1概述 

當前，隨著經濟的發展，環境問題日益凸出，目前環境問題中，主要包括三大類，污水處理，固廢治理，大氣污染治理。其中大氣污染治理是近幾年提出來的范疇，大氣污染治理中，初是燃煤及煤化工等行業產生的硫化物氮氧化物，造就了一大批脫硫脫硝的治理項目。近些年，開始對揮發性廢氣（VOCs廢氣）出重拳，在面對即有效降低VOC排放，又能節能的目的，近些年市場上出現大量處理工藝，包括等離子工藝，光催化工藝，焚燒工藝等等。

目前經過多年的實踐，有些處理工藝漸漸淡出，有些處理工藝得到肯定及重視，其中蓄熱式焚燒處理設備就是被市場認可的一種治理工藝。

RTO(RegenerativeThermalOxidizer)是蓄熱式熱力氧化處理裝置的簡稱。工作原理是把廢氣通過儲能的陶瓷蓄熱體預熱后再加熱，保證廢氣達到760℃及以上的高溫，在氧化室中分解成CO2和H20。氧化后產生的高溫煙氣通過特制的蜂窩陶瓷蓄熱體，使陶瓷升溫而蓄熱，從而使爐腔始終維持在很高的工作溫度，節省廢氣預熱、升溫的燃料消耗。陶瓷蓄熱部分由兩個或兩個以上腔室組成。本文中，針對作為RTO的核心部件蜂窩式陶瓷蓄熱體，采用一種計算方式，可以實時體現出切換的時間與運行狀態的關系，并采用EXCEL表格，模擬出近似曲線，通過曲線描述出平均的熱效率。

2蓄熱體的類型

從二十世紀七十年代，一臺RTO設備出現開始，到現在蓄熱體型式有了較大的發展，初，采用鋪設橢圓鵝卵石作為蓄熱體，鵝卵石作為早的蓄熱體材料，主要是當時的技術人員發現其儲存較多熱量，材料比較普遍，通過試驗后確定了蓄熱的效果，然后開始進入工業化應用。在實踐中，鵝卵石的弱點也非常明顯，首先風阻大，而且不均勻，鵝卵石堆疊的過程中縫隙壓3漏氫整改措施與效果住后透風性能較低，而且是不均勻的，導致蓄熱床層受熱和放熱不均，效率差。再一個，鵝卵石不能抗高溫和溫度波動，容易碎裂破損，影響使用效率。

隨后發展出矩鞍環作為蓄熱體填料，采用工業標準化生產，可以有效的保證了縫隙的一致性，而且材質的均一性也有保證，蓄熱工藝的效率大的提高。

到目前市場上的蓄熱體主要以規整蜂窩陶瓷蓄熱體。其具有比表面積大，熱回收效率高，氣流壓降小，安裝換方便等勢。

3陶瓷蓄熱體用量計算

在RTO運行的時候可以看到以下現象，在RTO升溫完畢進入正常運行的時候，在閥門切換的時間段內，RTO進氣倉內，出蓄熱體的氣體溫度剛開始是接近爐膛溫度，隨著時間的推進，溫度會越來越低，到切換的時間時達到溫度低點。而RTO出氣倉中的溫度，出蓄熱體的氣體溫度隨著時間推移會越來越高。蓄熱體的平均熱效率（包括預熱過程的熱效率以及蓄熱過程的熱回收效率）與RTO切換閥的切換周期間隔息息相關，設想當時間足夠長，進蓄熱體的溫度等于出蓄熱體的溫度，則熱效率即變為零了。

從角度進行分析蓄熱體的這種溫度波動現象，當爐膛中的高溫氣體通過陶瓷蓄熱體時，氣體中的熱量通過對流換熱，積蓄在蓄熱材料中，氣體溫度降低，蓄熱體溫度升高，此為熱量回收過程，儲能完畢后RTO切換閥門，此蓄熱體進入溫度較低的氣體，氣體在蓄熱體中通過對流換熱，把儲在其中的熱量換到較冷的氣體中，盡可能的達到爐膛的溫度，如此可大減少爐膛內的直接加熱，可以降低RTO燃燒器的功率，達到節能的目的。

可以發現，若想提高換熱的效率，一種有效的方法即提高換熱面積，如此提高蓄熱體的比表面積成為一個非常有效果的途徑。

從一代蓄熱體鵝卵石，到后面的矩鞍環，再到現在的規整填料，都是提高比表面積，同時也降低壓降。比表面積并不是越大越好，也需要考慮氣流壓降的因素，需要有實際的工程運用價值，規整蜂窩陶瓷蓄熱體的氣孔尺寸根據幾十年的實際工程運用經驗，形成了常規的50cpsi（每平方英寸上的孔數）規格，目前較為常規的單塊蓄熱體尺寸為150*150*150mm或者150*150*300mm的正方體或長方體型。在150邊長上開有40個左右小孔，氣流壓降控制在1500pa/米左右，若將孔數擴大到400cpsi，150邊長上有120個孔，比表面積增加了2.5倍左右，但蓄熱體的壓降則到8000pa/米以上（此處壓降對比都在相同的標況面風速1.2Nm/s條件下進行的），工程上缺少實際運用的可能性。運用較為成熟，高，效果好的，經過多年實踐，普遍為150mm邊長有40個孔的蓄熱體，兼顧了經濟型，成品率，效果等多個方面。

關于高工作溫度，由于其Al2O3的含量較低，其產品其實達不到宣傳的高工作溫度，藍太克公司會特別告知蓄熱體正常運行溫度不要超過950℃。

蜂窩陶瓷蓄熱體從開發出來即面臨堵孔的問題，藍太克公司開發的一款賽格蒙分層式蓄熱體可以較好的解決部分堵孔的問題，工程實踐中具有非常好的效果。

運用多的為SHC-40規格，成為RTO蓄熱體的主流產品。其它規整蓄熱體也以40孔為主要的RTO用蓄熱體。

在陸震維編撰的《廢氣凈化技術》一書中，引用了德國人H.Hausen所做的數學模型，將蓄熱體的傳熱計算，轉換成換熱器的模型進行計算。其前提假定原理是一股氣體，在冷周期中吸收的熱量，與另一股氣體，在熱周期中釋放的熱量相等。

當無限的經常切換的限情況下，則熱效率與相同大小的間壁式換熱器一樣，當切換時間越長，熱效率則也越低。

目前對RTO的熱效率大多是按換熱器的溫度效率來計算。

蓄熱體需用的量的計算過程如下： 

a.根據蓄熱體的規格參數，計算出比較面積m2/m3；b.設定所需要的熱效率，比如95%；c.設定爐膛溫度，如780℃；d.設定廢氣溫度，如25℃；e.設定廢氣風量，設置進入蓄熱式的風速；f.根據熱效率公式，可得到出蓄熱式的溫度to；g.根據對流換熱系數公式，計算出換熱系數α；h.分別計算廢氣進出蓄熱體以及煙氣進出蓄熱體的換熱系數，并且考慮爐膛內熱輻射影響的換熱系數，參考《傳熱學》,參考王秉銓編撰《工業爐設計手冊》中，對流換熱器的的綜合換熱系數的計算公式。i.計算周期內蓄熱體吸熱的熱量，及放熱的熱量，即進出蓄熱體的氣體的溫差的，選取數值高的Q。j.根據蓄熱體的比表面積，可得出蓄熱體體積，參照蓄熱體的單塊尺寸，根據設計的廢氣進蓄熱體的風速，可計算出，蓄熱體的迎風面面積，則可得出蓄熱體的堆高度。此處需要注意的是，通過公式計算出的換熱面積A，包含了冷卻面積和加熱面積兩部分，所以計算蓄熱體用量時，只需要一半即可。因為蓄熱體蓄熱和放熱分別在2個室體內進行。k.關于陶瓷蓄熱體對層的流體壓損，參考陸震維的《廢氣的凈化技術》一書，有詳細的計算過程，這里不做過多闡述。

4陶瓷蓄熱體周期內熱效率分析 

當我們通過上述步驟計算出蓄熱體的堆積式樣之后，由于蓄熱體的固定規格尺寸，實際的用量是大于理論計算值的，為了充分發揮蓄熱體的功能，需要調整出佳的周期切換時間，即對周期時間內各個瞬時狀態的蓄熱體的情況，以及氣體出蓄熱體的狀況進行進一步的分析，以得出理論計算溫度曲線來進行研究以及可指導調試。

4.1計算原理：單位時間dt內，高溫煙氣進入蓄熱體內，總焓為dQ，暫不考慮熱損失，一部分為蓄熱體吸收的Q1，一部分為出蓄熱體的氣體的焓Q2對時間dt求導，則得出對應不同時間的熱量分布情況。可計算出熱效率。

4.2計算方案：RTO蓄熱體的交替切換工況導致運行的波動性，實際計算時，根據動態的方案進行則會比較困難，現根據理論工況，可基于如下兩個前提假設后再進行計算：

首先，不考慮蓄熱體的來回切換，分別對蓄熱工作的蓄熱體和放熱工作的蓄熱體單獨進行分析，但是氣體進蓄熱體的持續時間保持一樣，即τc=τh。然后，假定在正常切換的工況之前，蓄熱體已經蓄熱完畢，處于平衡狀態。并且分別研究單股廢氣進蓄熱體，以及單股廢氣出蓄熱體的工況。并不研究蓄熱體進出的這種非穩態周期變動的工況。基于以上兩步的設定后，分別對蓄熱室和放熱室的蓄熱體進行計算，通過傳熱學的基本算法，計算出隨著時間的推移，陶瓷蓄熱體內的熱量狀況，以及氣體出陶瓷蓄熱體時的溫度，可研究的瞬態的工況。

5結論 

通過傳熱學原理可以模擬出蜂窩蓄熱床的蓄熱放熱過程，非常貼近實際的工況，在適當的范圍內，利于工程實際的指導運用，便于實際工程中選型、工藝設計及成本核算等方面的工作。