含氮類有機廢氣的焚燒治理方法

陳巍威 周利紅

（浙江奇彩環境科技股份有限公司 浙江杭州 31000）

1 引言

氮氧化物是燃煤煙氣中三大有害物質之一，從污染角度看來，氮氧化物主要為NO和NO2，統稱NOx。通常情況下，NO和NO2是污染大氣的主要物質，是一種酸性氣體，能夠形成酸雨和酸霧，直接危害生態環境和人體健康。人為排放的NOx基本上來源于各種燃料的燃燒過程，一般有三種生成方式：①熱力型NOx，為高溫下空氣中的氮氣氧化生成；②燃料型NOx，由燃料中含有的氮氧化物在燃燒過程中熱分解而又接著氧化生成；③快速型NOx，由空氣中的氮與燃料中的碳氫化合物反應生成。因此，本文將以含氮類有機廢氣的焚燒治理方法為主要研究對象，尋找、研究降低VOCs和氮氧化物的排放。

2 焚燒治理技術

燃燒治理法包括兩種，①熱力焚燒法；②催化燃燒法。燃燒法的優點是徹底分解碳氫化合物，消除二次污染。燃燒治理法一般可以分為兩種，熱力焚燒法和催化燃燒法。

一般情況下，熱力焚燒法的溫度必須達到700℃以上，此時有機物將被完全分解為CO2和H2O，NOx去除效率高達95%以上。而催化燃燒法的反應溫度則較低，一般處于250～500℃之間，催化燃燒法優勢在于能夠明顯降低設備的運行費用。但是，兩種方法都必須首先把有機廢氣加熱到相應的燃燒溫度。

當廢氣中含有較高濃度的有機物，廢氣自身燃燒也能夠產生較高的熱量且能夠維持有機物分解所需要的反應溫度時，燃燒法就是一種比較經濟的可行方案。但是，當廢氣中含有較低濃度的有機物，必須利用大量的燃料或者電力加熱廢氣，不光會產生較高的運行費用，燃料還會導致有機廢氣的大量產生。所以，熱力焚燒法利用的范圍較窄，僅用于特殊的情況，如：①汽車、家電等的烤漆廢氣處理，②含硫、鹵素有機物的處理等。

當廢氣中含有較低濃度的有機物時，為了提升熱利用效率并減少設備的運行費用，發展了蓄熱式熱力焚燒技術（RTO）和蓄熱式催化燃燒技術（RCO）。蓄熱系統能夠使用直接換熱的方式將燃燒尾氣中的熱量蓄積在蓄熱體中直接加熱待處理廢氣，因此，拓寬了燃燒技術的應用范圍，使較低廢氣濃度下使用燃燒法成為可能。

3 含氮類有機廢氣的焚燒治理方法

控制NOx排放的技術措施可以分為源頭控制與尾部控制，源頭控制是利用各類技術手段控制NOx在燃燒過程中的生成，而尾部控制則是通過一系列的方法將NOx還原為氮氣，從而減少NOx的排放量。其中，低碳氧化物燃燒技術措施是應用最為廣泛的措施，這種方式使用尾氣凈化裝飾減少進化裝置入口的NOx濃度，從而降低凈化的成本費用。

3.1 低過量空氣燃燒

將燃燒過程進行于接近理論空氣量的前提下，減少其中的氧氣含量能夠抑制NOx的排放，一般情況下能減排15～20%。但當燃燒過程中如果氧氣的濃度過低，則會導致NOx的濃度急劇升高，造成化學不完全燃燒損失，所以在燃燒過程中需要選擇最為合理的過量空氣系數進行含氮有機廢氣的燃燒。采用第空氣過剩系數運行技術，能夠減少NOx的排放量，同時提升鍋爐的熱效率，但這種方法會導致一氧化碳、碳氫化合物等的含量提高，所以在實際操作中不能進行大幅度的調整，必須同時滿足鍋爐燃燒效率高，NOx等有害物質少的要求。

3.2 空氣分級燃燒

這種方法主要是通過分階段完成燃料的燃燒過程實現減少NOx排放的目的的。首先，第一階段將供給燃燒的空氣量降低到總燃燒空氣量的70～75%左右，實現燃料的缺氧富燃料燃燒條件，能夠減少燃燒速度以及燃燒溫度，延遲了燃燒過程，減少了NOx的生成。第二階段，將完全燃燒所需要的剩余空氣送入，將其充分混合完成全部燃燒過程，能夠彌補低過量空氣燃燒的缺點，但需要正確掌握并運用空氣分析燃燒過程，并對鍋爐進行相應的改進，從而實現空氣分數燃燒法。

3.3 燃料分級燃燒

燃燒中生產的NO與CHi、CO、H2、C以及CnHm會發生還原反映生成氮氣、二氧化碳、一氧化碳和水。利用這一原理，可以將含氮類有機廢氣分為三級燃燒區。第一級燃燒區中，送入80～85%的燃料，通過燃燒生成NOx。剩下的15～20%的含氮類有機廢氣送入第二級燃燒區，同時將第一級燃燒區產生的NOx還原為氮分子，進一步降低NOx的排放濃度。此時通過“火上風”噴口形成第三級燃燒去，將之前生成的未完全燃燒產物燃燒完。此種方法能夠有效降低NOx的排放，實現含氮類有機廢氣的充分燃燒。

3.4 含氮類有機廢氣再循環

在空氣預熱前，抽取一部分含氮類有機廢氣直接送入鍋爐中，降低燃燒溫度和氧氣的濃度，能夠減少NOx的排放。通過實驗表明這種方法能夠使煤粉爐中的NOx排放量減少25%左右，NOx含量的降低伴隨再循環效率的增大而變大，同時燃燒的溫度也與NOx的減排有關。這種方法需要加裝再循環風機、煙道，容易受到場地和資金的限制。此方法可以單獨用于一臺鍋爐，也可以和其他NOx減排的方法配合一起使用，減少主燃燒器中的空氣含量，實現含氮類有機廢氣中NOx和VOCs排放量的降低。

3.5 低含氮類有機廢氣燃燒器

燃燒器的性能對降低含氮類有機廢氣NOx和VOCs排放量起主要作用。一般情況下，NOx的生成階段通常在著火階段，通過特殊的設計可以改變燃燒器中有機廢氣和空氣的比例，實現空氣分級、燃料分級以及含氮有機廢氣再循環等方式，盡可能降低NOx的生成，實現低NOx和低VOCs排放。目前，各國鍋爐公司為了滿足低NOx排放量已經開發出了不同類型的低NOx燃燒器，能夠減少30～60%的NOx排放量，從而構成一個較低的NOx燃燒系統，減少尾氣中的NOx和VOCs的濃度。

3.6 層燃爐降低NOx排放

目前，我國使用最廣泛的層燃爐就是鏈條爐，這種鍋爐燃燒的過程較為類似空氣分級燃燒，比煤粉爐的NOx排放量顯著降低，同時可以利用使用于煤粉爐的低NOx燃燒技術來減少尾氣中的碳氮化合物含量，如采用過量空氣系數能夠減少20%的NOx排放；使用含氮類有機廢氣再循環的方式也能夠降低20%的NOx濃度；使用燃料分級燃燒則可以將NOx的含量減少一半。

3.7 農業廢物與煤共燃

農業廢物中的大量揮發酚，能夠在低溫條件下迅速析出，并直接爭奪氧氣進行燃燒，可以實現低氧氣濃度，便于C和CO等還原性物質將NOx還原為氮氣，減少NOx的生成。此外，農業廢物中本身只含有較少的N元素，減少了NOx的生成濃度。農業廢物燃燒后生成的NH3能夠與煤所產生的HCN反應，將NO還原為氮氣，進一步降低了NOx含量，實現了NOx的低水平排放，方法簡單易行。但使用不同的農業廢物降低NOx的程度不同，這與農業廢物含氧量和燃燒方式都有一定的關系。

結語

在我國，煤的燃燒造成了嚴重的空氣污染，尤其是燃煤煙氣中的氮氧化物。本文以含氮類有機廢氣的焚燒治理方法為主要研究對象，通過焚燒治理技術的闡述分析了含氮類有機廢氣的焚燒治理方法，建議可以通過低過量空氣燃燒、空氣分級燃燒、燃料分級燃燒以及含氮類有機廢氣再循環的方式，使用低含氮類有機廢氣燃燒器和層燃爐燃燒，構成一個較低的NOx燃燒系統，避免或者減少焚燒過程產生氮氧化物。

參考文獻

[1]哈山·哈里亞克帕爾.工業有機廢氣污染治理技術研究[J].資源節約與環保,2016(08):123-124.

[2]吳剛,張峰.工業有機廢氣污染治理技術的應用和發展研究[J].環境與發展,2015,27(01):69-70.

[3]萬順剛.生物滴濾床凈化含氮高濃度惡臭有機廢氣的研究[A].中國礦物巖石地球化學學會.中國礦物巖石地球化學學會第13屆學術年會論文集[C].中國礦物巖石地球化學學會:中國礦物巖石地球化學學會,2011:1.