiàn)自供熱運(yùn)行,進(jìn)一步降低燃料消耗 。Geng 等[13]將5 000 m3/h(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,下同)的RTO 應(yīng)用于無(wú)機(jī)材料煅燒尾氣的處理中,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示RTO 長(zhǎng)期處于自供熱運(yùn)行狀態(tài),燃燒器僅在燃燒室溫度低于850 ℃時(shí)才會(huì)啟動(dòng),實(shí)際天然氣消耗量?jī)H為 4.5 m3 /h。另外, RTO 對(duì)于處理熱值較高的VOCs 廢氣,還可將多余熱量利用于生產(chǎn)過(guò)程中,進(jìn)一步節(jié)約能源。Bannai 等 利用RTO 產(chǎn)生的高溫凈化氣以提高燃?xì)廨啓C(jī)的蒸汽噴射溫度,運(yùn)行結(jié)果表明該套聯(lián)用系統(tǒng)使工廠的能源消耗減少23%、CO2 排放量減少30.1% 以上。
處理不同濃度的VOCs 廢氣,需要對(duì)RTO 進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。對(duì)于低濃度VOCs 廢氣,可在RTO 前增設(shè)VOCs 吸附濃縮裝置,如活性炭、沸石轉(zhuǎn)輪吸附等[7,15]以滿足進(jìn)氣 VOCs 濃度要求,提高處理效率。Yang 等對(duì)比了以上2 種吸附濃縮裝置,結(jié)果表明沸石適用VOCs 濃度范圍廣、解吸徹底、耐熱性更好,更適合作為轉(zhuǎn)輪的吸附材料。而對(duì)于高濃度VOCs 廢氣,必須采用空氣預(yù)混的方式,保證其濃度不超過(guò)爆炸下限(lower explosive limited,LEL)的 25%,避免爆炸風(fēng)險(xiǎn)[17]。出于安全考慮,RTO 均設(shè)計(jì)有超溫排放管路、緊急旁路,尤其是在處理易燃易爆、含有高濃度VOCs 的廢氣時(shí),這些事故旁路的設(shè)計(jì)可以確保裝置的安全運(yùn)行。