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直燃式熱氧化爐(TO)運行溫度在700℃到900℃之間，可以處理的VOCS種類眾多，既適合小氣量也適合很大的氣量(50，000立方米/小時或更高)。一般應(yīng)用于小廢氣量、每次使用時間不長、廢氣中含有硅樹脂等容易使蓄熱填料發(fā)生不可修復(fù)性堵塞的情況。對特高濃度(超過爆炸上限）廢氣，需設(shè)計成廢氣燃燒爐(結(jié)構(gòu)稍有不同)，因為廢氣可以當燃料直接燃燒，一般在化工行業(yè)中應(yīng)用較多。
把廢氣加熱升溫至760℃以上并至少停留0.7 S，使廢氣中的VOC及其他可燃成分氧化分解,成為無害的CO2和H20;經(jīng)氧化后的高溫氣體的熱量用于預(yù)熱新進入的廢氣，節(jié)省升溫所需要的燃料消耗。排放的高溫氣體通過換熱器使新鮮空氣加熱到生產(chǎn)工藝需要的溫度，以進一步提高能量利用率。
TO系統(tǒng)采用天然氣助燃，將小風量、高濃度的有機廢氣直接燃燒，在750~850℃的高溫狀態(tài)下，有機物會分解成無害的CO2和H20，同時放出大量熱量
經(jīng)燃燒后的高溫煙氣(≥800℃)通過管式換熱器，與新進的有機廢氣對流換熱，新進的廢氣被預(yù)熱，煙氣溫度被降低(≤550℃)，此時由于煙氣溫度仍然較高，如直接排放將大大浪費能源，所以TO系統(tǒng)后都會組合煙氣熱風爐或者煙氣熱水爐，用于回收高溫煙氣中的熱量，整套熱能回收利用系統(tǒng)被稱之為TNV系統(tǒng)。
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