有機廢氣燃燒處理

燃燒法是通過熱氧化作用將廢氣中的可燃有害成分轉化為無害物或易於進一步處理和回收的物質的方法。如石油工業碳氫化合物廢氣及其它有害氣體、溶劑工業廢氣、城市廢棄焚燒處理產生的有機廢氣，以及幾乎所有惡臭物質（硫醇、H2S）等，都可用燃燒法處理。

基本介紹

• 中文名：有機廢氣燃燒處理
• 外文名：Organic waste gas combustion treatment
• 套用學科：環境工程
• 適用領域範圍：大氣污染控制
• 套用：有機廢氣
• 性質：技術

釋義

燃燒淨化法是利用某些廢氣中污染物可以燃燒氧化的特性，將其燃燒轉變為無害或易於進一步處理和回收物質的方法。該法的主要化學反應是燃燒氧化，少數是熱分解。石油煉製廠、石油化工廠產生的大量碳氫化合物廢氣和其他危險有害的氣體；溶劑工業、漆包線、絕緣材料、油漆烘烤等生產過程產生的大量溶劑蒸氣；咖啡烘烤、肉食煙燻、搪瓷焙燒等過程產生的有機氣溶膠和煙道中未燒盡的碳質微粒以及所有的惡臭物質，如硫醇、氰化物氣體、硫化氫等，都可用燃燒法處理。該法工藝簡單，操作方便，可回收熱能。但處理低濃度廢氣時，需加入輔助燃料或預熱。

方法

燃燒淨化發生的化學作用是燃燒氧化作用和高溫下的分解作用。因此，燃燒法只適用於淨化可燃的或高溫下分解的物質，有機廢氣一般都具有可燃性，適合燃燒處理。燃燒法具有工藝簡單，操作方便，淨化效率高，可回收熱能等優點，但在可燃組分含量較低時，需預熱耗能。有機廢氣的燃燒工藝主要有直接燃燒、熱力燃燒、催化燃燒以及蓄熱燃燒。

直接燃燒法

直接燃燒亦稱直接火焰燃燒，它是把廢氣中可燃有害組分當作燃料直接燃燒。因此，該方法只適用於淨化含可燃有害組分濃度較高的廢氣，或者用於淨化有害組分燃燒時熱值較高的廢氣，因為只有燃燒時放出的熱量能夠補償向環境中散失的熱量時，才能保持燃燒區的溫度，維持燃燒的持續。直接燃燒的設備包括一般的燃燒爐、窯，或通過某種裝置將廢氣導入鍋爐作為燃料氣進行燃燒。直接燃燒的溫度一般在1 100℃左右，燃燒的最終產物為CO₂、H₂0和NO_x。直接燃燒法不適於處理低濃度廢氣。

石油煉製廠或石油化工廠所產生的有機廢氣通常排放到火炬燃燒器直接燃燒，不僅浪費資源，而且造成大氣污染，近年來已較少使用。

熱力燃燒法

熱力燃燒法是在廢氣中VOCs濃度較低時添加燃料以幫助其燃燒的方法。在熱力燃燒中，被淨化的廢氣不是作為燃料，而是作為提供氧氣的輔燃氣體；當廢氣中氧的含量較低時，需要加入空氣來輔燃。熱力燃燒所需的溫度較直接燃燒低，大約為540～820℃。本法工藝簡單、投資小，適用於高濃度、小風量的廢氣，但對安全技術、操作要求較高。

熱力燃燒的過程可分為三個步驟：①輔助燃料燃燒，提供熱量；②廢氣與高溫燃氣混合，達到反應溫度；③在反應溫度下，保持廢氣有足夠的停留時間，使廢氣中可燃的有害組分氧化分解，達到淨化排氣的目的。

熱力燃燒可以在專用的燃燒裝置中進行，也可以在普通的燃燒爐中進行。進行熱力燃燒的專用裝置稱為熱力燃燒爐，其結構應滿足熱力燃燒時的條件要求，即應保證獲得760℃以上的溫度和0.55s左右的接觸時間。熱力燃燒爐的主體結構包括兩部分：①燃燒器，其作用是使輔助燃料燃燒生成高溫燃氣；②燃燒室，其作用是使高溫燃氣與旁通廢氣湍流混合達到反應溫度，並使廢氣在其中的停留時間達到要求。

催化燃燒法

催化燃燒法是在系統中使用合適的催化劑，使廢氣中的有機物在較低溫度(200～400℃)下完全氧化分解的方法。該法的優點是催化燃燒為無火焰燃燒，安全性好，要求的燃燒溫度低(大部分烴類和CO在300～450℃之間即可完成反應)，輔助燃料費用低，對可燃組分濃度和熱值限制較少，二次污染物NO_x生成量少，燃燒設備的體積較小，VOCs去除率高。缺點是催化劑的價格較貴，且要求廢氣中不含有使催化劑中毒的成分。

有機廢氣中的有毒物或惡臭物質，幾乎都能用催化燃燒法處理。催化燃燒法與直接燃燒法相比，優點是催化燃燒需要的適宜溫度較直接燃燒法低，一般控制預熱溫度在250~300℃之間，藉助於熱交換器回收熱量，可使過程的熱量自給或只需較少的補充。當廢氣中有機物含量較高時，例如，油漆、塗料乾燥中揮發出大量有機溶劑，經催化燃燒後排出的熱氣體，可被用來進行乾燥作業。這樣，不僅消除了污染，回收了熱能，還由於熱風的循環強化了乾燥過程的對流傳熱與傳質作用，因而大大改善了油漆或塗料的乾燥過程。 ‘

催化燃燒有機廢氣的催化劑有三類：貴金屬催化劑（鈀、鉑）；過渡金屬氧化物催化劑（銅、鉻、錳、鈷、鎳等的氧化物）；稀土金屬氧化物催化劑。在催化燃燒的操作中，為保護催化劑，在廢氣溫度未達起燃溫度前，不應加入催化劑。在操作結束時，催化劑降溫前，最好用新鮮空氣吹掃，以便清除吸附在活性中心的殘留物，延長催化劑的使用壽命。當發現催化劑表面積炭、活性下降時，可吹進新鮮空氣，適當提高燃燒溫度，燒去積炭。

定律影響蓄熱燃燒法和蓄熱式催化氧化法

蓄熱式燃燒法和蓄熱式催化氧化法採用熱量回收系統，回收燃燒後高溫氣體的熱量用於預熱進入系統的廢氣。蓄熱式燃燒的裝置為蓄熱式氧化器(Regenerative ThermalOxidizer，RTO)，是在熱氧化裝置中加入蓄熱式熱交換器，預熱VOCs廢氣，再進行氧化反應。RTO裝置可分為閥門切換式和旋轉式。閥門切換式RTO是最常見的，其由兩個或多個陶瓷填充床，通過閥門的切換，改變氣流的方向，從而達到預熱VOCs廢氣的目的。

蓄熱式氧化器有兩個陶瓷填充床熱回收室，每個熱回收室有兩個自動控制閥門，分別與進氣總管和排氣總管相連。VOCs廢氣交替進入蓄熱式氧化器的左右兩部分，當廢氣從右側進入時，左側熱回收室用燃燒尾氣加熱填料，蓄存熱量；切換進氣方向後再用蓄存的熱量來預熱廢氣。兩個熱回收室按預先設定的時間間隔切換蓄熱和供熱。相對於其他燃燒工藝，蓄熱式燃燒法和蓄熱式催化氧化法有較高的熱回收效率，一般可達85%以上。

近年來，國外又研製開發出旋轉式RTO。該裝置由一個燃燒室、一個分成幾瓣的圓柱形獨立區域陶瓷蓄熱床和一個旋轉式轉向器組成。通過旋轉式轉向器的旋轉，就可改變陶瓷蓄熱床不同區域的氣流方向，從而連續地預熱VOCs廢氣，在燃燒室氧化燃燒後就可去除VOCs。間壁式熱交換器是熱氧化器的第一代熱回收系統，其熱回收率最高可達85%，在1980年之前間壁式熱交換器是最先進的熱回收系統。隨著蓄熱材料的發展，目前蓄熱式熱交換器的熱回收率已能達到95%以上，而且占用空間越來越小。這樣輔助燃料的消耗很少，甚至不用輔助燃料，且當VOCs的濃度達到一定值以上時，還可從RTO輸出熱量。同時，由於目前的蓄熱材料都選用陶瓷填料，所以可處理腐蝕性或含有顆粒物的VOCs廢氣。