咨詢電話：RTO系統(tǒng)中的蓄熱體使用要點(diǎn)淺談
在YIHEAC往期公眾號(hào)文章中，我們分享過RTO蓄熱陶瓷體的組成成分、物理特性以及選型注意事項(xiàng)，并且提到在RTO的長期運(yùn)行中可能碰到的堵塞問題，分為有機(jī)鹽類堵塞、含硅類物質(zhì)堵塞以及聚合物等等，本期我們將著重分享RTO蓄熱陶瓷體的幾個(gè)實(shí)用細(xì)節(jié)，并希望給我們的合作伙伴提供運(yùn)維支持，同時(shí)希望大家多多指正批評(píng)。
蓄熱式熱力氧化裝置（RTO）是利用陶瓷蓄熱體來儲(chǔ)存有機(jī)廢氣分解時(shí)產(chǎn)生的熱量，并用陶瓷蓄熱體儲(chǔ)存的熱能來預(yù)熱和分解未被處理的有機(jī)廢氣，從而達(dá)到很高的熱效率，氧化溫度760℃以上，廢氣中的有機(jī)物才能在短時(shí)間內(nèi)徹底氧化分解。蓄熱體通過吸收和釋放熱量，高效利用有機(jī)物在氧化分解過程中的能量。不論在處理效率上（≥99.5%）還是運(yùn)維費(fèi)用上，是目前處理有機(jī)廢氣較好的手段。而蓄熱體作為減少RTO裝置運(yùn)行費(fèi)用的核心單元，需要具有冷熱交替時(shí)不變形、熱交換速度快、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、耐用年數(shù)長等性能。合肥義禾作為RTO的設(shè)計(jì)、制造和建設(shè)、運(yùn)維廠家，一直以來專注于其在RTO系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的使用優(yōu)化研究，并提出了諸多優(yōu)化改進(jìn)建議，從而保證RTO具備更高的熱回收效率，更穩(wěn)定地運(yùn)行，以及給客戶帶來更安全節(jié)能的使用體驗(yàn)。今天YIHEAC小編就從功能、型式選擇、使用注意事項(xiàng)等方面再次就RTO蓄熱陶瓷體使用需要注意的實(shí)用要點(diǎn)淺談一二。
陶瓷蓄熱體
一、 蓄熱體在RTO系統(tǒng)中的功能
RTO內(nèi)部圖
在三床式RTO中，陶瓷蓄熱體反復(fù)的吸熱和放熱，類似RTO系統(tǒng)熱量交換器。當(dāng)低溫度的有機(jī)廢氣通過蓄積熱量的A蓄熱室高熱陶瓷蓄熱體時(shí)，蓄熱體將儲(chǔ)存的熱量釋放給廢氣，使廢氣溫度升高到所需的預(yù)熱溫度，反之陶瓷蓄熱體自身被低溫度有機(jī)廢氣冷卻降溫；預(yù)熱后的有機(jī)廢氣進(jìn)入燃燒室，經(jīng)高溫?zé)峤夂?/span>的凈化煙氣通過低溫度的C蓄熱室蓄熱體時(shí)，高溫?zé)峤馑尫懦鰜淼臒崃勘坏蜏囟忍沾尚顭狍w吸收，使高溫?zé)峤鉄煔?/span>冷卻，蓄熱體本身相當(dāng)于被加熱，蓄熱室 B則用于反吹殘留有機(jī)廢氣，整個(gè)RTO系統(tǒng)如此周而復(fù)始地循環(huán)往復(fù)，陶瓷蓄熱體反復(fù)蓄熱放熱，使得VOCs既被高效轉(zhuǎn)化成潔凈的CO2和H2O，同時(shí)反應(yīng)所釋放出來的熱量被充分高效回收利用，所以RTO是目前雙碳目標(biāo)下一種優(yōu)秀的碳中和方式。
在RTO正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，不考慮助燃條件的話，在切換閥切換的時(shí)間段內(nèi)，RTO集氣室內(nèi)的流速會(huì)發(fā)生變化，蓄熱體輸出的氣體溫度開始是接近爐膛溫度的，隨著時(shí)間的推移，溫度會(huì)逐漸變低，等到切換閥再一次換向時(shí)，溫度達(dá)到低點(diǎn)。在加熱階段，熱的煙氣主要以對(duì)流和輻射的方式被排放到陶瓷蓄熱體表面，以進(jìn)行預(yù)熱。在冷卻時(shí)期，蓄熱體主要以對(duì)流和輻射的方式將熱量通過陶瓷蓄熱體表面釋放出來，傳遞給被預(yù)熱有機(jī)廢氣。通過不同蓄熱室的切換，將熱量較大限度地保留在爐內(nèi)，大大降低了熱量損失，這使得RTO裝置熱回收效率達(dá)到95%以上。
被二氧化硅堵塞的陶瓷蓄熱體
二、 陶瓷蓄熱體的型式選擇
一般來說，RTO蓄熱體的材料主要有規(guī)整蜂窩陶瓷、馬鞍環(huán)以及球狀陶瓷蓄熱體等等。目前YIHEAC在設(shè)計(jì)RTO時(shí)常用的蓄熱體形式包括散堆材料（顆粒填料，如矩鞍環(huán)）和規(guī)整填料（如蜂窩填料和板波紋填料）。為了降低床層阻力，使氣體通過順暢，目前在RTO裝置中大多采用規(guī)整填料，特別是蜂窩狀陶瓷蓄熱體，蜂窩陶瓷蓄熱體與其他蓄熱體（如陶瓷球等）相比具有比表面積大、阻力損失小、熱脹冷縮系數(shù)小、抗熱性能好等優(yōu)點(diǎn)。陶瓷蜂窩填料一般做成150mm*150mm*150mm或150mm*150mm*300mm的柱狀蓄熱體，并整砌于RTO的蓄熱室中。
由于規(guī)整陶瓷以及散堆陶瓷各有優(yōu)缺點(diǎn)，比如規(guī)整陶瓷為了提高熱回收效率，在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)較大程度地提高比表面積，從而較大程度地實(shí)現(xiàn)熱量交換，這就意味著對(duì)于一塊蜂窩陶瓷來說，同等材質(zhì)以及使用條件下，小孔越多，可能意味著熱回收效率越高。但是這樣也帶來了使用工況下的耐熱沖擊能力、多層堆疊時(shí)的承載能力以及面對(duì)醫(yī)化行業(yè)復(fù)雜氣體氧化帶來的堵塞問題等諸多挑戰(zhàn)。那么，如何面對(duì)這些挑戰(zhàn)，也變成了YIHEAC設(shè)計(jì)工程師們的重要難題，如何在使用過程中更好地維護(hù)和使用陶瓷蓄熱體，也變成了我們的研究方向。綜合YIHEAC的超過百個(gè)案例現(xiàn)場(chǎng)總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，我們強(qiáng)烈建議使用單位和設(shè)計(jì)單位在交付RTO設(shè)備時(shí)，注意協(xié)助我們的客戶，如何更好地維護(hù)陶瓷蓄熱體，從而提高長期使用價(jià)值。
三、陶瓷蓄熱體的使用注意要點(diǎn)
（1）在陶瓷蜂窩體材料的選用上，不應(yīng)一味追求含鋁量。含鋁量越高，耐火度越高，但抗熱震性卻越差。有條件的話，在同一蓄熱室內(nèi)宜采用兩種材料，由爐內(nèi)至爐外方向依次采用剛玉、莫來石、菫青石質(zhì)（或相近材質(zhì)），達(dá)到抗熱震性和耐火度的較好優(yōu)化，但是這一點(diǎn)對(duì)大多數(shù)使用單位來說具有更高的挑戰(zhàn)性。
（2）在RTO的使用過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制顆粒物的進(jìn)入，盡可能采用一些積極的預(yù)處理措施，將粉塵等顆粒物的濃度嚴(yán)格控制在5mg/m3濃度以下，減少固體顆粒物聚集，進(jìn)而阻止它們被吸入蓄熱陶瓷體內(nèi)，造成蓄熱陶瓷體的堵塞損壞。
（3）合理地選擇陶瓷蓄熱體孔距及壁厚。有條件的話，蓄熱體孔眼盡量采用兩種形式，靠近爐膛高溫部位的第一層采用大孔厚壁結(jié)構(gòu)，其余部分采用小孔薄壁結(jié)構(gòu)。盡量不為了追求比表面積大，選用過于細(xì)小的孔眼結(jié)構(gòu)，影響強(qiáng)度并造成堵塞。
（4）有機(jī)廢氣以及天然氣的不完全燃燒，將在蓄熱體內(nèi)進(jìn)行二次燃燒，造成蜂窩體損壞。設(shè)計(jì)燒嘴時(shí)，應(yīng)充分考慮兩噴口的角度、距離及兩股射流的動(dòng)量比。同時(shí)控制空燃比，保證有機(jī)廢氣或者天然氣完全燃燒。這樣在陶瓷蓄熱體內(nèi)就可以減少二次燃燒的問題。
每層蜂窩體之間留有部分間隙（弧面連接），使氣流通暢，避免灰塵堵塞。根據(jù)孔距與壁厚的大小選擇合適的切換閥換向時(shí)間。合理地?fù)Q向時(shí)間有利于切換閥等關(guān)鍵設(shè)備的使用壽命。
那么，在陶瓷蓄熱體使用過程中如果發(fā)生堵塞情況該如何清理呢？綜合YIHEAC工程師的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)以及藍(lán)太克供應(yīng)商的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，我們簡單羅列了以下幾種清洗堵塞的陶瓷蓄熱體的方法和注意事項(xiàng)，希望給您帶來價(jià)值。
四、清洗堵塞蓄熱陶瓷的方法和注意事項(xiàng)
首先確認(rèn)蓄熱材料被什么樣的物質(zhì)堵塞，有些膠黏狀的物質(zhì)或玻璃像的二氧化硅堵塞后，是沒有辦法清洗的。膠黏狀的物質(zhì)一般是用Bakeout方法在蓄熱床層用高溫方法燒掉，二氧化硅堵塞成玻璃相的只能更換。
一般YIHEAC建議的清洗陶瓷方法有如下幾種：
（1）不用移動(dòng)蓄熱陶瓷，在RTO里面直接用水沖洗陶瓷孔道。
（2）不用移動(dòng)蓄熱陶瓷，使用工業(yè)吸塵器清洗表層的灰塵，或者利用高壓氣槍吹掃陶瓷的孔道：
（3）將蓄熱陶瓷搬出來（或只搬上面幾層）用水或者高壓氣槍進(jìn)行清洗。以多年的經(jīng)驗(yàn)，無論哪一種型號(hào)的蓄材，靠近爐膛的蓄熱材層多會(huì)出現(xiàn)裂紋，安裝在蓄熱床層還看不出，一旦拿出，會(huì)有部分破裂，經(jīng)過高壓水或氣的沖擊下破裂的比例會(huì)增加，因此在準(zhǔn)備拿出蓄熱材的情況下，請(qǐng)預(yù)先準(zhǔn)備備用的陶瓷蓄熱體，備品的數(shù)量以第一層和第二層的總量X%預(yù)估的破損比例。
如果使用以上（1）或（2）種水洗的方法，清洗完并安裝在爐膛后，需要將水分通過低溫烘爐的方式烘干。因?yàn)橛行┕に嚨奶沾尚顭狍w因?yàn)槌尚凸に嚭筒牧系脑?，親水率相對(duì)較高，在清洗后，水分被吸附在微孔里，如果升溫過快，微孔水分迅速膨脹，容易對(duì)蓄熱材造成微裂紋，導(dǎo)致蓄熱材壽命降低。
有關(guān)烘爐，不同的供應(yīng)商有自己的烘爐操作方法和規(guī)范流程，以下是YIHEAC建議的烘爐建議，僅供參考。
五、陶瓷烘爐注意事項(xiàng)
以下是烘爐時(shí)需要注意的事項(xiàng)（水洗清理）。
（1）潮濕的陶瓷在烘爐的時(shí)候要注意盡量降低升溫速度，我們建議設(shè)定溫度慢慢上升到100-120℃左右，推薦升溫速率為≤6℃/分鐘。
（2）當(dāng)溫度升至100-120℃左右時(shí)，建議維持1—3個(gè)小時(shí)，可以將陶瓷中絕大部分的水分慢慢烘干。
（3）然后持續(xù)升溫至正常運(yùn)行溫度，但也要將升溫速率控制在≤9℃/分鐘。
（4）在烘爐的過程中也要保持RTO的風(fēng)機(jī)處于工作狀態(tài)（抽空氣）?？梢约涌焖值恼舭l(fā)，同時(shí)可以使加熱器的熱量分布更加均勻，使表層陶瓷不至于過熱。
（5）待陶瓷處于設(shè)定溫度后，先通入空氣試運(yùn)行幾個(gè)循環(huán)后，再通入待處理廢氣，正常運(yùn)行RTO。
此清洗和烘爐方法及注意事項(xiàng)適用于所有蓄熱材料。
目前，針對(duì)RTO處理VOCs方面的研究，主要集中在蓄熱體高度、填充物形狀、材質(zhì)等因素對(duì)蓄熱體的蓄熱效率和壓力損失。YIHEAC的工程師們會(huì)在工藝設(shè)計(jì)上、陶瓷蓄熱體選材質(zhì)和型式選擇上嚴(yán)格控制質(zhì)量，例如要求減少含硅有機(jī)物、聚合物及粉塵等直接進(jìn)入RTO蓄熱室內(nèi)，同時(shí)會(huì)在RTO內(nèi)設(shè)計(jì)特殊格柵以及陶瓷蓄熱體結(jié)構(gòu)，便于對(duì)蓄熱陶瓷體進(jìn)行沖洗及更換，并且會(huì)對(duì)不同的工況條件下的客戶提供不同的操作維護(hù)說明手冊(cè)，提供詳細(xì)的蓄熱陶瓷沖洗說明，降低因沖洗不當(dāng)對(duì)陶瓷的損傷，以增加蓄熱陶瓷使用壽命，降低更換率，從而保證合作伙伴的RTO安全、高效、穩(wěn)定地運(yùn)行，給企業(yè)帶來長期可持續(xù)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
文中部分觀點(diǎn)來自YIHEAC工藝工程師以及售后工程師的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，部分來自客戶的反饋意見，部分來自供應(yīng)商的建議，不代表對(duì)陶瓷蓄熱體使用和維護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)性，僅作為YIHEAC的給大家提供參考建議。特別感謝客戶和供應(yīng)商的大力支持，由于我們的才疏學(xué)淺，文中難免出現(xiàn)疏漏之處，還望廣大朋友多多指點(diǎn)和指正，不勝感激。
