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在有機(jī)廢氣熱力燃燒凈化過程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，即排出凈化氣所 攜帶的熱量，這些熱量來(lái)自消耗的輔助燃料和廢氣中所含的可燃物質(zhì)的燃燒。因 此，如何充分利用這部分熱量為生產(chǎn)過程所用（如果生產(chǎn)過程需要供熱），借以減 少總能耗；以及如何把這部分熱量用于熱力燃燒過程本身，例如通過冷卻凈化氣而 使入口廢氣或燃燒用空氣得到預(yù)熱，來(lái)減少輔助燃料的消耗，甚至免去輔助燃料， 借以節(jié)省操作費(fèi)用和額外的co2排放等，這些已成為評(píng)價(jià)熱力燃燒裝置經(jīng)濟(jì)性的 重要指標(biāo)。當(dāng)然，在大多數(shù)情況下，回收熱量是要增添設(shè)備（如換熱器），這方面 增加的投資也應(yīng)一起考慮。

在考慮熱量回收系統(tǒng)之前，除了應(yīng)采用合適的燃燒系統(tǒng)外，這里特別要提出的 是要從源頭抓起，即如何確定*合理的排風(fēng)量，并在確保生產(chǎn)安全、操作人員的身 體健康的前提下，應(yīng)采用各種措施使排風(fēng)量達(dá)到*小（例如機(jī)器和設(shè)備加罩）。因 為處理的風(fēng)量愈小，熱力燃燒裝置的投資費(fèi)也愈少；而且廢氣中有機(jī)物的濃度也因 此提高，這樣可大大降低輔助燃料的消耗。

當(dāng)廢氣中VOC濃度低時(shí)，回收熱量主要用于預(yù)熱廢氣，這時(shí)可用蓄熱式換熱 器或間壁式換熱器；在蓄熱式換熱器的情況下，有機(jī)廢氣可達(dá)到比一般間壁式換熱 器更高的預(yù)熱溫度和熱效率。如果廢氣中VOC濃度較高，則除預(yù)熱廢氣外多余的 熱量可用于加熱導(dǎo)熱油、生產(chǎn)熱水或蒸汽。今天主要介紹的是的熱量回收系統(tǒng)，主要是指 帶間壁式換熱器的熱力燃燒系統(tǒng)，而蓄熱式換熱器將在以后進(jìn)行講解。

1.一般的熱力燃燒裝置

圖3. 6表示了無(wú)熱量回收、經(jīng)典的熱力燃燒凈化裝置原理圖。燃燒用空氣和輔助燃料按照略為超過化學(xué)計(jì)量系數(shù)方程的比例輸入燃燒器進(jìn)行燃燒，然后再通入廢氣。高溫的燃燒煙氣與廢氣的混合，使廢氣 中有機(jī)物達(dá)到必需的反應(yīng)溫度而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化。 如果廢氣中主要是碳?xì)浠衔?，則在大多數(shù) 情況下燃燒溫度可達(dá)800°C左右，因而凈化氣 完全能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后離開熱力燃燒裝置。因?yàn)檫@里的熱力燃燒，其目的是為了凈 化有機(jī)廢氣，而不是一般概念上以產(chǎn)生熱能為宗旨的燃燒裝置，所以基于經(jīng)濟(jì)考慮，在確保有機(jī)物完全轉(zhuǎn)化為無(wú)害的物質(zhì)的前 提下，應(yīng)將燃燒溫度盡可能控制得較低。在熱力燃燒凈化裝置情況下，通常是控制 凈化氣的出口溫度保持恒定；較好的辦法是，當(dāng)廢氣中有機(jī)物濃度波動(dòng)時(shí)，應(yīng)該相 應(yīng)地調(diào)節(jié)輔助燃料的供給量。圖中的符號(hào)（TC）即表示通過測(cè)定凈化氣出口溫度 來(lái)控制輔助燃料的輸入量。要回收、利用的熱量就是凈化氣離開燃燒室所攜帶的熱量，其溫度一般在750°C左右。

2.設(shè)置燃燒空氣和廢氣預(yù)熱器

為了盡可能降低輔助燃料的消耗，通常的辦法是利用高溫凈化氣來(lái)預(yù)熱廢氣。 為進(jìn)一步回收熱量，還可設(shè)置空氣預(yù)熱器；這是目前大多數(shù)用于有機(jī)廢氣凈化的熱 力燃燒裝置的情況。圖3.7表示了在燃燒室后設(shè)置兩個(gè)換熱器，用來(lái)預(yù)熱廢氣和燃 燒用空氣，這是方案1。

要使有機(jī)廢氣達(dá)到較高的預(yù)熱溫度，高溫凈化氣應(yīng)先通過廢氣預(yù)熱器，然后再 進(jìn)入空氣預(yù)熱器。

  另一種方法是燃燒器不用新鮮空氣來(lái)燃燒，而直接用有機(jī)廢氣代之，即只設(shè)廢 氣預(yù)熱器。這樣，不但省略一臺(tái)空氣預(yù)熱器，而且當(dāng)排出凈化氣還有足夠熱量可利 用時(shí)，例如還可再用另一臺(tái)換熱器來(lái)產(chǎn)生熱水、加熱導(dǎo)熱油等，并用于其他需要供

熱的生產(chǎn)過程。當(dāng)然，這里的先決條件 是：有機(jī)廢氣中的含氧量與周圍環(huán)境空 氣差不多。對(duì)大多數(shù)有機(jī)廢氣來(lái)講，都 有足夠的氧量供給燃料和有機(jī)物的氧化 反應(yīng)。這是方案2,如圖3. 8所示。

這種完全用有機(jī)廢氣代替新鮮空氣來(lái)燃燒的方案，是借助于"Combustor-燃燒系統(tǒng)”來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在 該燃燒系統(tǒng)中，燃燒器和反應(yīng)空間是一個(gè)不可分割的功能單元。對(duì)上述兩種方案作比較：在相同條件下（反應(yīng)溫度800°C ；廢 氣預(yù)熱溫度500°C；廢氣中可燃物（溶劑）濃度6g/m3、熱值30000kJ/kg）,如果 方案1的燃料消耗以方案2為基準(zhǔn)，則當(dāng)空氣溫度為20°C和400°C時(shí)，方案1比方 案2多消耗燃料分別為90%和50%；而且廢氣中可燃物的濃度越高，對(duì)方案2更 為有利。

3.熱量回收系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性如何

在考察有機(jī)廢氣熱力凈化裝置的經(jīng)濟(jì)性時(shí)，需要對(duì)裝置的投資進(jìn)行估算。由于 經(jīng)濟(jì)核算隨時(shí)間、地點(diǎn)而變，而且各個(gè)國(guó)家、各個(gè)企業(yè)都有其相應(yīng)的計(jì)算方法和規(guī) 范，所以沒有統(tǒng)一的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。例如：對(duì)廢氣處理量在7800?78000Nm3/h范圍內(nèi)給出了一套熱力焚燒爐（間壁換熱式）投資費(fèi)用的計(jì)算公式， 并按不同的熱量回收率（回收熱量：0%、50%和70%）給出了相應(yīng)的系數(shù)和指 數(shù)，但未計(jì)及熱量回收系統(tǒng)帶來(lái)的收益。在美國(guó)環(huán)境保護(hù)署的“費(fèi)用控制手冊(cè)” （EPA UOAQPS Control Cost Manual"）中，對(duì)熱力焚燒爐費(fèi)用估算都有一定規(guī) 范，例如按壓降大小估算電耗：假定燃燒室壓降為IkPa；換熱器和其他壓降總共 為1?3. 7kPa （相應(yīng)于熱量回收率35%?70%）等口。

為求取投資回收期限，對(duì)熱力燃燒裝置的熱量回收系統(tǒng)總投資費(fèi)和總節(jié)省費(fèi)用的各個(gè)單項(xiàng)作了詳 細(xì)的分析計(jì)算。基于對(duì)燃料的消耗、風(fēng)機(jī)電耗的計(jì)算，以及分析熱效率 與燃燒室溫度、廢氣入口溫度的關(guān)系，提出了選擇熱力氧化器*好的熱量回收方案，這些都可參考和借鑒。為此下面介紹其中有關(guān)熱量回收系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)分析的主要 思路。 

（1）投資回收期限（分期償還時(shí)間）

熱量回收系統(tǒng)的總投資費(fèi)主要是換熱器等費(fèi)用；通過熱量回收每年節(jié)省的費(fèi)用 包括廢氣預(yù)熱所節(jié)省的燃料費(fèi)和通過加熱導(dǎo)熱油、熱水或蒸汽節(jié)約的能量費(fèi)用等。 在有機(jī)廢氣熱力燃燒條件下，一般投資回收期限為1?2年

（2）換熱器的投資費(fèi)PA換熱器的投資費(fèi)可按不同換熱器的單位傳熱面的造 價(jià)P來(lái)計(jì)算。

眾所周知，計(jì)算換熱器的基本公式為Q=A以△品）；先求出傳遞的熱流量，然 而根據(jù)給定或求得的兩種流體進(jìn)/出口溫度，求出對(duì)數(shù)平均溫差△如；廢氣預(yù)熱的 傳熱系數(shù)為一般按經(jīng)驗(yàn)取25?3OW/（m2?K）；如加熱導(dǎo)熱油、產(chǎn)生蒸汽或熱水， 則取50?60W/（m2.K）。這樣即可求出所需的換熱面積若已知單位傳熱面的 造價(jià)則用于換熱器的投資費(fèi)FA可如下求出：

（3）通過熱量回收每年節(jié)省的費(fèi)用K通過熱量回收每年可節(jié)省的費(fèi)用包括 如下幾項(xiàng)。

（4）應(yīng)用舉例

① 廢氣預(yù)熱器投資回收期限

廢氣流量 10000Nm3/h

廢氣溫度 100°C

廢氣中VOC濃度 10g/m3（主要是丁酮MEK）

MEK在空氣中的溫度升高 24K • m3/g

全年操作小時(shí)數(shù) 2000h/a

燃燒室溫度 800°C

*高可能的預(yù)熱溫度 800-10X24 = 560°C

根據(jù)上述思路計(jì)算投資回收期限為L(zhǎng) 2年。

②處理涂層產(chǎn)品干燥過程產(chǎn)生的VOC廢氣 圖3.10為處理某產(chǎn)品噴漆過程 產(chǎn)生的VOC廢氣的流程。排風(fēng)機(jī)將新鮮空氣吸入箱式噴涂隧道，由箱式隧道出來(lái) 的有機(jī)廢氣先后經(jīng)過預(yù)熱器H、 I后進(jìn)入燃燒室燃燒氧化；反應(yīng)后凈化氣先經(jīng)廢氣 預(yù)熱器I ,接著進(jìn)入導(dǎo)熱油加熱器，*后經(jīng)廢氣預(yù)熱器后排出；加熱后的導(dǎo)熱油進(jìn) 入箱式隧道作為產(chǎn)品干燥的熱源，并循環(huán)流動(dòng)。根據(jù)工藝過程特點(diǎn)，正確選擇導(dǎo)熱 油進(jìn)出口溫差，并把導(dǎo)熱油換熱器放在兩個(gè)廢氣預(yù)熱器之間，使余熱系統(tǒng)達(dá)到*優(yōu) 設(shè)計(jì)。整個(gè)廢氣余熱系統(tǒng)的熱效率可達(dá)80%?90%。