Vi hör ofta att regenerativa termiska oxidatorer (RTO) är mycket dyra att använda. När allt kommer omkring förbrukar de naturgas och arbetar normalt vid 1500°F eller högre. Detta kan lägga till mycket stora årliga driftskostnader för naturgas eller propan.
Men vad är verkligheten? För att förstå, låt oss överväga några typiska fall.
Hur en RTO fungerar
Innan vi gör det, låt oss titta på hur en RTO fungerar. En RTO är en enkel VOC-förbränningsmaskin som använder en välkänd regenerativ process som lagrar och återför värme i keramiska värmeväxlarbäddar. Som visas i det förenklade diagrammet nedan tillåter gasströmmens cykling fram och tillbaka att det mesta av energin i förbränningszonen stannar inom maskinen så att nettotemperaturökningen från inlopp till utlopp minimeras. Med detta minimeras energiförbrukningen även om den förorenade gasen behandlas vid mer än 1500°F för att förstöra föroreningarna.
Hur mycket värme som hålls kvar och återförs inom RTO är naturligtvis en mycket viktig faktor. En term som används för att karakterisera denna effekt är termisk effektivitet eller TE. Ju högre värde TE är, desto mer energieffektiv är en given RTO-design. För de flesta RTO:er varierar driftsvärdet för TE från 90% till 97%. Ett bra sätt att tänka på innebörden av TE är detta: TE är förhållandet mellan den återvunna energin och den tillförda energin. Till exempel, i diagrammet ovan är TE 94% och kan beräknas genom att dividera den återvunna energin (1500°F till 150°F) med den tillsatta energin (70°F till 1500°F); dvs 1350°F /1430°F = 0,94.
Den saknade faktorn i allt detta är den energi som tillförs genom förbränningen av de flyktiga organiska föreningarna (VOC). Praktiskt taget alla VOC avger värme när de förbränns. Detsamma gäller för kolmonoxid. För att förstå hur mycket VOC- och/eller CO-bidraget kan ge till driftskostnaden för en RTO kommer vi att titta på några exempel.
Först ett basfall. Inga VOC eller CO. Bara omgivande luft.
Om vi antar 100 000 scfm (440 000 lb/h) luft vid en omgivningstemperatur på 70°F och en TE på 95% för RTO:n beräknar vi en lufttemperaturökning på 71,5°F. För att beräkna mängden naturgas som krävs för att värma luften kan man använda en enkel ekvation;
Q = mCsidT
Var
Q = total värme som krävs (BTU/h)
m = massa av luft som behandlas (440 000 lb/h)
Csid = luftens värmekapacitet (0,25 BTU/lb°F)
T = temperaturökning (71,5 °F)
Från detta beräknar vi, Q = 7 865 000 BTU per timme. När det gäller naturgas som krävs är detta 78,65 therm/h och vid $0,40/therm (2019 ungefärliga priser) är timkostnaden $31,46. På årsbasis är detta $275,589, ett mycket betydande tillägg till en anläggnings omkostnader.
Andra fallet. Lägg till VOC.
Antag att gasströmmen har 500 ppm VOC mätt som propan. 500 ppm är i själva verket en mycket utspädd mängd som endast representerar 0,05% av gasvolymen. Ändå tillför den fortfarande en betydande värmeökning till RTO-driften när den brinner i förbränningskammaren. Om man antar att den har samma värmeinnehåll som propan, 18 000 BTU per pund, lägger de 500 ppm VOC till 6 326 424 BTU/h till energibalansen för RTO och resulterar i en minskning av den förbrukade naturgasen till endast 1 538 575 BTU/h (7 865 000) – 6,326,424). Den årliga gasräkningen är nu bara $53,918, vilket översätts till en lägre årlig driftskostnadsskillnad på $221,671.
Vidare, om VOC-koncentrationen är 600 ppm, sjunker naturgasförbrukningen till nästan noll och RTO:n närmar sig självförsörjande drift.
Även om denna analys inte inkluderar de relativt små tillskotten av strålningsvärmeförluster och brännarens förbränningsluft, visar den tydligt hur bara en liten mängd VOC dramatiskt kan minska bränslebehovet och driftskostnaderna för ett RTO-system. Diagrammet nedan visar detta mer i detalj.
Slutligen finns det ännu fler goda nyheter i detta ämne. En TE på 95% är bra men en TE på >96% är fullt möjligt med dagens moderna RTO:er. Skillnaden på 1% mellan 95% och 96% låter kanske inte så mycket men det betyder att 20% mindre bränsle krävs. Och, som illustreras ovan, kan 20% göra en betydande förbättring av driftskostnaderna.
Observera att det finns det katalytiska tillvägagångssättet, ytterligare en bränslesparare, men vi lämnar det till en annan teknisk blogg.
För mer information, kontakta oss.
