RTO系统中的蓄热体使用要点

很多企业在废气产生过程中，工况复杂，在RTO的长期运行过程中有会碰到堵塞的问题，主要分为有机盐类堵塞、含硅类物质堵塞以及聚合物等等，今天澳斯意技术员就来注重讲解RTO蓄热陶瓷体的几个实用细节。

蓄热式热力氧化装置（RTO）是利用陶瓷蓄热体来储存有机废气分解时产生的热量，并用陶瓷蓄热体储存的热能来预热和分解未被处理的有机废气，从而达到很高的热效率，氧化温度760℃以上，废气中的有机物才能在短时间内彻底氧化分解。蓄热体通过吸收和释放热量，高效利用有机物在氧化分解过程中的能量。不论在处理效率上（≥99.5%）还是运维费用上，是目前处理有机废气最好的手段。而蓄热体作为减少RTO装置运行费用的核心单元，需要具有冷热交替时不变形、热交换速度快、结构强度高、耐用年数长等性能。澳斯意就从功能、型式选择、使用注意事项等方面再次就RTO蓄热陶瓷体使用需要注意的实用要点。

一、 蓄热体在RTO系统中的功能
 

RTO内部图

在三床式RTO中，陶瓷蓄热体反复的吸热和放热，类似RTO系统热量交换器。当低温度的有机废气通过蓄积热量的A蓄热室高热陶瓷蓄热体时，蓄热体将储存的热量释放给废气，使废气温度升高到所需的预热温度，反之陶瓷蓄热体自身被低温度有机废气冷却降温；预热后的有机废气进入燃烧室，经高温热解后的净化烟气通过低温度的C蓄热室蓄热体时，高温热解所释放出来的热量被低温度陶瓷蓄热体吸收，使高温热解烟气冷却，蓄热体本身相当于被加热，蓄热室 B则用于反吹残留有机废气，整个RTO系统如此周而复始地循环往复，陶瓷蓄热体反复蓄热放热，使得VOCs既被高效转化成洁净的CO2和H2O，同时反应所释放出来的热量被充分高效回收利用，所以RTO是目前双碳目标下一种优秀的碳中和方式。

在RTO正常运转时，不考虑助燃条件的话，在切换阀切换的时间段内，RTO集气室内的流速会发生变化，蓄热体输出的气体温度开始是接近炉膛温度的，随着时间的推移，温度会逐渐变低，等到切换阀再一次换向时，温度达到最低点。在加热阶段，热的烟气主要以对流和辐射的方式被排放到陶瓷蓄热体表面，以进行预热。在冷却时期，蓄热体主要以对流和辐射的方式将热量通过陶瓷蓄热体表面释放出来，传递给被预热有机废气。通过不同蓄热室的切换，将热量最大限度地保留在炉内，大大降低了热量损失，这使得RTO装置热回收效率达到95%以上。
 

被二氧化硅堵塞的陶瓷蓄热体

二、 陶瓷蓄热体的型式选择

一般来说，RTO蓄热体的材料主要有规整蜂窝陶瓷、马鞍环以及球状陶瓷蓄热体等等。目前YIHEAC在设计RTO时常用的蓄热体形式包括散堆材料（颗粒填料，如矩鞍环）和规整填料（如蜂窝填料和板波纹填料）。为了降低床层阻力，使气体通过顺畅，目前在RTO装置中大多采用规整填料，特别是蜂窝状陶瓷蓄热体，蜂窝陶瓷蓄热体与其他蓄热体（如陶瓷球等）相比具有比表面积大、阻力损失小、热胀冷缩系数小、抗热性能好等优点。陶瓷蜂窝填料一般做成150mm*150mm*150mm或150mm*150mm*300mm的柱状蓄热体，并整砌于RTO的蓄热室中。

由于规整陶瓷以及散堆陶瓷各有优缺点，比如规整陶瓷为了提高热回收效率，在设计时会最大程度地提高比表面积，从而最大程度地实现热量交换，这就意味着对于一块蜂窝陶瓷来说，同等材质以及使用条件下，小孔越多，可能意味着热回收效率越高。但是这样也带来了使用工况下的耐热冲击能力、多层堆叠时的承载能力以及面对医化行业复杂气体氧化带来的堵塞问题等诸多挑战。那么，如何面对这些挑战，也变成了设计工程师们的重要难题，如何在使用过程中更好地维护和使用陶瓷蓄热体，也变成了我们的研究方向。综合案例现场总结的经验，强烈建议使用单位和设计单位在交付RTO设备时，注意协助我们的客户，如何更好地维护陶瓷蓄热体，从而提高长期使用价值。

三、陶瓷蓄热体的使用注意要点

（1）在陶瓷蜂窝体材料的选用上，不应一味追求含铝量。含铝量越高，耐火度越高，但抗热震性却越差。有条件的话，在同一蓄热室内最好采用两种材料，由炉内至炉外方向依次采用刚玉、莫来石、菫青石质（或相近材质），达到抗热震性和耐火度的最佳优化，但是这一点对大多数使用单位来说具有更高的挑战性。

（2）在RTO的使用过程中，应严格控制颗粒物的进入，尽可能采用一些积极的预处理措施，将粉尘等颗粒物的浓度严格控制在5mg/m³浓度以下，减少固体颗粒物聚集，进而阻止它们被吸入蓄热陶瓷体内，造成蓄热陶瓷体的堵塞损坏。

（3）合理地选择陶瓷蓄热体孔距及壁厚。有条件的话，蓄热体孔眼尽量采用两种形式，靠近炉膛高温部位的第一层采用大孔厚壁结构，其余部分采用小孔薄壁结构。尽量不为了追求比表面积大，选用过于细小的孔眼结构，影响强度并造成堵塞。

（4）有机废气以及天然气的不完全燃烧，将在蓄热体内进行二次燃烧，造成蜂窝体损坏。设计烧嘴时，应充分考虑两喷口的角度、距离及两股射流的动量比。同时控制空燃比，保证有机废气或者天然气完全燃烧。这样在陶瓷蓄热体内就可以减少二次燃烧的问题。
 

四、清洗堵塞蓄热陶瓷的方法和注意事项

首先确认蓄热材料被什么样的物质堵塞，有些胶黏状的物质或玻璃像的二氧化硅堵塞后，是没有办法清洗的。胶黏状的物质一般是用Bakeout方法在蓄热床层用高温方法烧掉，二氧化硅堵塞成玻璃相的只能更换。
   一般建议的清洗陶瓷方法有如下几种：

（1）不用移动蓄热陶瓷，在RTO里面直接用水冲洗陶瓷孔道。

 （2）不用移动蓄热陶瓷，使用工业吸尘器清洗表层的灰尘，或者利用高压气枪吹扫陶瓷的孔道：
 （3）将蓄热陶瓷全部搬出来（或只搬上面几层）用水或者高压气枪进行清洗。以多年的经验，无论哪一种型号的蓄材，靠近炉膛的蓄热材层多会出现裂纹，安装在蓄热床层还看不出，一旦拿出，会有部分破裂，经过高压水或气的冲击下破裂的比例会增加，因此在准备拿出蓄热材的情况下，请预先准备备用的陶瓷蓄热体，备品的数量以第一层和第二层的总量X%预估的破损比例。

如果使用以上（1）或（2）种水洗的方法，清洗完并安装在炉膛后，需要将水分通过低温烘炉的方式烘干。因为有些工艺的陶瓷蓄热体因为成型工艺和材料的原因，亲水率相对较高，在清洗后，水分被吸附在微孔里，如果升温过快，微孔水分迅速膨胀，容易对蓄热材造成微裂纹，导致蓄热材寿命降低。
 

五、陶瓷烘炉注意事项

以下是烘炉时需要注意的事项（水洗清理）。
  （1）潮湿的陶瓷在烘炉的时候要注意尽量降低升温速度，我们建议设定温度慢慢上升到100-120℃左右，推荐升温速率为≤6℃/分钟。
  （2）当温度升至100-120℃左右时，建议维持1—3个小时，可以将陶瓷中绝大部分的水分慢慢烘干。
  （3）然后持续升温至正常运行温度，但也要将升温速率控制在≤9℃/分钟。
  （4）在烘炉的过程中也要保持RTO的风机处于工作状态（抽空气）。可以加快水分的蒸发，同时可以使加热器的热量分布更加均匀，使表层陶瓷不至于过热。
  （5）待陶瓷处于设定温度后，先通入空气试运行几个循环后，再通入待处理废气，正常运行RTO。

此清洗和烘炉方法及注意事项适用于所有蓄热材料。

目前，针对RTO处理VOCs方面的研究，主要集中在蓄热体高度、填充物形状、材质等因素对蓄热体的蓄热效率和压力损失。工程师们会在工艺设计上、陶瓷蓄热体选材质和型式选择上严格控制质量，例如要求减少含硅有机物、聚合物及粉尘等直接进入RTO蓄热室内，同时会在RTO内设计特殊格栅以及陶瓷蓄热体结构，便于对蓄热陶瓷体进行冲洗及更换，并且会对不同的工况条件下的客户提供不同的操作维护说明手册，提供详细的蓄热陶瓷冲洗说明，降低因冲洗不当对陶瓷的损伤，以增加蓄热陶瓷使用寿命，降低更换率，从而保证合作伙伴的RTO安全、高效、稳定地运行，给企业带来长期可持续的经济价值。

文中部分观点来自澳斯意工艺工程师以及售后工程师的经验总结，部分来自客户的反馈意见，部分来自供应商的建议，不代表对陶瓷蓄热体使用和维护的唯一性，仅作为给大家提供参考建议。