RTO焚烧炉的运行能耗分析及相关计算

静jing

RTO焚烧炉的运行能耗分析及相关计算

企业新建治污设施或对现有治污设施实施改造，应依据排放废气的浓度、组分、风量，温度、湿度、压力，以及生产工况等，合理选择治理技术。《重点行业挥发性有机物综合治理方案》中提到，鼓励企业采用多种技术的组合工艺，提高VOCs治理效率。
我国化工行业目前比较常见的废气处理设备是RTO蓄热式焚烧炉。与传统的废气处理设备相比，它具有处理效率高、运行成本低等优点。但如果RTO焚烧炉运行管理不善，车间废气处理控制不好，往往造成运行能耗大、成本高，企业往往因过高的成本而无法正常运行，使得废气超标排放时有发生。
RTO焚烧炉的运行能耗主要是电和燃料。电耗与设备选型有关，一旦选定设备，电耗基本确定，但燃料的消耗往往波动较大。主要是因为在实际生产中，因废气量以及浓度不稳定，在启动及运行过程中，需要经常补充燃料以维持燃烧室温度。所以关于燃料的消耗需要更加关注。

示例：一套典型的RTO净化装置组成部分

装机容量（以10000Nm3/h为例）

运行能耗
以10000Nm3/h为例，300天/年，24h/天运行；电费1.2元/kw.h，天然气费3.6元/m3，压缩空气费0.2元/m3
1. 电耗：
29.5*0.8*300*24*1.2=203904元/年；
2. 天然气：
58.4*0.25*300*24*3.6=378432元/年；
（天然气消耗根据废气入口浓度变化而变化，此项按较低浓度下运行天然气的损耗）
3. 压缩空气：
4*0.2*300*24*0.2=1152元/年；
合计：583488元/年
关于RTO的几个简单计算
1. 热效率以及进出口温差
式中：

Tcom——装置燃烧室温度，℃；
Tout——装置进口气体温度，℃；
Tin ——装置出口气体温度，℃。
假设RTO炉膛内的均温为820℃，RTO进口温度为20℃，RTO热效率≥95%，计算RTO出口温度及进出口温差，即：
计算RTO出口的废气温度为60℃，即温差△T=40℃。
2. 空车运行天然气的消耗量
RTO系统排放的热量散失的途径为废气带走的热量和RTO系统表面散热。因系统排放的热量中系统表面散热远小于废气带走的热量。故理论计算中RTO系统的表面散热可以忽略不计。即我们假设工况为：
一套1万风量的的三床式RTO，入口温度为20℃，设计热效率≥95%，炉膛平均温度为820℃，天然气热值为36000kJ/Nm3。计算空车运行状态的天然气耗量即计算没有VOCs进入时的天然气空烧的耗量。
依照公式：
Q=CM△T
即RTO焚烧系统空车运行时的热量需求为：
Q热量：
1.005×1.293×10000×40=519786kJ/h;
计算得出天然气的耗量为：
V天然气：
519786÷36000=14.44Nm3/h。
3. 系统自供热（不需要额外补充天然气）时的最低浓度
以甲苯为例，假定上述RTO所处理的废气全部为甲苯，
当甲苯所释放的热能大于或等于RTO焚烧运行时的热量需求，
即Q甲苯≥519786kJ/h时，系统可实现自供热。
甲苯热值=3918KJ/mol，
摩尔质量=92g/mol，
计算需要燃烧甲苯的量为12205.29g/h，
处理风量为10000Nm3/h，
折换浓度为1220.53mg/m3。
4. 计算系统进气的最高浓度
先计算混合气体的爆炸极限：
L=1/(Y1/L1+Y2/L2+Y3/L3）,
式中：
Y1、Y2、Y3代表各组分在混合气体中的体积分数；
L1、L2、L3代表各组分的爆炸极限；
RTO的进气浓度要控制小于爆炸极限的1/4，根据摩尔质量换算出RTO的进气浓度上限。
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