摘要：工业有机废气热氧化处理是在特定的温度条件下让废气与氧气发生反应，最终生成二氧化碳和水等物质，从而实现废气的无害化处理。直接燃烧式、间壁式、蓄热式和催化热氧化器是最为常见的有机废气处理装置，本文就将主要分析上述设备的原理、结构，以供参考。
关键词：工业有机废气；热氧化处理；设备；
挥发性有机化合物是有机化工企业排放废气当中的主要成分，所以以其为主要成分所构成的工业废气也被人们成为工业有机废气。若工业有机废气不经处理便排放到大气当中，一方面会对大气造成严重的污染，另一方面还会引发资源浪费，所以有必要采取有效措施做好废气无害化处理工作。
1有机废气热氧化系统的工作原理
热氧化法通常也被人们称为燃烧法，其主要是在有机物燃点温度下，对废气中的有机物裂解氧化的过程。这种方法也称燃烧法，其通常是在有机物燃点温度条件下将有机物转化二氧化碳和水等无害物质。
1.1直接燃烧技术
这种技术通常是将有机废气作为燃料直接燃烧。该处理方法是最为典型和基础的有机废气处理方式，若有机废气的温度达到燃烧的条件，则需首选直接燃烧法。该技术具有较强的适用性和操作性，但是其综合热效率较差，容易产生氮氧化物，从而造成二次污染，且设备操作复杂，需要投入较高的成本。
1.2蓄热式热氧化技术
蓄热氧化技术主要是利用蓄热体自排出燃烧区的气体当中吸收并存储热量。在转变流向后释放出存储的热量，同时进入蓄热氧化装置中的有机废气可保证有机废气达到氧化时的温度。且其还可有效减少辅助燃料的使用量，降低系统运行的能源消耗，减少成本投入。
这种技术通常应用于大风量，且气体浓度范围为2-8g/m3的废气处理环节，若气体的浓度大于2g/m3时，RTO装置不需要添加辅助燃料。其可保证处理的有效性和热回收效率，能耗较低，且自动化水平较高，操作便捷，安全性和稳定性较高。
1.3蓄热式催化氧化技术
蓄热式催化氧化系统结构与蓄热式热氧化系统的结构具有较强的相似性，但是其蓄热层面上多设置了一个催化床层，其主要利用催化剂，使有机物吸附于催化剂表面，进而有效降低了有机物氧化过程中所需要的催化剂，废气可在低温条件下发生氧化反应。
2热能回收及热氧化器类型
2.1直接燃烧式热氧化器
直接燃烧式氧化器也被称为后燃器，其在热氧化装置中结构最为简单，其由助燃剂、混合区以及燃烧室三部分构成，天然气和石油烃都可作为助燃剂使用。助燃剂是辅助燃料，在燃烧的过程中可起到VOC气体预热的作用，燃烧室为最终的反应提供了充足的空间。另外，直接燃烧式热氧化器的VOC废气进口温度一般在９０余摄氏度，操作温度为760-815℃，因此从燃烧室出来的废气温度很高，可达800余摄氏度。由于其本身不配备余热回收系统，因此，应当采用适当方式回收其中的热量作其他用途。直接燃烧式氧化器优点有：
1）设备简单、所需投资最省；
2）VOC去除率高，可达99％以上；
3）适用于任何类型的VOC。
直接燃烧式氧化器缺点：
1）本身无热量回收系统；
2）炉身温度高；
3）燃料消耗很高。如果不对废热加以回收，则运行费用较大。
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2.2间壁式热氧化器
间壁式热氧化器主要是在热氧化装置中设置间壁式换热器，将金属制成的换热器设置在燃烧室的排气端口，换热器将排出的高温气体所带热量传递给氧化装置进口处的低温气体，即待处理的ＶＯＣ废气，预热后再发生氧化反应。当燃烧室排出的气体含少量颗粒物，又希望尽可能多地回收热能时，常使用板式换热器。间壁式热氧化器能回收大部分热能，若使用板式换热器常可达到70％的热回收率，而管式换热器只能回收50％左右。这种热能的再循环特点，使该系统即便在爆炸极限下限为25％的情况运行都是经济的。
在设计中采用单流径设计方式，使得间壁式热氧化系统的体积和质量较小，故而安装的紧密度更强，且可顺利设置于滑道。若VOC含量处于较高且较为稳定状态时，系统可充分发挥其作用与价值，如VOC含量较低且稳定性较差时，则应适量添加辅助燃料。同时系统设计中允许气体与火焰直接接触，火焰温度若超过1500摄氏度，氮氧化物生成量就会随着温度的提高不断增多。因此在这一过程中需高度重视氮氧化物的生成量，否则需要设置氮氧化物处理装置。
更需要注意的是，若流过管、板的气流温度已经达到了VOC的自燃温度，换热器的管和板的位置会出现自燃问题，金属材质换热器应用较为普遍，所以间壁式热氧化器的操作温度一般被限定在750℃以内。这就要求工艺设计中采用更长的停留时间和更高程度的湍流。如果处理的是含氯化合物，就需使用耐酸耐热材料制作，提高系统造价。
2.3蓄热式热氧化器
该系统是在热氧化装置中设置蓄热式热交换器对废气进行预热处理，预热后方可开始氧化反应。蓄热式热交换器的结构形式较为特殊，因此通常其也被称为换热床。一个蓄热式热氧化系统一般需安装两个（或多个）换热床。蓄热材料一般由结构陶瓷填料或乱堆陶瓷填料组成，且过去多使用乱堆填料。现在，由单块陶瓷构成的蜂窝状结构填料得到越来越多的应用。其主要优点是压降较低，这是由于其空隙率更高，且内在构造使流入的气体处于层流状态的缘故。但以马鞍形瓷片为基本介质的乱堆填料通常具有成本优势。
蓄热式热氧化系统运行中，含有VOC的工艺废气经过歧管流入到蓄热式热氧化器当中，经气流控制阀将气体导入到能量回收室预热，即废气在流经能量回收室内的换热床的过程中被加热，随后进入燃烧室。工艺废气中的VOC在燃烧室被氧化也就是燃烧，燃烧后的废气则被送入另一个换热床，废气所含热能被吸收储存用来加热下一循环的工艺废气，废气温度也因此下降,仅比进入燃烧室的VOC工艺废气温度稍高。例如，在95％的热回收率时，出口废气温度仅比进口工艺废气温度高25℃。气流控制阀使进出口气体按既定方式交替在两个换热床中进出，从而达到能量回收目的。气流控制阀切换的时间间隔为１-３分钟。若工艺废气中VOC含量足够高，那么其燃烧释放的能量就足以维持燃烧反应继续进行，而无需辅助燃料来助燃。
蓄热式热氧化系统能够回收95%以上的热能，蓄热式热氧化系统设备体积较大，需要较高的成本投入。标准设备乱堆填料床层的流速通常在1.0-1.3m/s绝对压力对结构填料，流速为1.5-1.7ｍ／ｓ。经过整个系统后的压降，在使用乱堆填料时约为560mm水柱，使用结构填料时则约为380mm水柱。
另外，气流控制阀类型也是一个影响操作费用的因素。使用液压或电动阀门的系统比使用机械阀门的系统需要更多的维护作业。节省燃料、能在更高温度（如1100℃）运行，且处理效率很高，往往可抵消设备大、投资多的劣势。
除此之外，由于VOC工艺废气能得到预热，使其与高温火焰直接接触的程度降到了最小，也就减少了生成氮氧化物的可能性。对流量不低于0.47Nm3/s、溶剂含量低于10％的VOC废气处理，一般推荐使用蓄热式热氧化系统。对在换热床上积累的化合物VOC废气，可增强床温功能，以便使可冷凝性有机化合物被焚烧掉。
3结束语
结合上述内容可以看出，热氧化是一种十分重要的工业废气处理方式，除了这种处理方式外，还可采取其他物理、化学和生物处理方式。在热氧化法处理有机废气的过程中，应充分结合VOC排放的基本情况，选择合理的处理技术，从而增强废气处理经济性的同时，也可提高废气处理的环境效益。
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[3]朱方元.有机废气处理中收集及输送若干问题探讨[J].科技风.2018(32)
论文作者:方林
论文发表刊物:《基层建设》2019年第1期
论文发表时间:2019/4/2
标签：废气论文; 蓄热论文; 温度论文; 系统论文; 燃烧室论文; 填料论文; 气体论文; 《基层建设》2019年第1期论文;