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（1）箱式VOC凈化器（VocsiBox) 這種單床蓄熱式熱力氧化器，也稱無火焰、蓄熱式氧化器。較為著名的裝置有：德國Hasse Energietechnik GmbH開發(fā) 的箱式V（）C凈化器"VocsiBox”，還有美國Megtec公司的MVocsidizer"（標(biāo)準(zhǔn)型 處理量為 1000~9OQ00Nm3/h）,以及 Lufttechnik Bayreuth Rueskamp GmbH 開發(fā) 的“Minitherm”（處理量僅為50?250m3/h）。通常在裝置中用規(guī)整的陶瓷填料作 蓄熱體（也有用顆粒狀陶瓷），并將電加熱元件嵌入其中，用于開工時將蓄熱體升 溫。整個裝置是完全組裝好的，可直接連接到要處理有機(jī)廢氣的場所。這種裝置主 要針對含有機(jī)化合物濃度極低的廢氣，特別是用于脫臭，例如：凈化處理垃圾堆放 站、焚燒爐的垃圾儲庫所釋放的氣味和惡臭。通常這種氣體稱為貧氣，其熱值小于 9MJ/kg，甲烷含量大多低于20% （體積分?jǐn)?shù)”不能用于直接燃燒，而所含其他 組分對人的健康極為有害。此外，甲烷組分又會促使大氣造成溫室效應(yīng)。當(dāng)然這種 氣體也可用生化過濾器或高溫燃燒來處理，但在差不多的投資費(fèi)用和操作費(fèi)情況 下，與生化過濾器和高溫燃燒相比，從生態(tài)觀點(diǎn)講采用VocsiBox還能降低溫室 效應(yīng)。

這種箱式VOC凈化器系統(tǒng)及其操作原理如圖4. 7和圖4.8所示。蓄熱換熱器 是由陶瓷填充床組成的固定床蓄熱器，蓄熱體中央埋入電加熱元件，用于開工時加 熱床層。由圖可知，實(shí)際上陶瓷床也相當(dāng)于分成上下兩部分，中間溫度*高，并通 過切換廢氣的流動方向，床層上下兩部分分別周期性地處于熱周期和冷周期，一般 切換時間為90?120s。為保證氣流在床層橫截面上的均勻分布，在氣流進(jìn)入陶瓷 床的頂部和底部都設(shè)置氣流分布器。*初這種裝置的設(shè)計(jì)主要針對處理小到中等的 廢氣流量；此外，它基本上也類似兩室，因而不可能進(jìn)行沖洗（當(dāng)然也可設(shè)置緩沖 器，收集閥門切換時未反應(yīng)的廢氣，然后送回原料廢氣中）。在開工時，通常將陶 瓷床層一次性加熱到大約900~1000°C后，接著將氣體輸送到反應(yīng)器中，由于蓄熱 床層大的熱容，以及甲烷等有機(jī)物燃燒產(chǎn)生的熱量足以使床層內(nèi)維持一定的反應(yīng)溫 度，并將廢氣完全氧化為CO2和H2O,而不必再外加能量。只要廢氣中甲烷含量 大于0.3% （體積）時，裝置即可實(shí)現(xiàn)自供熱操作。因此與高溫燃燒相比，可顯著 地節(jié)省操作費(fèi)。與所有的蓄熱式熱力氧化器一樣，其操作過程主要包括三個部分：

①將廢氣預(yù)熱到操作溫度；

②有機(jī)物的燃燒氧化；

③熱量的回收。

 

在這種VocsiBox裝置中，唯一的陶瓷床既要將廢氣加熱到足夠的反應(yīng)溫度， 又要將反應(yīng)后熱的凈化氣冷卻來回收熱量。在開工操作時，例如廢氣通過下部床 層，并被預(yù)熱到反應(yīng)溫度；因?yàn)橹挥兄醒氩糠执矊颖３指叩姆磻?yīng)溫度，所以廢氣在 床層中間的反應(yīng)區(qū)完全氧化成無害物質(zhì)；接著，當(dāng)凈化氣通過上部床層時，將其熱 量傳給蓄熱體后排出。由于氣體的出口溫度與入口溫度相比高不了多少，所以為維 持過程的進(jìn)行所需能量極少，熱效率可達(dá)95%?98%。這里要指出的是：如前所 述，這種反應(yīng)器僅在開工時一次性加熱到900?1000°C,以后全靠燃燒廢氣中可燃 物所產(chǎn)生的熱量來維持必需的反應(yīng)溫度。因此，首先，廢氣中VOC的濃度必須大于自供熱操作所需的濃度；其次，在開工時應(yīng)經(jīng)過一定的切換次數(shù)后，使*高溫度 

的反應(yīng)區(qū)保持穩(wěn)定，并具有一定寬度，這樣才能保證操作的正常進(jìn)行.

通過有規(guī)律地改變氣體的流動方向，在床層中央可保持高溫氧化區(qū)，從而使裝 置有可能長時間穩(wěn)定地操作。圖4.8中畫出的切換閥位置表示氣流由上向下通過 床層。

為調(diào)節(jié)和控制床層溫度，在裝置的關(guān)鍵部位設(shè)溫度監(jiān)測點(diǎn)TIC 1 （溫度T1）， TIC 2 （溫度T2）, TIC 3 （溫度 T3）和 TIC 4 （溫度T4）。

當(dāng)T3和T4的溫差等于零時，則呈對稱的溫度分布；如果T3>T4,則*高溫 度上移；如果r4>T3,則*高溫度下移。當(dāng)T3-T4>o （*高溫度上移），則氣 流向下流動的持續(xù)時間應(yīng)延長一些；當(dāng)T3~T4<0（*高溫度下移），則氣流向上 流動的持續(xù)時間要延長一些，否則向上向下流動的時間間隔是相等的。

在陶瓷床層的邊緣區(qū)（T1）和中間（T2）裝有溫度傳感器，以便對氧化溫度 進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控。

若要自供熱操作，必須要用進(jìn)入裝置氣流所含的能量來平衡裝置的熱輻射損失 和廢氣在溫度升高時所需的能量。一般要求廢氣的燃燒熱值^0. HMJ/kgo對于像 垃圾儲庫產(chǎn)生的廢氣（貧氣）來講，甲烷含量至少為0.3% （體積）。

基于上述方法，可將不能自己燃燒的有機(jī)廢氣達(dá)到直接氧化。如果廢氣中有機(jī) 物含量較高，則可適當(dāng)混入空氣；如果含量較低，則在廢氣中應(yīng)添加天然氣來調(diào)節(jié) 溫度。

這種裝置技術(shù)的廢氣濃度工作范圍是低于爆炸下限。一般廢氣中碳?xì)浠衔锖?量從2g/Nm3起（相當(dāng)于甲烷含量〉0.3%）即可達(dá)到自供熱操作。

當(dāng)廢氣中碳?xì)浠衔锖吭黾拥那闆r下，排出氣體的溫度升高。圖4. 9表示了 廢氣中有機(jī)物含量不同時，床層溫度分布和出口溫度沿距離（床層高度）的變化關(guān) 系。由圖可知，在低負(fù)荷時（可燃物的濃度很低），床層中央*高溫度區(qū)域極狹窄， 極限情況下溫度分布的頂點(diǎn)呈尖角狀，此時有可能造成熄火而不能操作；如要達(dá)到 

穩(wěn)定的連續(xù)操作，床層中央*高溫度區(qū)域應(yīng)保持一定的寬度，即溫度分布如中等負(fù) 荷所示。在一般負(fù)荷的情況下，通常箱殼溫度在廢氣入口側(cè)接近廢氣溫度，約 25°C；而在凈化氣出口側(cè)，箱殼溫度約60°C。

由于這種裝置采用*先進(jìn)的電子儀器來*優(yōu)地調(diào)節(jié)切換頻率，并使切換閥在* 低切換頻率時，也能達(dá)到*長的壽命° Hasse Energietechnik GmbH設(shè)計(jì)的Vocsi- Box的標(biāo)準(zhǔn)型處理量為300?30000m3/h；*大處理量可達(dá)50000m3/h；反應(yīng)器的 壓降在42?63mbar范圍內(nèi)；脫除有機(jī)物的效率至少可達(dá)99%；排出氣體中殘留有 機(jī)物含量＜20mg/m3o如果處理的廢氣濃度較高、氣體流量又較大，則也可考慮 利用排出凈化氣的余熱，用于水、導(dǎo)熱油的加熱。排出凈化氣的溫度高低是與廢氣 的濃度和入口溫度有關(guān)，在特殊情況下，這種裝置排出氣體的*高溫度可 達(dá) 22O°C。

VocsiBox不但經(jīng)濟(jì)，而且也符合生態(tài)要求，其優(yōu)點(diǎn)如下。

①操作費(fèi)極低。這是因?yàn)樵谔幚砗淄閺U氣的情況下，大多可以實(shí)現(xiàn)自供熱 操作，不需輔助燃料；而電加熱僅在裝置開工時使用。

②操作使用方便，很少需要維護(hù)?；谘b置堅(jiān)固耐用的構(gòu)造和只有極少的運(yùn) 動部件，因而幾乎無磨損問題。

③與其他類型的有機(jī)廢氣處理裝置相比，可減少溫室氣體(CH4和CO2)的 排放90%。

④對所有碳?xì)浠衔锏霓D(zhuǎn)化率接近100%。

(2) Vocsidizer裝置 美國 Megtec公司開發(fā)的 Vocsidizer,實(shí)際上與上述 VocsiBox完全一樣，因?yàn)楦鶕?jù)編者所掌握的資料看，兩家公司所公布的氧化器圖 形都如圖4. 7所示。也許是合作關(guān)系、共同開發(fā)、各有所長；并對同一設(shè)備各自采 用類似的但不同的名稱。下面介紹的是Megtec發(fā)表有關(guān)Vocsidizer的一些信息， 其結(jié)構(gòu)原理與德國的VocsiBox完全一樣，僅僅根據(jù)不同的應(yīng)用場合，在反應(yīng)器內(nèi) 部有不同的布置而已。這種Vocsidizer有時也稱為變換流向的熱力反應(yīng)器(Ther¬mal Flow-Reversal Reactor, TFRR),其構(gòu)造和操作原理如圖4. 10所示。 

圖4. 10表示Vocsidizer用于處理煤礦礦井的通風(fēng)甲烷氣，并產(chǎn)生高品位的蒸汽 用于發(fā)電。如圖4. 10(a)所示，通風(fēng)甲烷氣經(jīng)提升閥1從床層頂部向下進(jìn)入反應(yīng)器， 并被蓄熱體加熱后達(dá)到中央反應(yīng)區(qū)；反應(yīng)后氣體繼續(xù)向下流動，同時將熱量傳給下部 蓄熱體后，作為凈化氣排出，完成第*個循環(huán)；此時提升閥2處于關(guān)閉狀態(tài)。圖 4.10(b)表示進(jìn)入第二個循環(huán)，此時提升閥1關(guān)閉、提升閥2開啟；廢氣從床層底部 向上進(jìn)入反應(yīng)器，并被上一周期加熱過的蓄熱體預(yù)熱，然后達(dá)到中央反應(yīng)區(qū)，反應(yīng)后 的氣體經(jīng)提升閥2排出，完成第二個循環(huán)；這樣周而復(fù)始連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。通常利用凈化氣 攜帶的熱量產(chǎn)生熱水、蒸汽或加熱導(dǎo)熱油。圖4. 10(c)表示在陶瓷床層中埋入過熱蒸 汽管，并采用加壓水作為循環(huán)載熱介質(zhì)，借以獲得高品位的蒸汽用來發(fā)電。這種 RTO連同蒸汽包和鍋爐給水處理系統(tǒng)就是一臺蒸汽鍋爐，因此應(yīng)按鍋爐規(guī)范設(shè)計(jì)。 這里涉及的問題主要是：一方面是高溫處理問題，因?yàn)镽TO床層溫度已超過目前所 有耐高溫的高合金鋼的工作極限溫度(因?yàn)榻档蜔岷乃美嫱荒苎a(bǔ)償為高級鋼材所增加的費(fèi)用，所以目前*高蒸汽參數(shù)為620?560°C）,所以要考慮換熱管子埋于 床層中的合適位置；另一方面，如何在移走熱量的同時確保RTO的穩(wěn)定操作。設(shè)計(jì) 者在放置換熱管子時應(yīng)考慮：在床中央反應(yīng)區(qū)具有*高的溫度，但限于材料不可取； 上下兩側(cè)床層溫度較中央低，并有一定的溫度梯度。在每個切換周期內(nèi)，兩側(cè)床層溫 度處于熱周期或冷周期，因而反應(yīng)的熱波周期性地接近或離開換熱管子，從而使工作 流體的溫度產(chǎn)生明顯的波動。因此，設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮在回收能量時避免這種溫度波動， 例如如何調(diào)整過熱蒸汽和水這兩種流體能達(dá)到平均、穩(wěn)定的工作溫度。高溫?fù)Q熱器比 RTO 任何部分要求更高的檢測和維護(hù)手段，因此反應(yīng)器的設(shè)計(jì)要便于受損部件的去 除和更換。此外，必須處理好Vocsidizer裝置與礦井間的界面，確保礦井的安全。

為便于加熱元件、管子、盤管在床層內(nèi)的安置，一般采用陶瓷小球（Pellets） 或微晶（Microliths）作為蓄熱體。

據(jù)報(bào)道，這種裝置的主要數(shù)據(jù)是：廢氣處理量1000~90000Nm3/h,熱效率 95%?98%,流量調(diào)節(jié)范圍1 ： 4,自供熱濃度1.5?2g/Nm3,切換時間90?120s,凈化氣溫度比廢氣溫度僅高出20?50C。排放凈化氣的指標(biāo)：總有機(jī)碳CV 20mg/Nm3, CQ<50mg/Nm3, NO^lOmg/Nm3D通常風(fēng)機(jī)安裝在壓力側(cè)，切換 閥采用氣動快速的盤式提升閥。由于采用了中間緩沖罐，將閥門切換時引起瞬間發(fā) 射的峰值氣流收集其中，從而提高了凈化率。裝置系統(tǒng)用近代的PLC、SPS控制 器，調(diào)節(jié)床層反應(yīng)溫度和氣體通過床層的流動，特別是當(dāng)廢氣濃度小于1. 5g/Nm3 時，可自動添加天然氣；整個裝置系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自診斷和遠(yuǎn)程監(jiān)控及相應(yīng)的報(bào)警系 統(tǒng)。裝置采用集裝箱式的模塊設(shè)計(jì)，整體組裝好，以適應(yīng)不同規(guī)模的需要。