在RTO的运行过程中，废气首先经过预热，然后进入燃烧室高温氧化，这个过程中，气流的分布直接影响废气在燃烧室内的运动轨迹和停留时间，进而影响VOCs的处理效率和热量分布。因此在RTO的内部，研究气流的分布是一项十分有意义的课题。
尽管RTO设计已经成熟，但在实际运行中，其内部气流分布仍存在一些问题，我们尝试摸清RTO内部气流的分布特点、解决存在的问题并提出优化方案。通过数值模拟与实验验证：利用Fluent软件，通过计算机流体动力学（CFD）对RTO装置进行数值模拟，采用k-ω湍流模型，采用压力-速度耦合算法，分析气流在燃烧室内的分布和流动情况。通过模拟实验验证优化方案的有效性，并根据模拟结果对设计方案进行进一步调整和优化。
1、RTO内部气流分布存在的问题
（1）流场分布不均匀：废气在进入反应器后，由于流道设计及床层结构的原因，气流往往不能实现均匀分布，从而引起废气停留时间不同，导致部分区域废气停留时间不足，影响VOCs的处理效率，如图1-1所示。
（2）高速气流：废气在经过直角弯后，受离心力惯性影响冲向燃烧室顶部，形成高速回旋气流。这些高速气流在燃烧室内停留时间短，且未出现明显的扩散效果，如图1-2所示。
（3）热量传递不均：由于气流分布的不均匀性，燃烧室内各区域的热量传递也存在差异，导致床层部分区域温度偏高，而部分区域温度不足，对设备整体处理效果产生了一定影响，如图1-3所示。
（4）阻力影响：多体RTO气流分布受阻力影响偏流较大，温度平衡困难，对设备正常运行影响很大，如图1-4所示。
2、RTO的优化与改进
根据数学模型构建以及工程实践经验，可通过导流设计、设置气体混合器、优化蓄热层和调整运行程序来优化RTO的设计，改进后的RTO流场分布如图2-1所示。
（1）导流设计：
采用带有一定角度斜板替代直角、采用弧面拱顶设计，以减少气流在直角处的碰撞和涡流产生。
在反应器的底层增设绕流装置，引导气流按照预定路径流动，产生切割、分离和混合，提高气流分布的均匀性。
（2）气体混合器：
通过设置气体混合器，使不同的气体充分混合，减小废气浓度波动产生不利影响，从源头上减少部分蓄热层温度偏高的情况。
（3）蓄热层布置：
考虑到蓄热层对气流分布的影响，优化蓄热层的结构布局、尺寸参数及施工方法，以减少其对气流的阻碍和偏导。
（4）程序升级：
通过控制程序的升级优化，合理的分配阀门切换时间，并辅以吹扫控制，使其抵消RTO的偏流影响，确保废气在通过蓄热体时能够均匀受热并充分混合。
青岛西子环保研究院有限公司
二零二四年 八月
