蓄热式氧化焚烧炉(RTO)在涂布生产线上的应用

[摘 要]介绍了蓄热式氧化焚烧炉（rto）的工作原理，分析了在涂布生产过程中工业挥发性有机物的产生，对三室RTO进行了工程设计及应用研究，治理结果结果表明， RTO是一种高效、实用、经济的VOCs处理装置，具有较大的应用前景。

[关键词]蓄热式氧化焚烧炉；涂布；VOCs处理

中图分类号：TQ331.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）06-0347-02

引言

大气污染是我国目前最突出的环境问题之一，工业废气是大气污染物的重要来源，工业废气中最难处理的就是挥发性有机物（Volatile Organic Compounds，以下简称VOCs），由此可见VOCs治理是大气污染治理的一个很重要部分。有机气体的来源主要是各类工业在生产过程中使用的有机溶剂挥发到空气中所造成。工业生产中会产生各种有机物废气，主要包括各种烃类、醇类、醛类、酸类、酮类等，这些有机废气会造成大气污染，危害人体健康。当前，国内外有机废气的处理方式主要有生物处理法、热破坏法、吸附法、液体吸收法、冷凝回收法、变压吸附分离与净化法和热氧化法等工艺。热氧化法是目前应用比较广泛也是研究较多的VOCs治理方法，可分为直接燃烧和催化燃烧，对于生产过程中产生的有毒有害且不需回收的VOCs废气，热氧化法是前最适合的处理技术和方法，且产生的余热还可综合利用，减少能源消耗，该法现已广泛应用于电子、汽车、化工、制药等行业的废气治理领域。

2 蓄热燃烧法的工作原理和工艺特点

2.1 工作原理

在VOCs废气治理中，蓄热燃烧法是目前很有发展前景的VOCs废气治理方法，蓄热式氧化焚烧炉（Regenerative Thermal Oxidizer ，以下简称RTO），是在热氧化装置中加入蓄热式热交换器（蓄热体），回收洁净气体的余热用来预热VOCs废气，再进行氧化反应的装置。

主要作用是对于有毒、有害、不须回收的挥发性有机化合物，采用热氧化法的处理方法，较彻底的清洁空气。它的基本原理是VOCs与O2在一定温度下发生氧化反应，生成CO2和H20，并释放一定量的热。化学方程式如下：

aCxHyOz+bO2cCO2+dH2O（有机化合物+氧气二氧化碳+水）

其中o、b、C、d为方程式中的配平系数，随着VOCs分子量的不同而发生变化。

这种氧化反应很像化学上的燃烧过程，只不过由于VOCs浓度很低，所以反应中不会产生可见的火焰。

RTO设备的工作原理图见图1，该设备有3个对称的蓄热室和1个氧化室。

第一次循环：

蓄热室A：有机废气经引风机进入蓄热室A的陶瓷蓄热体（陶瓷蓄热体贮存了上一循环的热量，处于高温状态），此时，陶瓷蓄热体释放热量，温度降低，而有机废气吸收热量，温度升高，废气经过蓄热室A换热后以较高的温度进入氧化室。

氧化室：经过陶瓷蓄热室A换热后的有机废气以较高的温度进入氧化室反应，使有机物氧化分解成无害的CO2和H2O，如废气的温度未达到氧化温度，则由燃烧器直接加热补偿至氧化温度，由于废气已在蓄热室1预热，进入氧化室只需稍微加热便可达到氧化温度（如果废气浓度足够高，氧化时可以不需要天然气加热，靠有机物氧化分解放出的热量便可以维持自燃），氧化后的高温气体经过陶瓷蓄热室B排出。

蓄热室B：氧化后的高温气体进入蓄热室B（此时陶瓷处于温度较低状态），高温气体释放大量热量给蓄热陶瓷，气体降温，而陶瓷蓄热室B吸收大量热量后升温贮存（用于下一个循环预热有机废气），经风机作用气体由烟囱排入大气，排气温度比进气温度高约40℃左右。

蓄热室C：陶瓷蓄热室C处于清扫状态，上一循环结束阀门切换时，阀门与陶瓷蓄热体的底部之间存有少量废气，采用氧化室少量高温气体将其反吹，进入氧化室氧化分解。

第二次循环：废气由蓄热室B进入，则由蓄热室C排出，蓄热室A进行反吹清扫；

第三次循环：废气由蓄热室C进入，则由蓄热室A排出，蓄热室B进行反吹清扫；周而复始，更替交换。

2.2 工艺特点

（1）净化效率高，二室可达95%，三室可达99%以上。

（2）换热效率高（>95%），节能，有机废气1.5g/m3以上浓度就可达热平衡。

（3）不产生NOX（氮氧化物）等二次污染。

（4）耐高温（1000℃），正常温度为800～850℃。

（5）U气在炉内停留时间长，炉内无死区。

（6）可实现全自动化控制，操作简单，运行稳定，安全可靠性高。

3 RTO的应用

3.1 涂布生产工序产生VOCs情况分析

我公司涂布生产工序是将成卷的PET或纸张基材，涂上一层特定功能的涂料，并经烘箱烘干后冷却收卷的过程，具体工艺流程见图2。

在生产过程中，主要有三个工序产生有机废气，分别为配料、涂布、烘干工序，其中烘干工序所产生的废气最多。公司现有3台涂布机（共有5个涂布头），3台涂布机以及涂布车间环境设置了排风系统，最大总排风风量为80000m3/h。

在正常生产负荷情况下，对涂布机VOCs排放进行检测，检测内容和方法如表1所列，实测数据如图3所示。

根据监测结果，涂布车间的VOCs排放浓度远高于上海市印刷行业地方标准限值。

3.2 RTO工程设计

上海市地方标准《印刷业大气污染物排放标准》DB31/872-2015：

根据表2涂布机排放实测数据，为达到上海市印刷业大气污染物排放标准，选择净化效率在99%以上的三室RTO，设计风量为80000m3/h。

RTO设计主要部件及功能：