第六章 4(有害氣體燃燒凈化)

第七章有害氣體的燃燒凈化用燃燒方法來銷毀有害氣體、蒸氣或煙塵，使之變成無害物質，叫做燃燒凈化。燃燒凈化的方法僅能用于銷毀那些可燃的或在高溫下能分解的有害氣體和煙塵。一、火焰?zhèn)鞑ダ碚?/p>

火焰?zhèn)鞑サ睦碚摲譃閮纱箢悺?/p>

1．熱傳播理論這類理論認為：火焰?zhèn)鞑ナ且揽咳紵龝r所放出的熱量加熱周圍的氣體，使其達到燃燒所需要的溫度而實現的。因此，能否實現火焰?zhèn)鞑ブ饕c三個方面的因素有關：①混合氣體中的含氧量；②混合氣體中含有可燃組分的濃度；③輔助燃料燃燒過程中所放出的熱量。

2．自由基連鎖反應理論該種理論認為：在燃燒室中，火焰之所以能夠進行很快的氧化反應，就是因為火焰中存在著大量活性很大的自由基。由于自由基是具有不飽和價的自由原子或原子團，極易同其他的原子或自由基發(fā)生連續(xù)的連鎖反應，而使得火焰得以傳播。由于火焰的存在，使得自由基大量產生，所產生的自由基加速了廢氣中可燃組分的銷毀速度。在這些自由基中，是一個很重要的自由基，它主要靠水分在火焰中解離而產生。

二、燃燒類型

大多數可燃氣體在超過500℃便開始燃燒，在600-800℃下燃燒迅速增快，甚至在0.1秒以內即可接近完全燃燒。當可燃性氣體濃度高于爆炸下限時，燃燒放熱可使燃燒溫度達1100℃以上，因此，這樣的氣體可用明火點燃。這類燃燒即稱為直接燃燒。作業(yè)環(huán)境空氣或工業(yè)生產廢氣中可燃成分的濃度一般低于爆炸下限，燃燒放熱達不到600℃，因此，不能用明火點燃，須將廢氣預熱到600℃以上，才可進行燃燒反應。這類燃燒稱為熱力燃燒。如果廢氣中可燃成分濃度低于爆炸下限，但在催化劑參與下，廢氣預熱至200-400℃下，便能進行燃燒。這類燃燒稱為催化燃燒。燃燒種類直接燃燒熱力燃燒催化燃燒燃燒溫度熱至1100℃進行氧化反應預熱至600-800℃進行氧化反應預熱至200-400℃進行催化氧化反應燃燒狀態(tài)在高溫下滯留短時間生成明亮火焰在高溫下停留一定時間，不生成火焰與催化劑接觸，不生成火焰特點不需預熱，能回收廢氣中熱能只用于高于爆炸極下限的氣體預熱耗能較多，燃燒不完全時，產生惡臭，可用于各種氣體燃燒預熱耗能較少，催化劑較貴，不能用于催化劑中毒的氣體三類燃燒的特點三、直接燃燒

直接燃燒，直接燃燒，也稱直接火焰燃燒，是把可燃的有害廢氣當作燃料直接燒掉的辦法，只適用于有害廢氣中可燃組分含量高，或燃燒后放出熱量(稱為熱值)高的氣體，一般情況下要求廢氣的熱值在3347．2kJ／m3以上。

直接燃燒的設備，濃度高于爆炸下限的廢氣可在一般的爐、窯中把可燃廢氣當燃料使用直接燃燒，并回收其熱能。也可用燃燒器。敞開式的，特別是垂直位置的直接燃燒器稱作“火炬”?；鹁婧苌儆糜谌軇┱魵?，而只用于有很少灰分的廢燃料氣。在石油工業(yè)和石油化學工業(yè)中，主要是“火炬”燃燒。它是將廢氣連續(xù)通人煙筒，而在煙筒末端進行燃燒。氣流混合良好和氫碳比在0.3以上有助于燃燒徹底。藍色的火焰以蔚藍色的天空為襯托顯示不出色彩，說明操作良好；黃橙色的火焰，并拖著一條黑煙尾巴（碳氫化合物中H／C≥0．33的，較為易燃而無煙。H／C重量比愈低，愈容易產生黑煙。），說明操作不良。若在煙囪頂部噴入蒸氣，則有助于消除不完全反應的問題。其蒸氣量為：式中：ms——所需蒸氣量（kg)Mf——被燃組分混合物的質量(kg)；Mu——在mf質量燃料中的可燃組分的量。四、熱力燃燒

熱力燃燒，一般指利用燃燒輔助燃料所產生的火焰提高混合氣體的溫度，將廢氣中的可燃組分氧化或銷毀。熱力燃燒或熱燃燒又稱熱化學轉化，是把可燃有害組分溫度升高到反應溫度，使其進行氧化分解的方法。反應溫度通常為540～820℃范圍，所以需要使用輔助燃料燃燒供熱。熱力燃燒使用的設備稱為熱力燃燒室(爐)，也稱熱反應器等。這種方法可用于可燃有機質含量較低的廢氣的凈化處理，熱值在37．656～753．12kJ／m3的廢氣都可應用此法。燃燒凈化的方法可以廣泛應用于有機溶劑蒸氣及碳氫化合物的凈化處理，也可以用于消除煙的臭味。上述物質在燃燒氧化過程中被氧化成二氧化碳和水蒸氣，同時釋放出熱量，因此在燃燒凈化時根據條件可以回收利用所產生的燃熱量。（一）熱力燃燒的“三T”條件

熱力燃燒的條件熱力燃燒的條件是廢氣與氧氣在反應溫度下充分接觸一定的時間。這就是在供氧充分的情況下，熱力燃燒的反應溫度、駐留時間、湍流混合的三個要素，也就是國外所稱的溫度(Temperature)、時間(Time)、湍流(Turbulence)的“三T條件”。燃燒爐的總駐留時間可按下式估算：式中：－燃燒爐的總駐留時間，秒；－燃燒室體積，m3；－廢氣與高溫燃氣在標準狀態(tài)（20oC,1大氣壓）的體積流量，m3/h；－燃燒室反應溫度（即銷毀溫度），oC?！叭齌條件”具體指出了熱力燃燒的必要條件，“三T”條件之間是具有內在聯系的，改變其中的任何一個條件，其他兩項都可以得到相應的改變。如提高反應溫度，使得反應速度加快，就可以適當地降低駐留時間和湍流強度。然而，在這“三T”條件中，延長駐留時間會使設備體積增大；提高反應溫度會使輔助燃料的消耗增加。因此，最經濟的方法就是改善湍流混合情況，以增大分子接觸的機會。這就需要在設計燃燒室的時候充分注意其內部的結構。（二）熱力燃燒機理

熱力燃燒過程可以分為三個步驟：(1)首先是輔助燃料用廢氣（助燃廢氣）或空氣助燃燃燒，以此提供熱量；(2)然后是廢氣與燃燒產生的高溫燃氣混合，以達到反應溫度；(3)廢氣在反應溫度下，停留一定時間，使廢氣中可燃的有害組分進行氧化分解反應，從而得到凈化了的氣體。廢氣與高溫燃氣混合燃料燃燒廢氣在高溫（反應溫度）下駐留足夠時間廢氣助燃（如廢氣含氧不足16％則改用空氣）輔助燃料

凈化氣體

低濃度有害廢氣熱力燃燒流程

帶能量(熱量)回收裝置的熱燃燒爐（三）熱力燃燒爐的結構熱力燃燒爐的主體結構有兩部分：

一是燃燒器，燃燒輔助燃料以產生高溫燃氣；二是燃燒室，使高溫燃氣與冷廢氣(旁通廢氣)湍流混合達到反應溫度并保持所需的駐留時間。然后將已銷毀過而含有大量熱量的廢氣通過熱回收設施，經煙囪排空。

配焰式燃燒系統

圖7—3是一配焰燃燒爐。其特點是輔助燃料在配焰燃燒器中形成許多小火焰，廢氣分別圍繞小火焰進入燃燒空，使廢氣與火餡充分接觸，因此能夠迅速均勻混合，以使燃燒完全。因此可以看出，該種燃燒有火焰分散、混合程度高、燃燒凈化效率高等特點。但當廢氣貧氧，廢氣中含有易沉積的油焦或顆粒物。輔助燃料為油料時，這種系統都不適用。圖7－3配焰燃燒器系統離焰式燃燒系統圖7—4是一個離焰式燃燒系統裝置示意。這種燃燒系統的特點是高溫燃氣與廢氣的混合是分離開的，而不像配焰系統那樣將火焰與廢氣一起分成許多小股。所以，就混合效果來講，不如配焰系統。但是離焰式燃燒器又具有以下優(yōu)點：由于火焰較長，不易熄火，輔助燃料既可以使用燃料油，又可使用燃料氣，燃料氣與助燃氣體的流速可調幅度大，工作壓力范圍寬。

圖7－4使用離焰燃燒器的燃燒爐燃燒室必須有足夠大的容積(VR)，以為各種流速的空氣和燃燒產物提供必要的停留時間。式中：A——燃燒室橫截面積(m2)；

t——停留時間(s)；

Q——高溫下體積流速(m3/s)；

V——氣體流速(m/s)。為使氣體充分湍流，氣體產物的流速應該達到4.5-7.5m/s。反應室的長度：燃燒室的L/A一般為2-3。對于小型燃燒室L/A可達到10。五、催化燃燒

催化燃燒，是利用催化劑使可燃的有害氣體在較低溫度下進行氧化分解的方法。一般來講，催化燃燒與熱力燃燒產生同樣的產物和熱量，廢氣的溫升也相同。但由于催化燃燒對預熱溫度要求低，所以需要的輔助燃料少，設備也小而輕。催化燃燒工作原理及工藝流程

催化燃燒是典型的氣-固相催化反應，其實質是活性氧參與的深度氧化作用。在催化燃燒過程中，催化劑（催化劑是一種能提高化學反應速率，控制反應方向，在反應前后本身的化學性質不發(fā)生改變的物質。）的作用是降低活化能，同時催化劑表面具有吸附作用，使反應物分子富集于表面提高了反應速率，加快了反應的進行。借助催化劑可使有機廢氣在較低的起燃溫度條件下，發(fā)生無焰燃燒，并氧化分解為CO2和H2O，同時放出大量熱能，從而達到去除廢氣中的有害物的方法。其反應過程為：催化燃燒的工藝組成不同的排放場合和不同的廢氣，有不同的工藝流程。但不論采取哪種工藝流程，都由如下工藝單元組成。

①廢氣預處理

②預熱裝置

③催化燃燒裝置

工藝流程示意圖催化劑的裝載體積（VR），一般用經驗計算法按下列公式求得：式中：Q――所處理的廢氣量(m3/s)；Vsp――空間速度，是指單位時間通過單位體積催化劑的廢氣量(m