[科普中国]-有机废气燃烧处理

释义

燃烧净化法是利用某些废气中污染物可以燃烧氧化的特性，将其燃烧转变为无害或易于进一步处理和回收物质的方法。该法的主要化学反应是燃烧氧化，少数是热分解。石油炼制厂、石油化工厂产生的大量碳氢化合物废气和其他危险有害的气体；溶剂工业、漆包线、绝缘材料、油漆烘烤等生产过程产生的大量溶剂蒸气；咖啡烘烤、肉食烟熏、搪瓷焙烧等过程产生的有机气溶胶和烟道中未烧尽的碳质微粒以及所有的恶臭物质，如硫醇、氰化物气体、硫化氢等，都可用燃烧法处理。该法工艺简单，操作方便，可回收热能。但处理低浓度废气时，需加入辅助燃料或预热。2

方法燃烧净化发生的化学作用是燃烧氧化作用和高温下的分解作用。因此，燃烧法只适用于净化可燃的或高温下分解的物质，有机废气一般都具有可燃性，适合燃烧处理。燃烧法具有工艺简单，操作方便，净化效率高，可回收热能等优点，但在可燃组分含量较低时，需预热耗能。有机废气的燃烧工艺主要有直接燃烧、热力燃烧、催化燃烧以及蓄热燃烧。

直接燃烧法直接燃烧亦称直接火焰燃烧，它是把废气中可燃有害组分当作燃料直接燃烧。因此，该方法只适用于净化含可燃有害组分浓度较高的废气，或者用于净化有害组分燃烧时热值较高的废气，因为只有燃烧时放出的热量能够补偿向环境中散失的热量时，才能保持燃烧区的温度，维持燃烧的持续。直接燃烧的设备包括一般的燃烧炉、窑，或通过某种装置将废气导入锅炉作为燃料气进行燃烧。直接燃烧的温度一般在1 100℃左右，燃烧的最终产物为CO2、H20和NOx。直接燃烧法不适于处理低浓度废气。

石油炼制厂或石油化工厂所产生的有机废气通常排放到火炬燃烧器直接燃烧，不仅浪费资源，而且造成大气污染，近年来已较少使用。

热力燃烧法热力燃烧法是在废气中VOCs浓度较低时添加燃料以帮助其燃烧的方法。在热力燃烧中，被净化的废气不是作为燃料，而是作为提供氧气的辅燃气体；当废气中氧的含量较低时，需要加入空气来辅燃。热力燃烧所需的温度较直接燃烧低，大约为540～820℃。本法工艺简单、投资小，适用于高浓度、小风量的废气，但对安全技术、操作要求较高。

热力燃烧的过程可分为三个步骤：①辅助燃料燃烧，提供热量；②废气与高温燃气混合，达到反应温度；③在反应温度下，保持废气有足够的停留时间，使废气中可燃的有害组分氧化分解，达到净化排气的目的。

热力燃烧可以在专用的燃烧装置中进行，也可以在普通的燃烧炉中进行。进行热力燃烧的专用装置称为热力燃烧炉，其结构应满足热力燃烧时的条件要求，即应保证获得760℃以上的温度和0.55s左右的接触时间。热力燃烧炉的主体结构包括两部分：①燃烧器，其作用是使辅助燃料燃烧生成高温燃气；②燃烧室，其作用是使高温燃气与旁通废气湍流混合达到反应温度，并使废气在其中的停留时间达到要求。3

催化燃烧法催化燃烧法是在系统中使用合适的催化剂，使废气中的有机物在较低温度(200～400℃)下完全氧化分解的方法。该法的优点是催化燃烧为无火焰燃烧，安全性好，要求的燃烧温度低(大部分烃类和CO在300～450℃之间即可完成反应)，辅助燃料费用低，对可燃组分浓度和热值限制较少，二次污染物NOx生成量少，燃烧设备的体积较小，VOCs去除率高。缺点是催化剂的价格较贵，且要求废气中不含有使催化剂中毒的成分。

有机废气中的有毒物或恶臭物质，几乎都能用催化燃烧法处理。催化燃烧法与直接燃烧法相比，优点是催化燃烧需要的适宜温度较直接燃烧法低，一般控制预热温度在250~300℃之间，借助于热交换器回收热量，可使过程的热量自给或只需较少的补充。当废气中有机物含量较高时，例如，油漆、涂料干燥中挥发出大量有机溶剂，经催化燃烧后排出的热气体，可被用来进行干燥作业。这样，不仅消除了污染，回收了热能，还由于热风的循环强化了干燥过程的对流传热与传质作用，因而大大改善了油漆或涂料的干燥过程。 ‘

催化燃烧有机废气的催化剂有三类：贵金属催化剂（钯、铂）；过渡金属氧化物催化剂（铜、铬、锰、钴、镍等的氧化物）；稀土金属氧化物催化剂。在催化燃烧的操作中，为保护催化剂，在废气温度未达起燃温度前，不应加入催化剂。在操作结束时，催化剂降温前，最好用新鲜空气吹扫，以便清除吸附在活性中心的残留物，延长催化剂的使用寿命。当发现催化剂表面积炭、活性下降时，可吹进新鲜空气，适当提高燃烧温度，烧去积炭。4

定律影响蓄热燃烧法和蓄热式催化氧化法蓄热式燃烧法和蓄热式催化氧化法采用热量回收系统，回收燃烧后高温气体的热量用于预热进入系统的废气。蓄热式燃烧的装置为蓄热式氧化器(Regenerative ThermalOxidizer，RTO)，是在热氧化装置中加入蓄热式热交换器，预热VOCs废气，再进行氧化反应。RTO装置可分为阀门切换式和旋转式。阀门切换式RTO是最常见的，其由两个或多个陶瓷填充床，通过阀门的切换，改变气流的方向，从而达到预热VOCs废气的目的。

蓄热式氧化器有两个陶瓷填充床热回收室，每个热回收室有两个自动控制阀门，分别与进气总管和排气总管相连。VOCs废气交替进入蓄热式氧化器的左右两部分，当废气从右侧进入时，左侧热回收室用燃烧尾气加热填料，蓄存热量；切换进气方向后再用蓄存的热量来预热废气。两个热回收室按预先设定的时间间隔切换蓄热和供热。相对于其他燃烧工艺，蓄热式燃烧法和蓄热式催化氧化法有较高的热回收效率，一般可达85%以上。

近年来，国外又研制开发出旋转式RTO。该装置由一个燃烧室、一个分成几瓣的圆柱形独立区域陶瓷蓄热床和一个旋转式转向器组成。通过旋转式转向器的旋转，就可改变陶瓷蓄热床不同区域的气流方向，从而连续地预热VOCs废气，在燃烧室氧化燃烧后就可去除VOCs。间壁式热交换器是热氧化器的第一代热回收系统，其热回收率最高可达85%，在1980年之前间壁式热交换器是最先进的热回收系统。随着蓄热材料的发展，目前蓄热式热交换器的热回收率已能达到95%以上，而且占用空间越来越小。这样辅助燃料的消耗很少，甚至不用辅助燃料，且当VOCs的浓度达到一定值以上时，还可从RTO输出热量。同时，由于目前的蓄热材料都选用陶瓷填料，所以可处理腐蚀性或含有颗粒物的VOCs废气。