1 蓄热体计算方法概述
蜂窝蓄热体是RTO（Regenerative Thermal Oxidizer ）装置重要的组成部分。VOCs废气首先通过蓄热体加热到氧化温度（760~1000℃），而后进入燃烧室进行氧化反应，转化成二氧化碳和水，氧化后的气体温度升高，经过另一蓄热体，热能被回收，达到国家排放标准后进行排放。根据《HJ 1093-2020 蓄热燃烧法工业有机废气治理工程技术规范》，蓄热燃烧装置的热回收率一般不宜低于90%，换向阀换向时间60s~180s，进出口气体温差不宜大于60℃，蓄热室截面风速不宜大于2m/s。所以，蓄热体的用量计算是整个RTO装置工艺和设备设计的核心。
目前，还没有适合工程应用的较为简洁可靠的蓄热体计算方法，蓄热体的用量主要根据工程经验确定，同时兼顾工艺指标和设备、运行成本。蓄热体高度一般取1.2m左右，蓄热体截面风速一般取1.2m/s左右，根据废气体积流量可以确定蓄热体的截面积大小，再通过换向阀换向时间调节出口温度。虽然这种经验的方法在工程应用中被广泛采用且被证明是可靠的，但是，蓄热体传热过程温度的计算对RTO装置工艺设计及优化有积极的意义。
由于蓄热式换热器的传热是一个温度随时间变化的非稳态过程，其计算方法较其它的各类换热器更加复杂。其中，针对蓄热式换热器计算的综合换热系数法和图解法在各类换热器和工业炉的书籍[1],[2]中都有介绍，但是并没有任何文献给出适合蜂窝蓄热体的相关参数或者图表。目前，针对蜂窝蓄热体的研究主要是采用数值方法求解非稳态传热控制方程，如编写程序求解一维非稳态传热控制方程或者借助专业的计算流体力学仿真软件进行三维仿真。由于时间和篇幅原因，本文仅对前者进行简单介绍。
2 理论基础
RTO装置中蓄热体的换热过程可分为蓄热、放热、吹扫三个过程，三个过程的传热控制方程是大致相同的，本文仅以蓄热体蓄热过程为例推导蓄热体和气体的一维非稳态传热控制方程。
假设气流流过蓄热体截面的速度是均匀的，取蓄热体的一个微型通道作为研究对象，如图1所示。蓄热阶段，燃烧室的热气流流过微型通道，与蓄热体壁面进行热交换，把热量传递给蓄热体，热气流温度降低。如图2所示，取长度为dx的一个单元体作为研究对象，可以分别推导出气体和蓄热体的一维非稳态能量守恒方程，即
方程的推导过程和各变量的含义，以及边界条件可以参阅文献[1]。式（1）和式（2）包含了温度对时间和空间的导数，必须用数值计算的方式进行求解。本文采用有限差分法对式（1）和式（2）进行离散求解，并编写了计算程序。
3 蜂窝蓄热体温度计算程序演示
本文所演示的程序是青岛西子环保研究院有限公司为蜂窝蓄热体温度计算开发的计算程序，图3是程序的主界面。程序根据RTO蜂窝蓄热体热循环的特点分为蓄热体蓄热子程序、蓄热体放热子程序和蓄热体吹扫子程序。每个子程序可以根据阀门换向时间设定每个过程的时长，程序通过数值计算求解气体和蓄热体的传热控制方程，式（1）和式（2），可以得到任意时间点和任意位置的蓄热体和气体的温度，程序会自动记录每个过程终止时气体和蓄热体的温度分布曲线，如图3所示。
如图4所示，可以看出，蓄热体冷态开始开始加热，随着热循环增加，蓄热体的温度从顶部开始升高，温度曲线不断向底部移动，直到蓄热、放热和吹扫三个热过程达到热平衡，气体和蓄热体的温度曲线形成两条平行的斜线。如果把蓄热、放热和吹扫三个热过程气体在蓄热体进出口的温度随时间变化的曲线绘制在一张图上，可以得到整个过程温度的变化趋势，如图5所示。
通过蜂窝蓄热体温度计算程序，可以得到不同蓄热体高度和换向时间条件下蓄热阶段RTO出口的气体温度和放热阶段来气进入燃烧室的温度，从而对工艺和设备进行优化设计，降低RTO装置的设备和运行成本。
4 结束语
有限差分法求解蓄热体和气体的非稳态一维传热控制方程是一种适合工程应用的计算蜂窝蓄热体温度的方法。此方法计算程序的编写较为简单，计算程序的使用过程不需要背景理论知识，软件运行不需要较高的硬件配置，通过简单修改参数，程序便可以适用于各种规格蓄热体的温度计算，对研究探索RTO的工艺有积极的意义。
5 参考文献
[1] Ramesh K.Shah. 换热器设计技术[M]. 北京: 机械工业出版社, 2010.
[2] 项钟庸, 郭庆弟. 蓄热式热风炉[M]. 北京: 冶金工业出版社, 1988.
