丙烯腈廢液廢氣熱力焚燒中氮氧化物控制

施曉玲（安徽實(shí)華工程技術(shù)股份有限公司，安徽　合肥　230091）

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丙烯腈廢液廢氣熱力焚燒中氮氧化物控制

施曉玲（安徽實(shí)華工程技術(shù)股份有限公司，安徽合肥230091）

本文介紹一種通過熱力焚燒集中處理丙烯腈廢氣廢液的焚燒爐，系統(tǒng)闡述減少煙氣中氮氧化物（NOx）排放的主要措施。

熱力焚燒；丙烯腈；廢氣廢液；氮氧化物

1　前言

降低煙氣中氮氧化物（以下簡(jiǎn)稱NOx），防止環(huán)境污染，是全世界范圍共同面臨的問題。丙烯/氨氧化制丙烯腈工藝產(chǎn)生的廢氣和廢液因含有毒物質(zhì)和VOC，必須經(jīng)無害化處理后才能排放。當(dāng)前，在國(guó)內(nèi)丙烯腈廢液無害化處理采用的方法是先通過多效蒸發(fā)，對(duì)廢液進(jìn)行濃縮，含有機(jī)物少的部分通過生化處理達(dá)標(biāo)排放，含有機(jī)物多的部分通過熱力焚燒的方法處理；丙烯腈廢氣可采用熱力焚燒和催化氧化兩種方法處理。

由日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省與中國(guó)國(guó)家發(fā)展計(jì)劃委員會(huì)共同推進(jìn)的綠色援助計(jì)劃（GAP）中的丙烯腈裝置環(huán)保節(jié)能示范項(xiàng)目，可將丙烯腈裝置生產(chǎn)過程中排放的廢氣和廢液引入焚燒爐，使其完全自燃，實(shí)現(xiàn)無害化，而且還能抑制焚燒過程中氮氧化合物的產(chǎn)生量。另外，還可用蒸汽回收的方法回收廢熱，作為工藝蒸汽加以綜合利用，是一項(xiàng)既能保護(hù)環(huán)境，又能提高能量利用效率的技術(shù)。

2　熱力焚燒NOx形成機(jī)理和控制方法

2.1NOx形成機(jī)理

在燃燒過程中，NOx生成的途徑有：熱力型NOx是空氣中氮在高溫（1400℃以上）下氧化產(chǎn)生；快速型NOx是由于燃料揮發(fā)物中碳?xì)浠衔锔邷胤纸馍傻腃H自由基和空氣中氮?dú)夥磻?yīng)生成HCN和N，再進(jìn)一步與氧氣作用以極快的速度生成NOx；燃料型NOx：是燃料中含氮化合物在燃燒中氧化生成的NOx。

2.2控制NOx生成的方法

控制NOx生成首先是合理的燃燒組織和燃燒控制，通常采用的方法有，減少燃燒最高溫度區(qū)域范圍，降低燃燒的峰值溫度，降低燃燒的過量空氣系數(shù)和局部氧濃度，控制燃料與空氣的前期混合，提高入爐的局部燃料濃度，以及采用低氮燃燒器等。其次是從末端治理，控制煙氣中排放的NOx，其技術(shù)措施：選擇性非催化還原法（SNCR）和選擇性催化還原法（SCR），其原理就是在含有NOx的尾氣中噴入氨，尿素或者其它含氮化合物，使其中的NOx還原成N2和水。還原反應(yīng)在較高的溫度范圍（850～1100℃）內(nèi)進(jìn)行，不需要催化劑，稱為選擇性非催化還原（SNCR）；還原反應(yīng)在較低的溫度范圍（315～400℃）內(nèi)進(jìn)行，需要催化劑，稱之為選擇性催化還原（SCR）。

3　丙烯腈廢氣廢液處理技術(shù)

3.1技術(shù)簡(jiǎn)介和特點(diǎn)

丙烯腈裝置環(huán)保節(jié)能示范項(xiàng)目采用日本國(guó)巴布科克-日立株式會(huì)社多級(jí)分段低溫焚燒和氣相還原技術(shù)，將丙烯腈裝置生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣廢液引入焚燒爐中集中處理，焚燒過程中產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)單鍋筒的自然循環(huán)型鍋爐回收廢熱，產(chǎn)生蒸汽回收利用，這樣不僅能夠降低助燃燃料消耗量，減少能耗，同時(shí)也節(jié)省了投資和運(yùn)營(yíng)成本。

丙烯腈裝置環(huán)保節(jié)能示范項(xiàng)目采用直接燃燒法，以一定的過剩空氣與被處理的廢氣廢液在焚燒爐中進(jìn)行氧化反應(yīng)，廢物中的有害物質(zhì)在高溫下氧化、分解而被破壞，使有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化成無害物質(zhì)后放空，避免了環(huán)境污染，同時(shí)可利用焚燒的高溫?zé)煔獾挠酂岙a(chǎn)生蒸汽。其工藝技術(shù)具有如下特點(diǎn)：①能夠同時(shí)焚燒有機(jī)物含量很低的廢氣和廢液；②采用多級(jí)分段低溫燃燒方法，廢氣廢液中的可燃成分能完全燃燒并且可降低助燃用的燃料量；③利用CN-的還原性，還原燃燒過程中產(chǎn)生的NOx，減少了NOx排放量；④充分利用燃燒后高溫?zé)煔庵袩崮墚a(chǎn)生4120kPa（G）、380℃的蒸汽，節(jié)約了能源。

3.2工藝流程簡(jiǎn)介

自丙烯腈裝置吸收塔頂排出的尾氣AOG（Absorber-off Gas）經(jīng)水封罐（D-823），進(jìn)入AOG加熱器（E-815）加熱至170℃左右后以適當(dāng)?shù)谋壤謩e由焚燒爐（H-801）上、中、下三層噴嘴進(jìn)入爐中焚燒。廢液（WW）按一定的比例由分別設(shè)置在爐底及中、上層的廢液噴嘴噴入爐中焚燒。焚燒爐所需的助燃空氣通過空氣鼓風(fēng)機(jī)升壓，進(jìn)入空氣加熱器（E-817）加熱至170℃左右，進(jìn)入焚燒爐。

圖1　

焚燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔膺M(jìn)入余熱回收系統(tǒng)，首先與遮蔽鍋爐（E-811）進(jìn)行換熱，煙氣溫度由860℃下降至795℃，進(jìn)入過熱蒸汽段（E-812），與廢熱鍋爐產(chǎn)生的飽和蒸汽換熱后，將蒸汽溫度提高至410℃，煙氣溫度下降至691℃，進(jìn)入廢熱鍋爐段（E-813），在此與爐水換熱，產(chǎn)生蒸汽，煙氣溫度進(jìn)一步降低到276℃，再經(jīng)鍋爐給水預(yù)熱段（E-814），將鍋爐給水由130℃提高至208℃，煙氣溫度降至181℃，后由煙囪（H-802）排入大氣。

4　NOx的控制

焚燒爐為底燒立式圓筒型，為保證廢氣廢液中的可燃成分能完全燃燒，同時(shí)避免過多的NOx生成，采用了多級(jí)分段低溫燃燒方法和氣相還原技術(shù)。

4.1燃燒器和廢液廢氣噴嘴設(shè)置

為使廢液、廢氣和空氣得以充分混合，輔助燃料由焚燒爐底部均布的六只燃燒器進(jìn)入爐膛，為廢液廢氣焚燒提供熱量。在焚燒爐底部和中段分別設(shè)置六只廢液噴嘴，上段設(shè)置三只廢液噴嘴。在焚燒爐下段和中段分別設(shè)置六只廢氣噴嘴，在焚燒爐上段設(shè)置三只廢氣噴嘴。燃燒器和廢液廢氣噴嘴在徑向?yàn)榫迹瑥亩ＷC了焚燒爐徑向溫度場(chǎng)的均勻分布。廢液廢氣噴嘴沿軸向分三段進(jìn)入爐膛，在保證燃燒效率的前提下，降低了焚燒溫度。

4.2溫度場(chǎng)分布

爐膛底部溫度1200℃，中部溫度1400℃，上部溫度1000℃，煙道氣出爐膛溫度設(shè)置在860℃。由于采用了分段燃燒的方法，為低溫燃燒奠定了基礎(chǔ)。眾所周知，NOx生成的一般規(guī)律是燃燒環(huán)境中的氧氣濃度越高，溫度越高以及溫度場(chǎng)越不均勻，生成量越大。當(dāng)燃燒溫度超過1000℃，NOx開始增加，特別是當(dāng)燃燒溫度高于1500℃以后，NOx生成量隨溫度按指數(shù)規(guī)律增加。采用低溫燃燒，有效地抑制了NOx生成。

4.3過剩氧控制

助燃空氣也由底部，中斷和上段分三級(jí)進(jìn)入，可根據(jù)焚燒爐燃燒狀況調(diào)節(jié)其比例。將所需的總空氣量（α＞1）沿著整個(gè)焚燒爐軸向分三級(jí)供入，形成“多級(jí)”燃燒區(qū)，控制燃燒區(qū)過量空氣系數(shù)低于化學(xué)當(dāng)量比。焚燒爐底部和中段的過量空氣系數(shù)α＜1，在上段將剩余的空氣量供入，使由于缺氧而剩余的未燃燃料和不完全燃燒產(chǎn)物得以補(bǔ)充燃燒，保證燃燒效率不降低。這時(shí)，雖然α＞1，但由于火焰溫度已經(jīng)降低，不會(huì)生成更多的NOx。

4.4氣相還原技術(shù)

在丙烯腈廢液廢氣中含有CH、CN等具有還原性的基團(tuán)，由于采用分段燃燒和氣相還原技術(shù)，利用CH、CN等基團(tuán)的還原性，在焚燒爐底部和中部形成的NOx會(huì)進(jìn)一步與CH、CN等反應(yīng)，被還原成N2。

5　考核結(jié)果和結(jié)論

5.1環(huán)保節(jié)能示范項(xiàng)目考核結(jié)果（如表1）

表1　環(huán)保節(jié)能示范項(xiàng)目24h考核結(jié)果

5.2結(jié)論

（1）丙烯腈廢液廢氣可通過熱力焚燒集中處理。

（2）通過科學(xué)合理的流場(chǎng)、溫度場(chǎng)設(shè)置和燃燒組織，可保證丙烯腈廢液廢氣中的有害物質(zhì)充分分解，同時(shí)抑制NOx的生成。

（3）利用丙烯腈廢液廢氣中CH、CN等基團(tuán)的還原性，采用氣相還原技術(shù)，可進(jìn)一步降低煙氣中的NOx。

［1］吳文生.BHK廢氣廢液處理技術(shù)在安慶石化丙烯腈裝置環(huán)保節(jié)能示范項(xiàng)目的應(yīng)用.安徽化工，2003，29（4）.

［2］耿向東.丙烯腈裝置焚燒爐余熱回收系統(tǒng)積灰分析.石油化工設(shè)備技術(shù)，2006，27（3）.

2016-4-11

TQ226.6

A

2095-2066（2016）12-0007-02