第六章4(有害气体的燃烧净化)

1、l用燃烧方法来销毁有害气体、蒸气或烟用燃烧方法来销毁有害气体、蒸气或烟尘，使之变成无害物质，叫做燃烧净化。尘，使之变成无害物质，叫做燃烧净化。l燃烧净化的方法仅能用于销毁那些可燃燃烧净化的方法仅能用于销毁那些可燃的或在高温下能分解的有害气体和烟尘。的或在高温下能分解的有害气体和烟尘。 l火焰传播的理论分为两大类。火焰传播的理论分为两大类。l1热传播理论热传播理论l这类理论认为：火焰传播是依靠燃烧时所这类理论认为：火焰传播是依靠燃烧时所放出的热量加热周围的气体，使其达到燃烧所放出的热量加热周围的气体，使其达到燃烧所需要的温度而实现的。需要的温度而实现的。l因此，能否实现火焰传播主要与三个方面因此

2、，能否实现火焰传播主要与三个方面的因素有关：的因素有关：l混合气体中的含氧量；混合气体中的含氧量；l混合气体中含有可燃组分的浓度；混合气体中含有可燃组分的浓度；l辅助燃料燃烧过程中所放出的热量。辅助燃料燃烧过程中所放出的热量。 l2自由基连锁反应理论自由基连锁反应理论l该种理论认为：在燃烧室中，火焰之所以该种理论认为：在燃烧室中，火焰之所以能够进行很快的氧化反应，就是因为火焰中存能够进行很快的氧化反应，就是因为火焰中存在着大量活性很大的自由基。由于自由基是具在着大量活性很大的自由基。由于自由基是具有不饱和价的自由原子或原子团，极易同其他有不饱和价的自由原子或原子团，极易同其他的原子或自由基发生

3、连续的连锁反应，而使得的原子或自由基发生连续的连锁反应，而使得火焰得以传播。火焰得以传播。l由于火焰的存在，使得自由基大量产生，所产由于火焰的存在，使得自由基大量产生，所产生的自由基加速了废气中可燃组分的销毁速度。生的自由基加速了废气中可燃组分的销毁速度。在这些自由基中，在这些自由基中， 是是 一个很重要的自由基，一个很重要的自由基，它主要靠水分在火焰中解离而产生。它主要靠水分在火焰中解离而产生。 HOl大多数可燃气体在超过大多数可燃气体在超过500便开始燃烧，在便开始燃烧，在600-800下燃烧迅速增快，甚至在下燃烧迅速增快，甚至在0.1秒以内即可接近完秒以内即可接近完全燃烧。全燃烧。l当可

4、燃性气体浓度高于爆炸下限时，燃烧放热可使燃当可燃性气体浓度高于爆炸下限时，燃烧放热可使燃烧温度达烧温度达1100以上，因此，这样的气体可用明火点以上，因此，这样的气体可用明火点燃。这类燃烧即称为燃。这类燃烧即称为直接燃烧直接燃烧。l作业环境空气或工业生产废气中可燃成分的浓度一般作业环境空气或工业生产废气中可燃成分的浓度一般低于爆炸下限，燃烧放热达不到低于爆炸下限，燃烧放热达不到600，因此，不能用，因此，不能用明火点燃，须将废气预热到明火点燃，须将废气预热到600以上，才可进行燃烧以上，才可进行燃烧反应。这类燃烧称为反应。这类燃烧称为热力燃烧热力燃烧。l如果废气中可燃成分浓度低于爆炸下限，但在

5、催化剂如果废气中可燃成分浓度低于爆炸下限，但在催化剂参与下，废气预热至参与下，废气预热至200-400下，便能进行燃烧。这下，便能进行燃烧。这类燃烧称为类燃烧称为催化燃烧催化燃烧。燃烧种类直接燃烧热力燃烧催化燃烧燃烧温度热至1100进行氧化反应预热至600-800进行氧化反应预热至200-400进行催化氧化反应燃烧状态在高温下滞留短时间生成明亮火焰在高温下停留一定时间，不生成火焰与催化剂接触，不生成火焰特点不需预热，能回收废气中热能只用于高于爆炸极下限的气体预热耗能较多，燃烧不完全时，产生恶臭，可用于各种气体燃烧预热耗能较少，催化剂较贵，不能用于催化剂中毒的气体三类燃烧的特点三类燃烧的特点 l

6、直接燃烧，直接燃烧，也称直接火焰燃直接燃烧，直接燃烧，也称直接火焰燃烧，是把可燃的有害废气当作燃料直接烧，是把可燃的有害废气当作燃料直接烧掉的办法，只适用于有害废气中可燃烧掉的办法，只适用于有害废气中可燃组分含量高，或燃烧后放出热量组分含量高，或燃烧后放出热量(称为热称为热值值)高的气体，一般情况下要求废气的热高的气体，一般情况下要求废气的热值在值在33472kJm3以上。以上。l直接燃烧的设备，浓度高于爆炸下限直接燃烧的设备，浓度高于爆炸下限的废气可在一般的炉、窑中把可燃废气的废气可在一般的炉、窑中把可燃废气当燃料使用直接燃烧，并回收其热能。当燃料使用直接燃烧，并回收其热能。也可用燃烧器。也

7、可用燃烧器。l敞开式的，特别是垂直位置的直接燃烧敞开式的，特别是垂直位置的直接燃烧器称作器称作“火炬火炬”。火炬很少用于溶剂蒸。火炬很少用于溶剂蒸气，而只用于有很少灰分的废燃料气。气，而只用于有很少灰分的废燃料气。l在石油工业和石油化学工业中，主要是在石油工业和石油化学工业中，主要是“火炬火炬”燃烧。燃烧。l它是将废气连续通人烟筒，而在烟筒末端进行它是将废气连续通人烟筒，而在烟筒末端进行燃烧。气流混合良好和氢碳比在燃烧。气流混合良好和氢碳比在0.3以上有助于以上有助于燃烧彻底。燃烧彻底。l蓝色的火焰以蔚蓝色的天空为衬托显示不出色蓝色的火焰以蔚蓝色的天空为衬托显示不出色彩，说明操作良好；黄橙色的

8、火焰，并拖着一彩，说明操作良好；黄橙色的火焰，并拖着一条黑烟尾巴（碳氢化合物中条黑烟尾巴（碳氢化合物中HC033的，的，较为易燃而无烟。较为易燃而无烟。HC重量比愈低，愈容易重量比愈低，愈容易产生黑烟。），说明操作不良。产生黑烟。），说明操作不良。l若在烟囱顶部喷入蒸气，则有助于消除不完全若在烟囱顶部喷入蒸气，则有助于消除不完全反应的问题。反应的问题。 l其蒸气量为：l式中：ms所需蒸气量（kg) l Mf被燃组分混合物的质量(kg)；l Mu在mf质量燃料中的可燃组分的量。0.14.15sfummml热力燃烧，一般指利用燃烧辅助燃料所产生的火焰提热力燃烧，一般指利用燃烧辅助燃料所产生的火焰提

9、高混合气体的温度，将废气中的可燃组分氧化或销毁。高混合气体的温度，将废气中的可燃组分氧化或销毁。l热力燃烧或热燃烧又称热化学转化，是把可燃有害组热力燃烧或热燃烧又称热化学转化，是把可燃有害组分温度升高到反应温度，使其进行氧化分解的方法。分温度升高到反应温度，使其进行氧化分解的方法。反应温度通常为反应温度通常为540820范围，所以需要使用辅助范围，所以需要使用辅助燃料燃烧供热。热力燃烧使用的设备称为热力燃烧室燃料燃烧供热。热力燃烧使用的设备称为热力燃烧室(炉炉)，也称热反应器等。，也称热反应器等。l这种方法可用于可燃有机质含量较低的废气的净化处这种方法可用于可燃有机质含量较低的废气的净化处理，

10、热值在理，热值在3765675312kJm3的废气都可应用的废气都可应用此法。此法。l燃烧净化的方法可以广泛应用于有机溶燃烧净化的方法可以广泛应用于有机溶剂蒸气及碳氢化合物的净化处理，也可剂蒸气及碳氢化合物的净化处理，也可以用于消除烟的臭味。以用于消除烟的臭味。l上述物质在燃烧氧化过程中被氧化成二上述物质在燃烧氧化过程中被氧化成二氧化碳和水蒸气，同时释放出热量，因氧化碳和水蒸气，同时释放出热量，因此在燃烧净化时根据条件可以回收利用此在燃烧净化时根据条件可以回收利用所产生的燃热量。所产生的燃热量。ll热力燃烧的条件热力燃烧的条件是废气热力燃烧的条件热力燃烧的条件是废气与氧气在反应温度下充分接触一

11、定的时与氧气在反应温度下充分接触一定的时间。这就是在供氧充分的情况下，热力间。这就是在供氧充分的情况下，热力燃烧的燃烧的反应温度、驻留时间、湍流混合反应温度、驻留时间、湍流混合的三个要素，也就是国外所称的温度的三个要素，也就是国外所称的温度(Temperature)、时间、时间(Time)、湍流、湍流(Turbulence)的的“三三T条件条件”。l燃烧炉的总驻留时间可按下式估算：l式中：l燃烧炉的总驻留时间，秒；l燃烧室体积，m3；l废气与高温燃气在标准状态（20oC,1大气压）的体积流量，m3/h；l燃烧室反应温度（即销毁温度），oC。3600297VQ标273t（）VQ标tl“三三T条件

12、条件”具体指出了热力燃烧的必要条件，具体指出了热力燃烧的必要条件，“三三T”条件之间是具有内在联系的，改变其中条件之间是具有内在联系的，改变其中的任何一个条件，其他两项都可以得到相应的的任何一个条件，其他两项都可以得到相应的改变。改变。l如提高反应温度，使得反应速度加快，就可以如提高反应温度，使得反应速度加快，就可以适当地降低驻留时间和湍流强度。然而，在这适当地降低驻留时间和湍流强度。然而，在这“三三T”条件中，延长驻留时间会使设备体积增条件中，延长驻留时间会使设备体积增大；提高反应温度会使辅助燃料的消耗增加。大；提高反应温度会使辅助燃料的消耗增加。l因此，最经济的方法就是改善湍流混合情况，因

13、此，最经济的方法就是改善湍流混合情况，以增大分子接触的机会。这就需要在设计燃烧以增大分子接触的机会。这就需要在设计燃烧室的时候充分注意其内部的结构。室的时候充分注意其内部的结构。l 热力燃烧过程可以分为三个步骤：l(1)首先是辅助燃料用废气（助燃废气）首先是辅助燃料用废气（助燃废气）或空气助燃燃烧，以此或空气助燃燃烧，以此提供热量提供热量；l(2)然后是废气与燃烧产生的高温燃气然后是废气与燃烧产生的高温燃气混混合，以达到反应温度；合，以达到反应温度；l(3)废气在反应温度下，废气在反应温度下，停留一定时间，停留一定时间，使废气中可燃的有害组分进行氧化分解使废气中可燃的有害组分进行氧化分解反应，

14、从而得到净化了的气体。反应，从而得到净化了的气体。废 气 与废 气 与高 温 燃高 温 燃气气混合混合燃料燃料燃烧燃烧废气在高废气在高温（反应温（反应温度）下温度）下驻留足够驻留足够时间时间废气助燃废气助燃（如废气（如废气含氧不足含氧不足16则改则改用空气）用空气）辅助燃料辅助燃料 净化气体净化气体 低浓度有害废气低浓度有害废气热力燃烧流程热力燃烧流程 带能量带能量(热量热量)回收装置的热燃烧炉回收装置的热燃烧炉l热力燃烧炉的主体结构有两部分：热力燃烧炉的主体结构有两部分： l一是燃烧器一是燃烧器，燃烧辅助燃料以产生高温燃气；l二是燃烧室二是燃烧室，使高温燃气与冷废气(旁通废气)湍流混合达到反

15、应温度并保持所需的驻留时间。然后将已销毁过而含有大量热量的废气通过热回收设施，经烟囱排空。l图图73是一配焰燃烧炉。是一配焰燃烧炉。其特点是辅助燃料在配其特点是辅助燃料在配焰燃烧器中形成许多小焰燃烧器中形成许多小火焰，废气分别围绕小火焰，废气分别围绕小火焰进入燃烧空，使废火焰进入燃烧空，使废气与火馅充分接触，因气与火馅充分接触，因此能够迅速均匀混合，此能够迅速均匀混合，以使燃烧完全。以使燃烧完全。l因此可以看出，该种燃因此可以看出，该种燃烧有火焰分散、混合程烧有火焰分散、混合程度高、燃烧净化效率高度高、燃烧净化效率高等特点。但当废气贫氧，等特点。但当废气贫氧，废气中含有易沉积的油废气中含有易沉

16、积的油焦或颗粒物。辅助燃料焦或颗粒物。辅助燃料为油料时，这种系统都为油料时，这种系统都不适用。不适用。图图73 配焰燃烧器系统配焰燃烧器系统l图图74是一个离焰式燃烧系统是一个离焰式燃烧系统装置示意。这种燃烧系统的特装置示意。这种燃烧系统的特点是高温燃气与废气的混合是点是高温燃气与废气的混合是分离开的，而不像配焰系统那分离开的，而不像配焰系统那样将火焰与废气一起分成许多样将火焰与废气一起分成许多小股。所以，就混合效果来讲，小股。所以，就混合效果来讲，不如配焰系统。不如配焰系统。l但是离焰式燃烧器又具有以下但是离焰式燃烧器又具有以下优点：由于火焰较长，不易熄优点：由于火焰较长，不易熄火，辅助燃料

17、既可以使用燃料火，辅助燃料既可以使用燃料油，又可使用燃料气，燃料气油，又可使用燃料气，燃料气与助燃气体的流速可调幅度大，与助燃气体的流速可调幅度大，工作压力范围宽。工作压力范围宽。l 图图74 使用离焰燃烧器的燃烧炉使用离焰燃烧器的燃烧炉l燃烧室燃烧室必须有足够大的容积(VR)，以为各种流速的空气和燃烧产物提供必要的停留时间。l式中：A燃烧室横截面积(m2)；l t停留时间(s)；l Q高温下体积流速(m3/s)；l V气体流速(m/s)。l为使气体充分湍流，气体产物的流速应该达到4.5-7.5m/s。反应室的长度：l燃烧室的L/A一般为2-3。对于小型燃烧室L/A可达到10。RVAVtQtR

18、VLAl l催化燃烧，是利用催化剂使可燃的有害催化燃烧，是利用催化剂使可燃的有害气体在较低温度下进行氧化分解的方法。气体在较低温度下进行氧化分解的方法。l一般来讲，催化燃烧与热力燃烧产生同一般来讲，催化燃烧与热力燃烧产生同样的产物和热量，废气的温升也相同。样的产物和热量，废气的温升也相同。但由于催化燃烧对预热温度要求低，所但由于催化燃烧对预热温度要求低，所以需要的辅助燃料少，设备也小而轻。以需要的辅助燃料少，设备也小而轻。l催化燃烧是典型的气催化燃烧是典型的气-固相催化反应，其实质是活性氧固相催化反应，其实质是活性氧参与的深度氧化作用。在催化燃烧过程中，催化剂参与的深度氧化作用。在催化燃烧过程

19、中，催化剂（催化剂是一种能提高化学反应速率，控制反应方向，（催化剂是一种能提高化学反应速率，控制反应方向，在反应前后本身的化学性质不发生改变的物质。）的在反应前后本身的化学性质不发生改变的物质。）的作用是降低活化能，同时催化剂表面具有吸附作用，作用是降低活化能，同时催化剂表面具有吸附作用，使反应物分子富集于表面提高了反应速率，加快了反使反应物分子富集于表面提高了反应速率，加快了反应的进行。应的进行。l借助催化剂可使有机废气在较低的起燃温度条件下，借助催化剂可使有机废气在较低的起燃温度条件下，发生无焰燃烧，并氧化分解为发生无焰燃烧，并氧化分解为CO2和和H2O，同时放出，同时放出大量热能，从而达到去除废气中的有害物的方法。大量热能，从而达到