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燃烧法在工业锅炉中的应用及优势

时间:2023-10-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:燃烧法还可以用于CO、恶臭、沥青烟等可燃有害组分的净化。有机气态污染物燃烧后生成CO2和H2O,因此该方法不能回收有用的物质,但可以利用燃烧时放出的热。该方法只能用于净化可燃有害组分浓度较高或燃烧热值较高的气体。在石油和化学工业中,主要是“火炬”燃烧。在实际操作中应尽量减少火炬燃烧。进行热力燃烧的专用装置称为热力燃烧炉。

燃烧法在工业锅炉中的应用及优势

燃烧法(combustion)是对含有可燃性有害组分的混合气体进行氧化燃烧或高温分解,使有害组分转化为无害物的方法。燃烧法的工艺简单,操作方便,现已广泛应用于石油工业、化工、食品、喷漆、绝缘材料等主要含有碳氢化合物(HC)废气的净化。燃烧法还可以用于CO、恶臭、沥青烟等可燃有害组分的净化。有机气态污染物燃烧后生成CO2和H2O,因此该方法不能回收有用的物质,但可以利用燃烧时放出的热。燃烧法分为直接燃烧、热力燃烧和催化燃烧。

(一)直接燃烧法

直接燃烧也称为直接火焰燃烧(direct flame incineration),是把废气中可燃的有害组分当作燃料直接燃烧,从而达到净化的目的。该方法只能用于净化可燃有害组分浓度较高或燃烧热值较高的气体。如果可燃性组分的浓度高于燃烧上限,可以混入适量的空气进行燃烧;如果可燃组分的浓度低于燃烧下限,可以加入一定量的辅助燃料维持燃烧。

(1)燃烧过程及设备

浓度较高的废气可采用窑炉等设备进行直接燃烧,甚至可以通过一定装置将废气导入锅炉进行燃烧。

在石油和化学工业中,主要是“火炬”燃烧。火炬燃烧器(图4-4)是将废气直接通人烟囱,在烟囱末端进行燃烧。当气流混合良好和氢碳比在0.3以上时有助于燃烧彻底。若燃烧时火焰呈蓝色,说明操作良好;若火焰呈橙黄色,并拖着一条黑烟尾巴,说明操作不良。对于不完全的燃烧反应,可以在烟囱顶部喷入蒸气加以消除。

图4-4 火炬燃烧器示意图

火炬燃烧的优点是安全简单、成本低。其主要缺点一是燃烧后产生大量的烟尘对环境造成二次污染,二是不能回收热能而造成热辐射。在实际操作中应尽量减少火炬燃烧。

(2)直接燃烧的特点

直接燃烧的特点是:①直接燃烧不需要预热,燃烧的温度在1100℃左右,可烧掉废气中的炭粒,燃烧完全的最终产物是CO2、H2O和N2等;②燃烧状态是在高温下滞留短时间的有火焰燃烧,能回收热能;③适用于净化可燃有害组分浓度较高或燃烧热值较高的气体。

(二)热力燃烧法

热力燃烧是利用辅助燃料燃烧放出的热量将混合气体加热到要求的温度,使可燃有害组分在高温下分解成为无害物质,以达到净化的目的。热力燃烧所使用的燃料一般为天然气、煤气、油等。适用于处理由连续、稳定生产工艺产生的有机废气。

(1)热力燃烧过程(www.xing528.com)

热力燃烧过程可分为三个步骤:首先是辅助燃料燃烧,其作用是提供热量,以便对废气进行预热;第二步是废气与高温燃气混合并使其达到反应温度;最后是废气中可燃组分被氧化分解,在反应温度下充分燃烧。

(2)热力燃烧条件和影响因素

温度和停留时间是影响热力燃烧的重要因素。对于大部分物质来说,温度在740~820℃,停留时间在0.1~0.3s内可反应完全;大多数的碳氢化合物在590~820℃范围内即可完全氧化,但CO和炭粒则需要较高的温度和较长的停留时间才能燃烧完全。不同的气态污染物,在燃烧炉中完全燃烧所需的温度和停留时间不同。

(3)热力燃烧装置

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。热力燃烧炉的主体结构包括燃烧器和燃烧室两部分。燃烧器的作用是使辅助燃料燃烧生成高温燃气;燃烧室的作用是使高温燃气与废气湍流混合达到反应所需的温度,并使废气在其中的停留时间达到要求。热力燃烧炉又分为配焰燃烧炉和离焰燃烧炉两类。

图4-5是配焰燃烧炉示意图,它是将燃烧分配成许多小火焰,布点成线。废气被分成许多小股,并与火焰充分接触,这样可以使废气与高温燃气迅速达到完全的湍流混合。配焰方式的最大缺点是容易造成火焰熄灭。因此,当废气中缺氧或废气中含有焦油及颗粒物等情况时不宜使用配焰燃烧炉。

离焰燃烧炉是将燃烧与混合两个过程分开进行,辅助燃料在燃烧器中进行火焰燃烧,燃烧后产生的高温燃气在炉内与废气混合并达到反应温度,如图4-6所示。

图4-5 配焰燃烧炉示意图

图4-6 离焰燃烧炉示意图

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