一、蓄热体

蓄热体应具备的性能蓄热体，也称蓄热填充物，是RTO装置中的一个重要组成部分，它相当于一个换热器，即蓄热式换热器。其作用是：当冷的废气通过热的蓄热体时，蓄热体将储存的热量释放，使废气加热到所需的预热温度而蓄热体本身被冷却(冷周期);预热后的气体进入燃烧室，经反应后热的净化气通过冷的蓄热体时，蓄热体吸收净化气体的热量，使气体冷却而蓄热体本身被加热(热周期)。作为有机废气净化装置的RTO来讲，对蓄热体的要求主要包括：蓄热体材质的物理、化学性能，蓄热体结构的机械性能，以及蓄热体几何结构的流体力学和换热性能。

(1) 耐高温 RTO装置的操温度一般为750～950℃，因此要选用能耐温度1200℃左右的材质作为蓄热体，通常用陶瓷材料。

(2) 具有较高的热容量蓄热体蓄热能力的大小主要取决于其质量及其材料的密度和比热容。密度与比热容之积越大，则表示其单位容积的蓄热能力也大，即在达到同样的蓄热量情况下，装置的容积可以做得小些。因此，蓄热体的材料应具有高密度和高比热容的特性。 

(3) 具有良好的热传性能和优良的导热和热辐射性能即在冷周期时能将热量迅速传递给较冷的废气;而在热周期时又能迅速吸收净化气的热量。

(4) 具有良好的抗热震性能因为蓄热体是处于周期性的冷却和加热状态，所以必须能抵抗经常冷、热交替的温度变化。若蓄热体不能经受反复的温度变化，则蓄热体就会破碎而堵塞气流通道，从而使床层压降升高，甚至不能操作。

(5) 在高温下具有足够的机械强度陶瓷材料自身很重，不允许受压而破裂，否则会增加床层的阻力。

(6) 抗高温氧化和耐化学腐蚀例如能耐废气燃烧后产生的SO2、HCl等腐蚀性气体。

(7) 蓄热体的几何结构应具有足够的流通截面积，并使气体分布均匀、阻力低等特性，并尽可能具有较大的比表面积，以确保蓄热体具有较大的有效传热面积。

(8) 价格应尽可能低廉，而使用寿命又要长。就目前RTO装置常用的蓄热体而言，陶瓷矩鞍环的寿命要求达到5年，而陶瓷蜂窝填料的寿命要求达到10年，但前者的价格仅为后者的1/5左右。 

二、 蓄热体的材质

一般讲，蓄热体的材料主要有陶瓷和金属两种。金属类蓄热体如钢、铝等材料只能用于低温或中等温度的场合。由于RTO装置的操作温度较高，因此不能用金属材料。陶瓷材料具有优良的耐高温、抗氧化、耐腐蚀的性能，以及具有足够的机械强度和价廉等优点，其性能基本上都能满足RTO的要求，所有RTO都采用陶瓷材料作为蓄热体。目前在RTO装置中采用的陶瓷原材料，主要有黏土、刚玉、莫来石、锆英石、钛酸铝和堇青石等。通常蜂窝状蓄热体的材料主要是堇青石和莫来石，而球状和一般陶瓷填料蓄热体的材料主要是氧化铝(或高铝材质)和莫来石。从使用性能和价格来讲，选用莫来石陶瓷作蓄热体较为合适。堇青石虽然抗热震性能较好，但其烧成温度范围很窄，一般为1250～1350℃，温度低时会欠烧，而达不到低的热膨胀系数和优良的抗热震性能;温度过高时，堇青石会分解为莫来石和玻璃相。堇青石使用温度仅为1100℃，使用温度低，只能耐碱;钛酸铝在高温下易分解;锂辉石、磷酸锆钠、氧化铝等抗热震性能较差而成本高;碳化硅、氮化硅的抗热震性能虽较好，但价格昂贵。所以该文献提出了选用以莫来石为主原料并加“三石”(蓝晶石、红柱石、硅线石)增韧的配料方案，合成以莫来石为主的蜂窝陶瓷。RTO装置中常用陶瓷填料作为蓄热体，该陶瓷材料的主要化学成分是二氧化硅和氧化铝。

三、 蓄热体的结构类型和几何特性过去的蓄热炉都用栅格结构的耐火砖砌成，如冶金工业、玻璃工业中常见的热风炉。目前这种蓄热体早已淘汰。近代蓄热体都采用陶瓷材料，并做成蜂窝状结构借以提高热效率和降低气体通过时的流动阻力。在RTO装置的蓄热室中，常放置陶瓷材料制成的蓄热填充物，主要类型有规整填料(例如蜂窝填料和板波纹填料)和散堆填料(颗粒填料，例如矩鞍环)两大类。常见的陶瓷蓄热体形状有球状、鞍环状、管状、多层板片(或波纹板)和蜂窝状。蜂窝陶瓷蓄热体按孔口的形状又可分为圆形、三角形、四边形和六边形等。评价蓄热体的优劣，主要是其热效率和气流通过时的压力损失，而这方面又与蓄热体的结构形状、尺寸大小和材质(热容、热导率、辐射率)有关。目前，RTO装置中常用的陶瓷蓄热体有如下几类。 陶瓷矩鞍环填料陶瓷矩鞍环填料是化工、石油工业中用于传质过程的传统塔填料。因为陶瓷矩鞍环价廉，而且能满足蓄热燃烧净化有机废气的工艺要求，所以曾经应用于许多RTO装置中。在陶瓷矩鞍环这种散堆填料的情况下，所用的蓄热材料对换热效率是起决定性作用的。此外，由于颗粒填料在床层中的排列具有明显的三维空间序列，所以气体通过床层的流动呈湍流状态。气体在蓄热室中周期性的反向流动，使蓄热体不断交替地加热和冷却，因而在一定程度上，气流通过床层时并非均匀分布，床层的中心区域未必真正参与热交换。按照经验，对于一定尺寸的每立方米陶瓷矩鞍环，有一个相应的有效换热面积。陶瓷矩鞍环与规整填料相比，其主要优点是价格低廉，但缺点是阻力比规整填料大，而且填料边缘容易破碎而造成床层空隙被堵塞，从而会使床层阻力更大和降低了使用寿命。陶瓷蜂窝填料目前在RTO装置中大多采用规整填料，特别是陶瓷蜂窝填料，也称陶瓷蜂窝柱块(Monolith)，如图2所示。由于气流各自通过平行的通道，互不相混，其流动成层流状态。众所周知，在散堆填料情况下，气体通过填料层的流动是湍流状态，因而气体通过床层的压降与气速的平方呈函数关系;而在规整填料情况下，气体的流动呈层流状态，压降与气速成正比关系。因此，陶瓷蜂窝填料的压降远比陶瓷矩鞍环等散堆填料低。陶瓷蜂窝填料一般做成尺寸为150mmx150mmx300mm的柱状蓄热体，并整砌于RTO的蓄热室中。气流通过一块填料截面上的孔数，称为孔密度(也用每平方英寸孔数CSI表示)，通常从13x13(孔数169)至60x60(孔数3600)。孔密度越大，则单位容积的表面积也大，即可提供较大的传热面积，从而提高了热效率。一般陶瓷蜂窝填料材质是氧化铝、堇青石(致密、多孔)、莫来石。由于蜂窝陶瓷内部有许多平行贯通的通道，呈薄壁格子状结构，因此与一般颗粒状陶瓷填料相比，具有低热膨胀性、比表面积大、低压降、良好的传热性能和重量轻的优点，因此在RTO装置中获得广泛应用。蜂窝陶瓷价格一般较贵，但使用寿命长。陶瓷蜂窝柱是整砌在蓄热室中，由于每个小孔的通道都是从上到下直通的，因此一旦小孔局部被堵塞，就使整个通道受阻。为此，目前也有将陶瓷蜂窝柱的一个端面做成圆弧凹面，这样可避免因局部受堵而影响全局。一般而论，作为蓄热体的规整填料比散堆填料的性能优点是单位容积具有高的表面积，比表面积越大，则热效率越高。当然蓄热体也需要有一个合适的切换时间与其适应;通常因为规整填料的用量比散堆填料要少得多，所以与散堆填料蓄热体相比，规整填料所需切换时间较短。