工業(yè)廢氣的凈化處理方法：燃燒凈化法

　　燃燒凈化法是利用工業(yè)廢氣中污染物可以燃燒氧化的特性，將其燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害物質(zhì)的方法。該法的主要化學(xué)反應(yīng)是燃燒氧化，少數(shù)是熱反應(yīng)。用燃燒法處理工業(yè)廢氣的方法有如下幾種。

　　1.不需要輔助燃料，但需補(bǔ)充空氣才可維持燃燒的廢氣或塵霧

　　這種廢氣中可燃物成分超過爆炸上限，除非與空氣混合，這種物質(zhì)是非爆炸性的。采用這種系統(tǒng)，廢氣無回火之憂，即火焰不會通過廢氣管線往回傳播。

　　廢氣的燃燒需要充足的氧氣，才能保證燃燒反應(yīng)不斷地、充分地進(jìn)行下去。因此為保證這類廢氣良好燃燒，充足的氧及與氧的良好混合是重要的，一般混合氣中的含氧量應(yīng)不低于15％。沒有充分燃燒的廢氣會產(chǎn)生—氧化碳或濃煙(未燃或未燃盡的碳粒)。

　　2 .既不需補(bǔ)充燃料又不需提供空氣便可維持燃燒的廢氣

　　這種廢氣處于可燃范圍之內(nèi)，易燃易爆，因而是極其危險的，火焰能從著火點(diǎn)通過輸送廢氣的管道回火。因而，處理這類廢氣，必須采取安全措施，防止回火。

　　由于上述兩種方法均無需輔助燃料，因而又稱為直接燃燒。

　　3. 不加輔助燃料就不能維持燃燒的工業(yè)廢氣或塵霧

　　這種廢氣中往往含有燃燒所需的足夠的空氣。這類廢氣通常被稀釋到爆炸下限的25％以下后進(jìn)行焚燒。此類燃燒又稱“熱力燃燒”。

　　4 .讓廢氣通過催化劑床層，使廢氣中可燃物發(fā)生氧化放熱反應(yīng)

　　這種采用催化劑使廢氣中可燃物在較低溫度下氧化分解的方法叫催化燃燒法。它所需要的輔助燃料僅為熱力燃燒的40％～60％。

　　1 .直接燃燒

　　直接燃燒又稱直接火焰燃燒，是用可燃有害廢氣當(dāng)作燃料來燃燒的方法。顯然，能采用直接燃燒法來處理的廢氣應(yīng)當(dāng)是可燃組分含量較高，或燃燒氧化放出熱量較高，能維持持續(xù)燃燒的氣體混合物，上述第1、2種屬于這種情況。

　　直接燃燒的設(shè)備可以是一般的爐、窯，也常采用火炬。例如煉油廠氧化瀝青生產(chǎn)的廢氣經(jīng)冷卻后，可送入生產(chǎn)用加熱爐直接燃燒凈化，并回收熱量．又如溶劑廠的甲醛尾氣經(jīng)吸收處理后，仍含有甲醛0.75g·m－3，氫17％一18％，甲烷0.04％，也可送入鍋爐直接燃燒。直接燃燒通常在1100℃以上進(jìn)行，燃燒完全的產(chǎn)物應(yīng)是二氧化碳、氮和水蒸氣等。

　　火炬是一種敞開式的直接燃燒器，它適用于只需補(bǔ)充空氣、無需補(bǔ)充燃料的第一種工業(yè)廢氣。

　　火炬常常高出地面幾十公尺．由工廠各處排出的可燃廢氣匯于主管，經(jīng)分離器、阻火水封槽及其他阻火器后導(dǎo)入火炬頂部燃燒排放，頂部設(shè)有氣體分布裝置、火焰穩(wěn)定裝置以及采用普通燃料并借電火花點(diǎn)火的點(diǎn)火器，便于火炬頂部安全、穩(wěn)定、可靠地燃燒。

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　　高空火炬燃燒所需空氣來自大氣。在可燃烴類排入大氣的同時，依靠大氣湍流進(jìn)行可燃物與空氣的混合，因而混合往往不良，尤其是在刮大風(fēng)或廢氣中碳含量很高(C／H>33％)時，燃燒不完全，出現(xiàn)濃煙，需向火炬中噴入水蒸氣，以消除或減少黑煙。水蒸氣的作用之一是阻止長鏈烴形成、抑制烴聚合(對不飽和烴的作用尤其顯著)，其次它能增加擾動，促進(jìn)混合，有利用燃燒完全。水蒸氣的需要量可如下計算:

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　　式中，ms—所需蒸汽質(zhì)量；mf—被燃燒燃料質(zhì)量；mun—在mf燃料中的不飽和烴質(zhì)量。

　　火炬燃燒法的優(yōu)點(diǎn)是安全，很少要從外部向系統(tǒng)供給能量，成本低，結(jié)構(gòu)簡單，但它的最大缺點(diǎn)是資源不能回收，且往往由于燃燒不全造成大量污染物排向大氣，因而各煉油廠、石油化工廠提出要消滅火炬，設(shè)法將火炬氣用于生產(chǎn)，以回收熱值或返回生產(chǎn)系統(tǒng)作原料，只在廢氣流量過大、影響生產(chǎn)平衡時，自動控制排入火炬燃燒排空。

　　廢氣中可燃物含量在爆炸范圍內(nèi)的氣體的直接燃燒，安全問題是至關(guān)重要的。常采用空氣或惰性氣體將可燃物含量稀釋到爆炸下限以下，但矛盾的是，又需要供應(yīng)輔助燃料。

　　比較好的方法是用蒸汽噴射泵將廢氣引入焚燒爐，蒸汽噴射泵既可以幫助廢氣克服管道阻力，又可在點(diǎn)火燃燒處和廢氣發(fā)生源之間起阻火作用。在有些情況下，可以采用阻火水封槽，廢氣由管道進(jìn)入裝有一定高度水的密封槽，鼓泡向上穿過水層進(jìn)入上部蒸汽空間，再由引出管送至燃燒爐，水層可以起防止回火的阻火作用。但當(dāng)水封槽上部蒸汽具有足夠的容積時，爆炸也可能在此發(fā)生，或者在水封槽內(nèi)燃燒，放出足以將水蒸發(fā)的熱量。

　　另外，可在廢氣輸送管路上安裝各種形式的阻火器，它們通常由篩．網(wǎng)、孔板等串聯(lián)而成，萬一發(fā)生回火時，它們能起到阻斷火焰的作用。但它的阻火能力取決于廢氣通過阻火器的速度，若這種速度高于火焰?zhèn)鞑ニ俣?，則起阻火作用，否則，火焰就會回至廢氣源，因而設(shè)計阻火器時，必須充分了解火焰?zhèn)鞑ニ俣?。但火焰?zhèn)鞑ニ俣纫驐l件(溫度、重度等)不同而有不同，所以阻火器有時不能起很好的阻火作用。

　　可見，防止回火的阻火手段有很多，但總有一些不足之處，實(shí)際應(yīng)用時，常常是幾種方法一起用，起二次保護(hù)作用。

　　2 .熱力燃燒

　　經(jīng)常碰到的、采用燃燒法處理的工業(yè)廢氣，通常是可燃物含量低、不能維持燃燒的第三種氣體，用熱力燃燒法處理。

　　在熱力燃燒中，被處理的廢氣不是直接燃燒的燃料，而是作為助燃?xì)怏w(在廢氣含氧足夠多時)或燃燒對象(廢氣含氧很低時)。熱力燃燒主要依靠輔助燃料燃燒產(chǎn)生的熱力，提高廢氣的溫度，使廢氣中烴及其他污染物迅速氧化，轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害的二氧化碳和水蒸氣(圖22.16)。

　　熱力燃燒爐由兩部分構(gòu)成，一是燃燒器，燃燒輔助燃料以產(chǎn)生高溫燃?xì)猓憾侨紵?，高溫燃?xì)馀c冷廢氣在此充分混合以達(dá)到反應(yīng)溫度，并提供足夠的停留時間氧化轉(zhuǎn)化廢氣中烴類等污染物。顯然，要達(dá)到理想的凈化效果，“三T”條件：反應(yīng)溫度(Temperature)、停留時間(Time)，湍流(Turbulence)混合是重要的。

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　　燃燒爐內(nèi)總停留時間及燃燒室體積可按下式估算：

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　　式中， —燃燒爐內(nèi)總停留時間，s；VR—燃燒室體積，m3；Q標(biāo)—廢氣與高溫燃?xì)庠跇?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（293K，1.013×1.5Pa）下的體積流量，m3?h-1；T—燃燒室反應(yīng)溫度，即銷毀溫度，K；

　　總停留時間包括冷的旁通廢氣與高溫燃?xì)饩鶆蚧旌?、均勻升溫、進(jìn)行氧化反應(yīng)和銷毀的全部時間，其中很大部分時間用于廢氣升溫。

　　表22.2列出了部分廢氣熱力燃燒溫度及停留時間。一般在工程設(shè)計時，可取760℃與0.5s，有霧滴與黑煙的燃燒凈化需提高溫度、增加停留時間。

　　表1廢氣燃燒凈化所需的溫度、時間條件

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