萍鄉(xiāng)市意力科技有限公司
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一、蓄熱體
蓄熱體應(yīng)具備的蓄熱性能，也稱蓄熱填充物，是RTO裝置中的一個重要組成部分，它相當(dāng)于一個換熱器，即蓄熱式換熱器。其作用是：當(dāng)冷的廢氣通過熱的蓄熱體時，蓄熱體將儲存的熱量釋放，使廢氣加熱到所需的預(yù)熱溫度而蓄熱體本身被冷卻(冷周期);預(yù)熱后的氣體進入燃燒室，經(jīng)反應(yīng)后熱的凈化氣通過冷的蓄熱體時，蓄熱體吸收凈化氣體的熱量，使氣體冷卻而蓄熱體本身被加熱(熱周期)。作為有機廢氣凈化裝置的RTO來講，對蓄熱體的要求主要包括：蓄熱體材質(zhì)的物理、化學(xué)性能，蓄熱體結(jié)構(gòu)的機械性能，以及蓄熱體幾何結(jié)構(gòu)的流體力學(xué)和換熱性能。
(1) 耐高溫 RTO裝置的操溫度一般為750～950℃，因此要選用能耐溫度1200℃左右的材質(zhì)作為蓄熱體，通常用陶瓷材料。
(2) 具有較高的熱容量蓄熱體蓄熱能力的大小主要取決于其質(zhì)量及其材料的密度和比熱容。密度與比熱容之積越大，則表示其單位容積的蓄熱能力也大，即在達到同樣的蓄熱量情況下，裝置的容積可以做得小些。因此，蓄熱體的材料應(yīng)具有高密度和高比熱容的特性。
(3) 具有良好的熱傳性能和優(yōu)良的導(dǎo)熱和熱輻射性能即在冷周期時能將熱量迅速傳遞給較冷的廢氣;而在熱周期時又能迅速吸收凈化氣的熱量。
(4) 具有良好的抗熱震性能因為蓄熱體是處于周期性的冷卻和加熱狀態(tài)，所以必須能抵抗經(jīng)常冷、熱交替的溫度變化。若蓄熱體不能經(jīng)受反復(fù)的溫度變化，則蓄熱體就會破碎而堵塞氣流通道，從而使床層壓降升高，甚至不能操作。
(5) 在高溫下具有足夠的機械強度陶瓷材料自身很重，不允許受壓而破裂，否則會增加床層的阻力。
(6) 抗高溫氧化和耐化學(xué)腐蝕例如能耐廢氣燃燒后產(chǎn)生的SO2、HCl等腐蝕性氣體。
(7) 蓄熱體的幾何結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的流通截面積，并使氣體分布均勻、阻力低等特性，并盡可能具有較大的比表面積，以確保蓄熱體具有較大的有效傳熱面積。
(8) 價格應(yīng)盡可能低廉，而使用壽命又要長。就目前RTO裝置常用的蓄熱體而言，陶瓷矩鞍環(huán)的壽命要求達到5年，而陶瓷蜂窩填料的壽命要求達到10年，但前者的價格僅為后者的1/5左右。
二、 蓄熱體的材質(zhì)
萍鄉(xiāng)市意力科技有限公司蓄熱體的材料主要有陶瓷和金屬兩種。金屬類蓄熱體如鋼、鋁等材料只能用于低溫或中等溫度的場合。由于RTO裝置的操作溫度較高，因此不能用金屬材料。陶瓷材料具有優(yōu)良的耐高溫、抗氧化、耐腐蝕的性能，以及具有足夠的機械強度和價廉等優(yōu)點，其性能基本上都能滿足RTO的要求，所有RTO都采用陶瓷材料作為蓄熱體。目前在RTO裝置中采用的陶瓷原材料，主要有黏土、剛玉、莫來石、鋯英石、鈦酸鋁和堇青石等。通常蜂窩狀蓄熱體的材料主要是堇青石和莫來石，而球狀和一般陶瓷填料蓄熱體的材料主要是氧化鋁(或高鋁材質(zhì))和莫來石。從使用性能和價格來講，選用莫來石陶瓷作蓄熱體較為合適。堇青石雖然抗熱震性能較好，但其燒成溫度范圍很窄，一般為1250～1350℃，溫度低時會欠燒，而達不到低的熱膨脹系數(shù)和優(yōu)良的抗熱震性能;溫度過高時，堇青石會分解為莫來石和玻璃相。堇青石使用溫度僅為1100℃，使用溫度低，只能耐堿;鈦酸鋁在高溫下易分解;鋰輝石、磷酸鋯鈉、氧化鋁等抗熱震性能較差而成本高;碳化硅、氮化硅的抗熱震性能雖較好，但價格昂貴。所以該文獻提出了選用以莫來石為主原料并加“三石”(藍晶石、紅柱石、硅線石)增韌的配料方案，合成以莫來石為主的蜂窩陶瓷。RTO裝置中常用陶瓷填料作為蓄熱體，該陶瓷材料的主要化學(xué)成分是二氧化硅和氧化鋁。
三、 蓄熱體的結(jié)構(gòu)類型和幾何特性過去的蓄熱爐都用柵格結(jié)構(gòu)的耐火磚砌成，如冶金工業(yè)、玻璃工業(yè)中常見的熱風(fēng)爐。目前這種蓄熱體早已淘汰。近代蓄熱體都采用陶瓷材料，并做成蜂窩狀結(jié)構(gòu)借以提高熱效率和降低氣體通過時的流動阻力。在RTO裝置的蓄熱室中，常放置陶瓷材料制成的蓄熱填充物，主要類型有規(guī)整填料(例如蜂窩填料和板波紋填料)和散堆填料(顆粒填料，例如矩鞍環(huán))兩大類。常見的陶瓷蓄熱體形狀有球狀、鞍環(huán)狀、管狀、多層板片(或波紋板)和蜂窩狀。蜂窩陶瓷蓄熱體按孔口的形狀又可分為圓形、三角形、四邊形和六邊形等。評價蓄熱體的優(yōu)劣，主要是其熱效率和氣流通過時的壓力損失，而這方面又與蓄熱體的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小和材質(zhì)(熱容、熱導(dǎo)率、輻射率)有關(guān)。目前，RTO裝置中常用的陶瓷蓄熱體有如下幾類。 陶瓷矩鞍環(huán)填料陶瓷矩鞍環(huán)填料是化工、石油工業(yè)中用于傳質(zhì)過程的傳統(tǒng)塔填料。因為陶瓷矩鞍環(huán)價廉，而且能滿足蓄熱燃燒凈化有機廢氣的工藝要求，所以曾經(jīng)應(yīng)用于許多RTO裝置中。在陶瓷矩鞍環(huán)這種散堆填料的情況下，所用的蓄熱材料對換熱效率是起決定性作用的。此外，由于顆粒填料在床層中的排列具有明顯的三維空間序列，所以氣體通過床層的流動呈湍流狀態(tài)。氣體在蓄熱室中周期性的反向流動，使蓄熱體不斷交替地加熱和冷卻，因而在一定程度上，氣流通過床層時并非均勻分布，床層的中心區(qū)域未必真正參與熱交換。按照經(jīng)驗，對于一定尺寸的每立方米陶瓷矩鞍環(huán)，有一個相應(yīng)的有效換熱面積。陶瓷矩鞍環(huán)與規(guī)整填料相比，其主要優(yōu)點是價格低廉，但缺點是阻力比規(guī)整填料大，而且填料邊緣容易破碎而造成床層空隙被堵塞，從而會使床層阻力更大和降低了使用壽命。陶瓷蜂窩填料目前在RTO裝置中大多采用規(guī)整填料，特別是陶瓷蜂窩填料，也稱陶瓷蜂窩柱塊。由于氣流各自通過平行的通道，互不相混，其流動成層流狀態(tài)。眾所周知，在散堆填料情況下，氣體通過填料層的流動是湍流狀態(tài)，因而氣體通過床層的壓降與氣速的平方呈函數(shù)關(guān)系;而在規(guī)整填料情況下，氣體的流動呈層流狀態(tài)，壓降與氣速成正比關(guān)系。因此，陶瓷蜂窩填料的壓降遠比陶瓷矩鞍環(huán)等散堆填料低。陶瓷蜂窩填料一般做成尺寸為150mmx150mmx300mm的柱狀蓄熱體，并整砌于RTO的蓄熱室中。氣流通過一塊填料截面上的孔數(shù)，稱為孔密度(也用每平方英寸孔數(shù)CSI表示)，通常從13x13(孔數(shù)169)至60x60(孔數(shù)3600)?？酌芏仍酱?，則單位容積的表面積也大，即可提供較大的傳熱面積，從而提高了熱效率。一般陶瓷蜂窩填料材質(zhì)是氧化鋁、堇青石(致密、多孔)、莫來石。由于蜂窩陶瓷內(nèi)部有許多平行貫通的通道，呈薄壁格子狀結(jié)構(gòu)，因此與一般顆粒狀陶瓷填料相比，具有低熱膨脹性、比表面積大、低壓降、良好的傳熱性能和重量輕的優(yōu)點，因此在RTO裝置中獲得廣泛應(yīng)用。蜂窩陶瓷價格一般較貴，但使用壽命長。陶瓷蜂窩柱是整砌在蓄熱室中，由于每個小孔的通道都是從上到下直通的，因此一旦小孔局部被堵塞，就使整個通道受阻。為此，目前也有將陶瓷蜂窩柱的一個端面做成圓弧凹面，這樣可避免因局部受堵而影響全局。一般而論，作為蓄熱體的規(guī)整填料比散堆填料的性能優(yōu)點是單位容積具有高的表面積，比表面積越大，則熱效率越高。當(dāng)然蓄熱體也需要有一個合適的切換時間與其適應(yīng);通常因為規(guī)整填料的用量比散堆填料要少得多，所以與散堆填料蓄熱體相比，規(guī)整填料所需切換時間較短。
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