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對(duì)于VOC廢氣的控制與處理的方法有多種，從圖1中可以看出，VOC處理主要分為源頭治理與尾氣治理兩大類(lèi)。與其他治理方法相比較，化學(xué)氧化法處理VOC效率高，而化學(xué)氧化法中的蓄熱催化氧化（Regenerative Catalytic Oxidation，RCO）更有著其他方法無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)而成為國(guó)際上普遍采用的VOC治理方法。 

蓄熱催化燃燒裝置主要由燃燒室、蓄熱體及閥門(mén)系統(tǒng)三部分組成。蓄熱體起蓄熱和放熱的作用。當(dāng)高溫爐氣通過(guò)蓄熱體時(shí)，蓄熱材料吸收高溫?zé)煔獾臒崃?，并把熱量?jī)?chǔ)存；換向后，低溫氣體通過(guò)蓄熱體時(shí)，蓄熱材料放熱，把熱量傳給低溫氣體，使其預(yù)熱至高溫。作為蓄熱燃燒系統(tǒng)的核心裝置之一的蓄熱體，對(duì)其性能有較高的要求，即其透熱深度要小( 壁薄) 、比表面積要大、材料的比熱容要大、導(dǎo)熱系數(shù)要高、耐熱震及抗氧化性要高、以及高溫耐壓強(qiáng)度要高等。

 2 蓄熱體的選擇 

2.1 蓄熱體材質(zhì)的選擇 

蓄熱材料的選擇應(yīng)該根據(jù)燃燒的工況條件、燃燒的溫度、氣體的腐蝕性及所含固體粉塵的特性等而定。就目前世界的應(yīng)用情況來(lái)看，可作為蓄熱材料的主要有金屬與陶瓷兩大類(lèi)。隨著工業(yè)爐窯使用溫度的升高，其煙氣溫度也隨著升高。由于陶瓷材料耐高溫，抗氧化，耐化學(xué)腐蝕，所以目前大多選用陶瓷材料，如Si3N4材料、各種SiC材料以及剛玉質(zhì)、莫來(lái)石質(zhì)、鋯英石質(zhì)和堇青石質(zhì)材料等。這些陶瓷材料的性能見(jiàn)表1。

從表1可以看出，熱壓Si3N4高溫性能很好，但是其價(jià)格昂貴，從而使其應(yīng)用受到限制。而剛玉由于其抗熱震性能不好，應(yīng)用也不多。大量的應(yīng)用試驗(yàn)表明，堇青石陶瓷蓄熱材料具有優(yōu)良的抗熱震性能以及低廉的價(jià)格，然而高溫?zé)煔猓ㄓ绕涫呛瑝A金屬的氣體）對(duì)堇青石具有較強(qiáng)的腐蝕性。與各種材料相比，SiC材料具有較高的熱導(dǎo)率，在高溫下強(qiáng)度和抗腐蝕性及抗氧化性能優(yōu)越，同時(shí)其抗熱震性能優(yōu)良，是蓄熱體蓄熱材料的首選。 

2.2 蓄熱體形狀的選擇 

目前市場(chǎng)上用的比較多的蓄熱體主要有蜂窩狀、球狀及管狀三種形式。蜂窩狀與管狀蓄熱體一般采用擠壓法成型，而球狀蓄熱體則有滾動(dòng)成型和機(jī)壓成型法兩種；材質(zhì)上蜂窩狀蓄熱體一般采用堇青石和莫來(lái)石，球狀與管狀蓄熱體則采用高鋁和莫來(lái)石材質(zhì)。 

20世紀(jì)90年代初期，日本的NNK公司聯(lián)合工業(yè)爐公司開(kāi)發(fā)出了可將煙氣余熱回用和NOx燃燒集成于一體的蜂窩陶瓷蓄熱體。 此舉將節(jié)能和環(huán)保完美融合，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)量提高20%，節(jié)能效果可達(dá)30%，同時(shí)NOx的排放量也大大低于當(dāng)時(shí)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。 這使得蓄熱體從傳統(tǒng)的格子狀發(fā)展成蓄熱球, 再到現(xiàn)在研究最廣泛效果也最好的蜂窩體，極大增加了換熱性，同時(shí)大大降低了污染排放。 

3 蓄熱材料研究現(xiàn)狀 

為了不斷提高蓄熱材料的性能，改善蓄熱體的換熱效率，針對(duì)不同的工況及要求，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者對(duì)蓄熱材料進(jìn)行了大量的研究，開(kāi)發(fā)了許多性能優(yōu)越的蓄熱材料。 

萍鄉(xiāng)市意力科技有限公司的堇青石蜂窩陶瓷與多種催化劑匹配性好，比表面積大、熱膨脹系數(shù)小以及抗熱震性好等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛應(yīng)該。 用粘土、 滑石和氧化鋁制備了堇青石質(zhì)（2MgO·2Al2O3·5SiO2）蜂窩陶瓷，該陶瓷具有熱膨脹系數(shù)低、氣孔率高的優(yōu)點(diǎn)。用堇青石、硅線石、紅柱石以及鋯英石制備的蓄熱式陶瓷球和蜂窩體都具有很好的抗熱震性能。用GeO2來(lái)替代堇青石中的SiO2，研究了 MgO·2Al2O3·(5 – x)SiO2 ·xGeO2的熱膨脹系數(shù)隨GeO2加入量變化而變化的規(guī)律，當(dāng) x≤1 時(shí)熱膨脹系數(shù)總體是降低的。在堇青石中引入氧化鋯來(lái)達(dá)到增韌和增強(qiáng)的目的。 

從提高蜂窩蓄熱體使用溫度的角度出發(fā)，通過(guò)向Al2O3中加入一定劑量的MgO，制備出性能優(yōu)越的耐高溫的蜂窩陶瓷蓄熱體。通過(guò)對(duì)高鋁-莫來(lái)石等蓄熱材料進(jìn)行研究，提高了蓄熱體的抗震性。對(duì)蓄熱體的成份也進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究，認(rèn)為堇青石基陶瓷蓄熱體具有抗熱震性好和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，是高溫（1250℃）煙氣（尤其是含鈉等堿金屬蒸氣的煙氣和含SO2等酸性氣體的煙氣）對(duì)堇青石質(zhì)陶瓷蓄熱體的腐蝕性特強(qiáng)，使堇青石蓄熱體發(fā)生熔融、粘結(jié)和揮發(fā)， 從而阻塞氣流， 最后使熔融液被吹跑。莫來(lái)石的密度和比熱容較大，價(jià)格較便宜，在換熱器中有一定的應(yīng)用市場(chǎng)。與其他材料相比，各種SiC具有很高的熱導(dǎo)率，在高溫下具有很高的強(qiáng)度和很好的抗侵蝕性及抗氧化性，并具有優(yōu)異的抗熱震性，所以SiC質(zhì)材料是陶瓷換熱器蓄熱體的首選材料。萍鄉(xiāng)市意力科技有限公司對(duì)陶瓷蓄熱體的材料進(jìn)行了研究，研究結(jié)論認(rèn)為其中BeO的熱物理性能最好，但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，這種材料的抗熱震性和耐熱強(qiáng)度較差，不能單獨(dú)使用，需要與Al2O3、SiO2或其他一些陶瓷原料組合使用。對(duì)蓄熱體的成份配比也進(jìn)行了研究，認(rèn)為普通莫來(lái)石質(zhì)陶瓷作蓄熱體是合適的。 

綜上所述，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)蓄熱體材料進(jìn)行了大量的研究，研究的目的是旨在找到一種由堇青石粉料與不同的固溶相粉料組成的合適原料配方，以生產(chǎn)出熱膨脹系數(shù)低、耐熱沖擊性能好、機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、氣體透過(guò)率低的陶瓷蜂窩體。 

4 蜂窩陶瓷蓄熱材料的結(jié)構(gòu)與性能 

4.1 蜂窩陶瓷結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 

蓄熱體的核心部件陶瓷蜂窩體如圖2所示，一般蜂窩陶瓷的壁厚較薄，約0.2~0.4mm，蜂窩的單元間距約為1~2mm，和其他蓄熱材料相比較，其具有較大的比表面積

4.2 蓄熱體的熱效率 

陶瓷蜂窩蓄熱體在燃燒系統(tǒng)的的熱回收（R）的定義如下：

式中Tc：廢氣的最高氧化溫度；      

To：煙氣的出口溫度；      

Ti：煙氣的初始溫度。 

4.3 蜂窩陶瓷的壓力損失 

從上述蜂窩狀陶瓷的結(jié)構(gòu)可知，由于其開(kāi)孔多，陶瓷蜂窩體的壓力損失就較小，通常情況下壓降不大于1000Pa。比如，氣流速度為1～3m/s，180孔/in2、高150mm的蜂窩體壓力損失為107～343Pa，由此可見(jiàn)，當(dāng)采用陶瓷蜂窩體作為蓄熱材料時(shí)，不僅可以節(jié)約燃料，而且減少了風(fēng)機(jī)的動(dòng)力能耗。 

5 蜂窩陶瓷蓄熱體在催化燃燒爐中的應(yīng)用 

蓄熱燃燒工作原理圖如圖3所示，從圖中可知，該系統(tǒng)主要由一個(gè)燃燒室、兩個(gè)陶瓷填料床和兩個(gè)切換閥組成。廢氣最初先進(jìn)入左邊的填料塔，里面的填料對(duì)廢氣進(jìn)行預(yù)熱，同時(shí)填料本身得到冷卻，然后廢氣進(jìn)入燃燒室燃燒除去里面的有機(jī)廢棄物，接著，生成的煙氣一部分由熱旁路流出（用于加熱導(dǎo)介質(zhì)），其余的煙氣則經(jīng)過(guò)右邊的填料塔，得到冷卻，最后排除至大氣；當(dāng)走邊填料塔里面的填料溫度低于某一預(yù)定值后，切換閥起作用，廢氣先經(jīng)過(guò)右邊填料塔，然后經(jīng)過(guò)燃燒室和左邊填料塔，最后排除至大氣，這樣周而復(fù)始，完成循環(huán)達(dá)到除去VOC 的目的。

這種燃燒方式通過(guò)周期性的改變氣流方向?qū)崿F(xiàn)蓄熱體的蓄熱-放熱，同時(shí)通過(guò)燃燒器的補(bǔ)燃來(lái)保持燃燒室對(duì)VOCs廢氣的燃燒溫度，還可以通過(guò)余熱回收裝置對(duì)尾氣進(jìn)行余熱回收，因?yàn)榇蟠蠼档土酥紕┑脑囉?，該工藝系統(tǒng)大大降低了治理VOCs的能耗及費(fèi)用。目前國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的RCO系統(tǒng)在線路印刷、涂裝、制藥等行業(yè)已有規(guī)模性的工程應(yīng)用，這種技術(shù)在今后VOCs污染治理領(lǐng)域有著很大的應(yīng)用前景。