熱氧化法可分為三種: 熱力燃燒式、間壁式和蓄熱式。它們的主要區(qū)別在于熱量回收方式的不同。三種方法都可以和催化法結(jié)合起來(lái)以降低反應(yīng)溫度。

a. 熱力燃燒式熱氧化器。熱力燃燒式熱氧化器一般指的是氣體焚燒爐。它由助燃劑、混合區(qū)和燃燒室組成。助燃劑 (天然氣、 石油等) 作為輔助燃料, 燃燒產(chǎn)生的熱在混合區(qū)對(duì) VOC 廢氣進(jìn)行預(yù)熱,燃燒室為預(yù)熱后的廢氣提供足夠大的空間和足夠長(zhǎng)的時(shí)間以完成終的氧化反應(yīng)。

在供氧充足的前提條件下, 氧化反應(yīng)的程度(影響終的VOC 去處率)取決于“三T條件” : 反應(yīng)溫度(Temperature)、駐留時(shí)間(Time)、湍流混合情況(Turbulence)。這 “三T條件”是互相聯(lián)系的, 在一定范圍內(nèi)改善一個(gè)條件可使另外兩個(gè)條件降低。熱力燃燒式熱氧化器的一個(gè)缺點(diǎn)是輔助燃料價(jià)格太高, 致使裝置的操作費(fèi)用很高。

b. 間壁式熱氧化器。間壁式熱氧化是指在熱氧化裝置中加入間壁式熱交換器, 熱交換器把從燃燒室排出的高溫氣體所帶的熱量傳遞給氧化裝置進(jìn)口處的低溫氣體, 預(yù)熱后發(fā)生氧化反應(yīng)。由于目前的間壁式熱交換器可獲得85%的熱回收率,所以極大地降低了輔助燃料的消耗。

間壁式熱交換器通常設(shè)計(jì)成管式、殼式或板式。由于通常的熱氧化溫度要保持在 800℃—1000℃, 所以間壁式熱交換器必須由耐熱、耐腐蝕的不銹鋼或合金材料制成。這就使得間壁式熱交換器的造價(jià)很高, 這是間壁式熱氧化器的一個(gè)缺點(diǎn)。同時(shí)材料的熱應(yīng)力也不易消除, 這是間壁式熱氧化器的另一個(gè)缺點(diǎn)。

c. 蓄熱式熱氧化器。蓄熱式熱氧化器(Regenerative Thermal Oxidizer , 以下簡(jiǎn)稱(chēng)RTO), 是在熱氧化裝置中加入蓄熱式熱交換器, 預(yù)熱 VOC 廢氣,再進(jìn)行氧化反應(yīng)。

隨著蓄熱材料的發(fā)展,目前蓄熱式熱交換器的熱回收率已能達(dá)到95%以上, 而且占用空間越來(lái)越小。這樣輔助燃料的消耗很少(甚至不用輔助燃料,且當(dāng) VOC 的濃度達(dá)到一定值以上時(shí), 還可從 RTO 輸出熱量)。同時(shí), 由于目前的蓄熱材料都選用陶瓷填料, 所以可處理腐蝕/或含有顆粒物的 VOC 廢氣。

RTO裝置又可分為閥門(mén)切換式和旋轉(zhuǎn)式。

閥門(mén)切換式RTO是常見(jiàn)的一種 RTO。其由兩個(gè)或多個(gè)陶瓷填充床, 通過(guò)閥門(mén)的切換, 改變氣流的方向, 從而達(dá)到預(yù)熱VOC 廢氣的目的。圖 1 是典型的兩床式RTO示意圖及工作原理。

兩床式RTO主體結(jié)構(gòu)由燃燒室、兩個(gè)陶瓷填料蓄熱床和兩個(gè)切換閥組成。當(dāng) VOC 廢氣由引風(fēng)機(jī)送入蓄熱床1后, 該床放熱, VOC 廢氣被加熱, 在燃燒室氧化燃燒,氣體通過(guò)蓄熱床2, 該床吸熱, 燃燒后的潔凈氣被冷卻, 通過(guò)切換閥后排放。在達(dá)到規(guī)定的切換時(shí)間后, 閥切換, VOC 廢氣從蓄熱床 2 進(jìn)入, 蓄熱床 2放熱, VOC廢氣被氧化燃燒, 氣體通過(guò)蓄熱床 1, 該床吸熱, 燃燒后的潔凈氣被冷卻, 通過(guò)切換閥后排放。如此周期/切換, 就可連續(xù)處理 VOC 廢氣。

近年來(lái), 國(guó)外又研制開(kāi)發(fā)出旋轉(zhuǎn)式RTO。該裝置由一個(gè)燃燒室、一個(gè)圓柱形分成幾瓣獨(dú)立區(qū)域的陶瓷蓄熱床和一個(gè)旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)向器組成。通過(guò)旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)向器的旋轉(zhuǎn), 就可改變陶瓷蓄熱床不同區(qū)域的氣流方向, 從而連續(xù)地預(yù)熱 VOC 廢氣, 在燃燒室氧化燃燒后就可去除 VOC。

相對(duì)于閥門(mén)切換式RTO,旋轉(zhuǎn)式RTO由于只有一個(gè)活動(dòng)部件(旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)向器) , 所以運(yùn)行更可靠, 維護(hù)費(fèi)用更低, 但缺點(diǎn)是旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)向器不易密封,泄露量大, 影響VOC的凈化率。