RTO废物有机气体燃烧技术和RCO催化燃烧技术

October 12, 2019 177

  RTO废物有机气体燃烧技术和RCO催化燃烧技术简介去除挥发性有机气体的方法包括吸附,吸收,冷凝,生物处理,RTO等离子体破坏,电晕和热氧化。其中,挥发性有机化合物的热氧化处理具有分解速率高,能耗低的优点,并且近年来发展迅速。热氧化方法包括直接燃烧方法,再生氧化方法,再生催化氧化方法和滑块存储浓度类型的热氧化方法。本文重点介绍再生热氧化技术(RTOrto焚化炉)和再生催化氧化技术(RCO催化燃烧)。
  1典型的有机废气热氧化系统
  热氧化法,也称为燃烧法,在高于有机物着火点的温度下将废气中的有机物裂解并完全氧化为二氧化碳和水。下面描述几种用于热氧化的代表性技术。
  1.1直接燃烧技术
  直接燃烧法将可燃有机废气直接作为燃料处理。直接燃烧是处理有机废气的最经典方法。当有机废气的浓度足够高时,即,可以在不添加辅助燃料的情况下达到维持燃烧所需的温度,首先考虑通过直接燃烧法对其进行处理。该技术适应性广,运行稳定,但整体热效率低,只能回收燃烧气体热量的40%至65%,容易产生NOx,造成二次污染,对设备造成危害。复杂且投资高。
  1.2蓄热式热氧化技术
  REECO(雷诺兹电气与工程公司)于1970年代引入了用于处理有机废气的再生氧化剂(RTO),基本的两室RTO系统由一个公共燃烧室,两个再生床,一套投资设备和相关的控制系统。
  系统操作过程如下:首先,启动燃烧器将再生器预热至一定温度,然后关闭燃烧器,将有机废气输送到蓄热氧化装置。系统正常运行中的第一状态是有机废气从蓄热器A吸收热量,并上升到高于VOC的氧化温度,然后在燃烧室中充分氧化,然后流动通过蓄热器B将热量传递到蓄热器。在排放B之后,去除了排气中的VOC,并且显着降低了排气温度和由排气去除的热量。在此过程中,蓄热器A的温度逐渐降低,焚烧炉蓄热器B的温度逐渐升高。一段时间后,切换阀,系统进入第二种状态,即有机废气进入储热体B吸收热量,热量并氧化,然后通过燃烧室释放热量。储热体A冷却并排出,然后进入下一个循环。系统返回到第一操作状态,依此类推。只要设备的热损失和废气的热损失与有机废气的氧化热平衡,系统就可以维持反应所需的温度水平,并连续稳定地运行。可以看出,蓄热氧化技术的基本原理是利用蓄热器吸收并存储燃烧区排出的气体中的热量,改变流向后释放积聚的热量,对气体进行预热。有机废物进入蓄热氧化装置,使有机废气到达。所需的氧化温度,在有或没有辅助燃料的情况下连续运行,可降低系统的能耗和运行成本。
  该技术普遍适用于空气量大,VOC浓度为2至8 g/m3的有机废气的处理,低热量气体的浓度可达12 g/m3。当VOC浓度大于2 g/m3时,无需补充RTO设备。加油。其突出的优点是可以获得高达99%的处理效率,同时获得超过95%的热回收效率,低能耗水平,自动化程度高,操作简单,操作简单稳定,安全可靠。
  1.3再生催化氧化技术
  再生催化氧化系统(RCO)的结构与再生热氧化系统几乎相同,只是在再生热氧化系统的再生床上方有一个催化床[13]。其工作原理是使用催化剂将有机物质吸附在催化剂表面,从而降低了有机物氧化所需的活化能,从而使废气可以在较低的温度下被氧化分解(通常是从250至400°C),火焰也燃烧。
  再生式催化氧化技术具有以下优点:1熄灯温度低,反应速度快; 2。 2,更具适应性; 3低的反应温度可以抑制NOx的产生; 4可以处理VOC浓度较低的有机废气,通常,当VOC浓度达到1 g/m3或更高时,系统可以稳定运行而无需添加辅助热量。但是,催化氧化技术也有其自身的局限性。例如,催化剂通常是选择性的并且难以用于复杂组分的氧化。不同的催化剂对反应温度范围有严格的要求。催化剂还具有中毒失效的风险。价格也更贵。
  从前述可见,相对于RTO,RCO最明显的特征是RCO的反应温度低并且可以处理较低浓度的有机废气。两种技术在能耗,投资和热回收效率方面也有所不同。在能耗方面,储热氧化技术的能耗主要包括风机,泵等电气设备的能耗以及辅助燃料的能耗。辅助燃料消耗与废气浓度和蓄热器的储热能力直接相关。显然,如果废气浓度高并且蓄热室的蓄热能力较强,则在启动阶段后系统可能是自给自足的,并且不会消耗辅助燃料。相反,如果排气浓度太低,则燃料消耗和运行成本显着增加。由于RCO系统的运行温度低于RTO系统的运行温度,因此系统的热损失和废气的热损失都较低,因此在一定浓度下可实现自热运行状态降低VOC;如果VOC浓度较高,则RTO系统会自热。在操作过程中,甚至可以部分提取VOC氧化产生的热量,以产生热水,加热传热油,甚至产生蒸汽和发电。 RTO系统更好。由于挥发性有机化合物会散发高热量,因此对于RCO系统来说很困难。温度控制催化剂在所需的温度范围内,并且RCO中的燃烧气体的温度低,这不利于燃烧气体的余热的使用。在投资方面,RCO系统中再生器的布置通常可以少于RTO系统,但是催化剂的价格通常很昂贵,催化剂的寿命和更换频率也会影响运行成本。系统的。1.4沸石走廊浓度再生热氧化集成技术
  对于低浓度(小于1 g/m3),大流量废气的处理,广泛使用了浓缩的浓集热再生沸石(RC-RTO)。它是一个集成设备,由旋转浓缩装置(RC)和再生氧化装置(RTO)组成。 RC单元用于在进入RTO之前吸附和浓缩废气。处理流程如图2所示。
  该系统的技术特点是:在RC系统运行期间,每个吸附块将通过旋转轮的旋转经历低温吸附,高温解吸和非主动冷却三个阶段。可以看出,旋转轮是集中单元的关键部件,将对此进行详细描述。另外,为了充分利用过程中的气体和热量,沸石吸附的清洁气体没有完全排放到大气中,而是一部分进入冷却区进行冷却,而燃烧后的气体则通过RTO用于热交换器。冷却区中的清洁气体被加热,加热后的清洁气体用于解吸分析。这种设计有效地降低了设备的功耗。
  浓缩单元可以在减少废气量的同时将VOC浓度从5倍增加到20倍,并且废气中的VOC去除率达到95%或更高。需要注意的是,当VOC的浓度小于450 mg/m3或设备启动时,有必要燃烧辅助燃料,例如天然气或清洁气体。
  2工业有机废气热氧化系统设计中的关键问题
  2.1再生器选择
  作为热交换器,再生器的热效率至关重要。蓄热室的横截面积和高度是两个最重要的结构参数。确定这两个参数需要详尽地考虑有机废气的流量,VOC的浓度,允许的压力损失以及启动和切换周期。
  在运行过程中,蓄热器在反复加热和冷却条件下使用,并且反复的热膨胀和收缩对蓄热器的性能提出了很高的要求。蓄热室的结构和性能参数主要包括蓄热室的形状,当量直径,比表面积,电阻系数,结构阻力,堆垛稳定性,抗热震性,热穿透深度,储能能力传热和传热性能。再生器的性能直接影响装置的尺寸,传热效率和经济性。实际上,很难优化所有产量,因此,在再生器的设计中,有必要考虑几个因素来区分一次和二次。
  2.1.1再生器形式
  再生器的形式是首要考虑因素。蓄热室的常见形式主要是球形,管状,大型,鞍形,蜂窝形和短圆柱形。目前在国内外行业广泛使用,主要有球形和蜂窝状。与球形蓄热器相比,蜂窝蓄热器具有以下优点:蜂窝体的比表面积是储热球的4至6倍,储热和释放速度快。蜂窝体具有直线,不易产生灰尘。堵塞时,压力损失很小(约为球形的1/3)[16]。球形蓄热室在蓄热室的阻力,更换和清洁以及价格方面具有明显的优势。在实际工程应用中,蜂窝体壁的厚度通常在0.4至1.0mm之间,并且横向长度通常小于3mm。球体的直径通常在11至22毫米之间。蜂窝体中的通道类型很多,最常见的是圆形通道,三角形通道,正方形通道和正六边形通道。不同通道形状的蜂窝具有不同的比表面积和不同的传热特性。具有良好的传热性能和低流阻的通道结构可以改善并加速蓄热器与气体之间的传热过程,从而提高热效率。对方形,圆形管和六角形蜂窝状蜂窝体的理论分析和数值模拟结果表明,方形通道蜂窝状体具有较大的比表面积,以获得更好的储藏能力。在相同的特征尺寸下加热,但是开口率小并且电阻损失大于六边形蜂窝。
  2.1.2蜂窝蓄热材料
  蓄热器的材料影响蓄热器的传热性能和结构阻力。通常,当选择材料时,可以以大量的热量存储蓄热体,并且热交换速度快,并且需要结构强度和性价比。常用的再生材料有:非金属氧化硅,氧化铝,耐火粘土和陶瓷;金属是铸铁,耐热铸铁,碳钢,不锈钢和耐热钢。根据蜂窝蓄热室的储热和传热工作原理,选择蓄热室材料时要考虑的主要因素是抗热震性,抗热氧化性,抗冲击性,导热系数,比热容,机械强度和堆垛稳定性等。
  目前,最常用的是陶瓷蜂窝蓄热体。对于牙槽陶瓷再生器,该标准(JC/T21352012)提供了术语和定义,分类和标记,技术要求等。牙槽陶瓷再生器。蜂窝陶瓷材料分为刚玉莫来石,莫来石,堇青石-莫来石,堇青石等,并且这些材料的抗压强度,堆积密度,热膨胀系数,耐热冲击温度,给出了物理性能的详细规格,例如比热容。其中,堇青石材料的热膨胀系数小,耐热冲击性优异,但其耐火度不高,使用温度低,仅为1100℃。与堇青石相比,莫来石具有耐热冲击性稍差,但在高温下具有良好的性能,不易变形,比热容约为堇青石的5倍,并且储热能力比堇青石大。在实际工程应用中,通常以堇青石,莫来石和红柱石为主要原料,并按一定比例添加适当的添加剂,以获得具有更好整体性能的蓄热室。
  蓄热室的制备过程也直接影响蓄热室的寿命和抗热冲击性。目前,国内外的陶瓷蜂窝体基本上都采用挤压成型的方法,生产效率高,但在加工过程中容易形成残余内应力,使用寿命短。文献提供了两个改进:建议使用基质挤压法制备蓄热室,即通过模具中的膨胀方法已经自然分组的成分,并且同时更换成分;另外,随着相变材料的研究不断发展,也有可能在陶瓷配料中掺入一定比例的无机盐和添加剂,采用混合烧结法,自发熔融浸渍法制备蓄热室并充分利用了无机盐相变储热的优势。

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