含氮類(lèi)有機(jī)廢氣的焚燒治理方法

陳巍威 周利紅

（浙江奇彩環(huán)境科技股份有限公司 浙江杭州 31000）

1 引言

氮氧化物是燃煤煙氣中三大有害物質(zhì)之一，從污染角度看來(lái)，氮氧化物主要為NO和NO2，統(tǒng)稱(chēng)NOx。通常情況下，NO和NO2是污染大氣的主要物質(zhì)，是一種酸性氣體，能夠形成酸雨和酸霧，直接危害生態(tài)環(huán)境和人體健康。人為排放的NOx基本上來(lái)源于各種燃料的燃燒過(guò)程，一般有三種生成方式：①熱力型NOx，為高溫下空氣中的氮?dú)庋趸?；②燃料型NOx，由燃料中含有的氮氧化物在燃燒過(guò)程中熱分解而又接著氧化生成；③快速型NOx，由空氣中的氮與燃料中的碳?xì)浠衔锓磻?yīng)生成。因此，本文將以含氮類(lèi)有機(jī)廢氣的焚燒治理方法為主要研究對(duì)象，尋找、研究降低VOCs和氮氧化物的排放。

2 焚燒治理技術(shù)

燃燒治理法包括兩種，①熱力焚燒法；②催化燃燒法。燃燒法的優(yōu)點(diǎn)是徹底分解碳?xì)浠衔?，消除二次污染。燃燒治理法一般可以分為兩種，熱力焚燒法和催化燃燒法。

一般情況下，熱力焚燒法的溫度必須達(dá)到700℃以上，此時(shí)有機(jī)物將被完全分解為CO2和H2O，NOx去除效率高達(dá)95%以上。而催化燃燒法的反應(yīng)溫度則較低，一般處于250～500℃之間，催化燃燒法優(yōu)勢(shì)在于能夠明顯降低設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用。但是，兩種方法都必須首先把有機(jī)廢氣加熱到相應(yīng)的燃燒溫度。

當(dāng)廢氣中含有較高濃度的有機(jī)物，廢氣自身燃燒也能夠產(chǎn)生較高的熱量且能夠維持有機(jī)物分解所需要的反應(yīng)溫度時(shí)，燃燒法就是一種比較經(jīng)濟(jì)的可行方案。但是，當(dāng)廢氣中含有較低濃度的有機(jī)物，必須利用大量的燃料或者電力加熱廢氣，不光會(huì)產(chǎn)生較高的運(yùn)行費(fèi)用，燃料還會(huì)導(dǎo)致有機(jī)廢氣的大量產(chǎn)生。所以，熱力焚燒法利用的范圍較窄，僅用于特殊的情況，如：①汽車(chē)、家電等的烤漆廢氣處理，②含硫、鹵素有機(jī)物的處理等。

當(dāng)廢氣中含有較低濃度的有機(jī)物時(shí)，為了提升熱利用效率并減少設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用，發(fā)展了蓄熱式熱力焚燒技術(shù)（RTO）和蓄熱式催化燃燒技術(shù)（RCO）。蓄熱系統(tǒng)能夠使用直接換熱的方式將燃燒尾氣中的熱量蓄積在蓄熱體中直接加熱待處理廢氣，因此，拓寬了燃燒技術(shù)的應(yīng)用范圍，使較低廢氣濃度下使用燃燒法成為可能。

3 含氮類(lèi)有機(jī)廢氣的焚燒治理方法

控制NOx排放的技術(shù)措施可以分為源頭控制與尾部控制，源頭控制是利用各類(lèi)技術(shù)手段控制NOx在燃燒過(guò)程中的生成，而尾部控制則是通過(guò)一系列的方法將NOx還原為氮?dú)?，從而減少NOx的排放量。其中，低碳氧化物燃燒技術(shù)措施是應(yīng)用最為廣泛的措施，這種方式使用尾氣凈化裝飾減少進(jìn)化裝置入口的NOx濃度，從而降低凈化的成本費(fèi)用。

3.1 低過(guò)量空氣燃燒

將燃燒過(guò)程進(jìn)行于接近理論空氣量的前提下，減少其中的氧氣含量能夠抑制NOx的排放，一般情況下能減排15～20%。但當(dāng)燃燒過(guò)程中如果氧氣的濃度過(guò)低，則會(huì)導(dǎo)致NOx的濃度急劇升高，造成化學(xué)不完全燃燒損失，所以在燃燒過(guò)程中需要選擇最為合理的過(guò)量空氣系數(shù)進(jìn)行含氮有機(jī)廢氣的燃燒。采用第空氣過(guò)剩系數(shù)運(yùn)行技術(shù)，能夠減少NOx的排放量，同時(shí)提升鍋爐的熱效率，但這種方法會(huì)導(dǎo)致一氧化碳、碳?xì)浠衔锏鹊暮刻岣?，所以在?shí)際操作中不能進(jìn)行大幅度的調(diào)整，必須同時(shí)滿足鍋爐燃燒效率高，NOx等有害物質(zhì)少的要求。

3.2 空氣分級(jí)燃燒

這種方法主要是通過(guò)分階段完成燃料的燃燒過(guò)程實(shí)現(xiàn)減少NOx排放的目的的。首先，第一階段將供給燃燒的空氣量降低到總?cè)紵諝饬康?0～75%左右，實(shí)現(xiàn)燃料的缺氧富燃料燃燒條件，能夠減少燃燒速度以及燃燒溫度，延遲了燃燒過(guò)程，減少了NOx的生成。第二階段，將完全燃燒所需要的剩余空氣送入，將其充分混合完成全部燃燒過(guò)程，能夠彌補(bǔ)低過(guò)量空氣燃燒的缺點(diǎn)，但需要正確掌握并運(yùn)用空氣分析燃燒過(guò)程，并對(duì)鍋爐進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)空氣分?jǐn)?shù)燃燒法。

3.3 燃料分級(jí)燃燒

燃燒中生產(chǎn)的NO與CHi、CO、H2、C以及CnHm會(huì)發(fā)生還原反映生成氮?dú)?、二氧化碳、一氧化碳和水。利用這一原理，可以將含氮類(lèi)有機(jī)廢氣分為三級(jí)燃燒區(qū)。第一級(jí)燃燒區(qū)中，送入80～85%的燃料，通過(guò)燃燒生成NOx。剩下的15～20%的含氮類(lèi)有機(jī)廢氣送入第二級(jí)燃燒區(qū)，同時(shí)將第一級(jí)燃燒區(qū)產(chǎn)生的NOx還原為氮分子，進(jìn)一步降低NOx的排放濃度。此時(shí)通過(guò)“火上風(fēng)”噴口形成第三級(jí)燃燒去，將之前生成的未完全燃燒產(chǎn)物燃燒完。此種方法能夠有效降低NOx的排放，實(shí)現(xiàn)含氮類(lèi)有機(jī)廢氣的充分燃燒。

3.4 含氮類(lèi)有機(jī)廢氣再循環(huán)

在空氣預(yù)熱前，抽取一部分含氮類(lèi)有機(jī)廢氣直接送入鍋爐中，降低燃燒溫度和氧氣的濃度，能夠減少NOx的排放。通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明這種方法能夠使煤粉爐中的NOx排放量減少25%左右，NOx含量的降低伴隨再循環(huán)效率的增大而變大，同時(shí)燃燒的溫度也與NOx的減排有關(guān)。這種方法需要加裝再循環(huán)風(fēng)機(jī)、煙道，容易受到場(chǎng)地和資金的限制。此方法可以單獨(dú)用于一臺(tái)鍋爐，也可以和其他NOx減排的方法配合一起使用，減少主燃燒器中的空氣含量，實(shí)現(xiàn)含氮類(lèi)有機(jī)廢氣中NOx和VOCs排放量的降低。

3.5 低含氮類(lèi)有機(jī)廢氣燃燒器

燃燒器的性能對(duì)降低含氮類(lèi)有機(jī)廢氣NOx和VOCs排放量起主要作用。一般情況下，NOx的生成階段通常在著火階段，通過(guò)特殊的設(shè)計(jì)可以改變?nèi)紵髦杏袡C(jī)廢氣和空氣的比例，實(shí)現(xiàn)空氣分級(jí)、燃料分級(jí)以及含氮有機(jī)廢氣再循環(huán)等方式，盡可能降低NOx的生成，實(shí)現(xiàn)低NOx和低VOCs排放。目前，各國(guó)鍋爐公司為了滿足低NOx排放量已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了不同類(lèi)型的低NOx燃燒器，能夠減少30～60%的NOx排放量，從而構(gòu)成一個(gè)較低的NOx燃燒系統(tǒng)，減少尾氣中的NOx和VOCs的濃度。

3.6 層燃爐降低NOx排放

目前，我國(guó)使用最廣泛的層燃爐就是鏈條爐，這種鍋爐燃燒的過(guò)程較為類(lèi)似空氣分級(jí)燃燒，比煤粉爐的NOx排放量顯著降低，同時(shí)可以利用使用于煤粉爐的低NOx燃燒技術(shù)來(lái)減少尾氣中的碳氮化合物含量，如采用過(guò)量空氣系數(shù)能夠減少20%的NOx排放；使用含氮類(lèi)有機(jī)廢氣再循環(huán)的方式也能夠降低20%的NOx濃度；使用燃料分級(jí)燃燒則可以將NOx的含量減少一半。

3.7 農(nóng)業(yè)廢物與煤共燃

農(nóng)業(yè)廢物中的大量揮發(fā)酚，能夠在低溫條件下迅速析出，并直接爭(zhēng)奪氧氣進(jìn)行燃燒，可以實(shí)現(xiàn)低氧氣濃度，便于C和CO等還原性物質(zhì)將NOx還原為氮?dú)?，減少NOx的生成。此外，農(nóng)業(yè)廢物中本身只含有較少的N元素，減少了NOx的生成濃度。農(nóng)業(yè)廢物燃燒后生成的NH3能夠與煤所產(chǎn)生的HCN反應(yīng)，將NO還原為氮?dú)?，進(jìn)一步降低了NOx含量，實(shí)現(xiàn)了NOx的低水平排放，方法簡(jiǎn)單易行。但使用不同的農(nóng)業(yè)廢物降低NOx的程度不同，這與農(nóng)業(yè)廢物含氧量和燃燒方式都有一定的關(guān)系。

結(jié)語(yǔ)

在我國(guó)，煤的燃燒造成了嚴(yán)重的空氣污染，尤其是燃煤煙氣中的氮氧化物。本文以含氮類(lèi)有機(jī)廢氣的焚燒治理方法為主要研究對(duì)象，通過(guò)焚燒治理技術(shù)的闡述分析了含氮類(lèi)有機(jī)廢氣的焚燒治理方法，建議可以通過(guò)低過(guò)量空氣燃燒、空氣分級(jí)燃燒、燃料分級(jí)燃燒以及含氮類(lèi)有機(jī)廢氣再循環(huán)的方式，使用低含氮類(lèi)有機(jī)廢氣燃燒器和層燃爐燃燒，構(gòu)成一個(gè)較低的NOx燃燒系統(tǒng)，避免或者減少焚燒過(guò)程產(chǎn)生氮氧化物。

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