蓄熱熱力燃燒在熱力燃燒的基礎上增加了熱量回收模塊,可從凈化氣中回收熱量用于廢氣的預熱, 降低運行費用、節約能源。最早的蓄熱焚燒爐(regen? erative thermal oxidizer, RTO)出現在 20 世紀 70 年代的美國加利福尼亞州,被用于一家金屬成品廠的卷材連續涂覆產線上。發展至今,RTO 已是一種技術成熟、應用廣泛的VOCs 處理裝置,其適用于處理大風量、低濃度的VOCs 廢氣(0.1~12 g/m3)。RTO 可在達到 99% 去除和破壞效率 (destruction and removal effi? ciency, DRE)的基礎上,實現95% 以上的熱能回收效率(thermal recovery efficiency, TRE)。
TRE 是評價 RTO 性能的一個重要指標,TRE 每降低 3%~5%,會 直接導致裝置的能耗提高 2~10 倍[11]。得益于較高的TRE,RTO 在穩定運行后可實現自供熱運行,進一步降低燃料消耗 。Geng 等[13]將5 000 m3/h(標準大氣壓下,下同)的RTO 應用于無機材料煅燒尾氣的處理中,實驗結果顯示RTO 長期處于自供熱運行狀態,燃燒器僅在燃燒室溫度低于850 ℃時才會啟動,實際天然氣消耗量僅為 4.5 m3 /h。另外, RTO 對于處理熱值較高的VOCs 廢氣,還可將多余熱量利用于生產過程中,進一步節約能源。Bannai 等 利用RTO 產生的高溫凈化氣以提高燃氣輪機的蒸汽噴射溫度,運行結果表明該套聯用系統使工廠的能源消耗減少23%、CO2 排放量減少30.1% 以上。
處理不同濃度的VOCs 廢氣,需要對RTO 進行適當的調整。對于低濃度VOCs 廢氣,可在RTO 前增設VOCs 吸附濃縮裝置,如活性炭、沸石轉輪吸附等[7,15]以滿足進氣 VOCs 濃度要求,提高處理效率。Yang 等對比了以上2 種吸附濃縮裝置,結果表明沸石適用VOCs 濃度范圍廣、解吸徹底、耐熱性更好,更適合作為轉輪的吸附材料。而對于高濃度VOCs 廢氣,必須采用空氣預混的方式,保證其濃度不超過爆炸下限(lower explosive limited,LEL)的 25%,避免爆炸風險[17]。出于安全考慮,RTO 均設計有超溫排放管路、緊急旁路,尤其是在處理易燃易爆、含有高濃度VOCs 的廢氣時,這些事故旁路的設計可以確保裝置的安全運行。