含氮类有机废气的焚烧治理方法

陈巍威 周利红

（浙江奇彩环境科技股份有限公司 浙江杭州 31000）

1 引言

氮氧化物是燃煤烟气中三大有害物质之一，从污染角度看来，氮氧化物主要为NO和NO2，统称NOx。通常情况下，NO和NO2是污染大气的主要物质，是一种酸性气体，能够形成酸雨和酸雾，直接危害生态环境和人体健康。人为排放的NOx基本上来源于各种燃料的燃烧过程，一般有三种生成方式：①热力型NOx，为高温下空气中的氮气氧化生成；②燃料型NOx，由燃料中含有的氮氧化物在燃烧过程中热分解而又接着氧化生成；③快速型NOx，由空气中的氮与燃料中的碳氢化合物反应生成。因此，本文将以含氮类有机废气的焚烧治理方法为主要研究对象，寻找、研究降低VOCs和氮氧化物的排放。

2 焚烧治理技术

燃烧治理法包括两种，①热力焚烧法；②催化燃烧法。燃烧法的优点是彻底分解碳氢化合物，消除二次污染。燃烧治理法一般可以分为两种，热力焚烧法和催化燃烧法。

一般情况下，热力焚烧法的温度必须达到700℃以上，此时有机物将被完全分解为CO2和H2O，NOx去除效率高达95%以上。而催化燃烧法的反应温度则较低，一般处于250～500℃之间，催化燃烧法优势在于能够明显降低设备的运行费用。但是，两种方法都必须首先把有机废气加热到相应的燃烧温度。

当废气中含有较高浓度的有机物，废气自身燃烧也能够产生较高的热量且能够维持有机物分解所需要的反应温度时，燃烧法就是一种比较经济的可行方案。但是，当废气中含有较低浓度的有机物，必须利用大量的燃料或者电力加热废气，不光会产生较高的运行费用，燃料还会导致有机废气的大量产生。所以，热力焚烧法利用的范围较窄，仅用于特殊的情况，如：①汽车、家电等的烤漆废气处理，②含硫、卤素有机物的处理等。

当废气中含有较低浓度的有机物时，为了提升热利用效率并减少设备的运行费用，发展了蓄热式热力焚烧技术（RTO）和蓄热式催化燃烧技术（RCO）。蓄热系统能够使用直接换热的方式将燃烧尾气中的热量蓄积在蓄热体中直接加热待处理废气，因此，拓宽了燃烧技术的应用范围，使较低废气浓度下使用燃烧法成为可能。

3 含氮类有机废气的焚烧治理方法

控制NOx排放的技术措施可以分为源头控制与尾部控制，源头控制是利用各类技术手段控制NOx在燃烧过程中的生成，而尾部控制则是通过一系列的方法将NOx还原为氮气，从而减少NOx的排放量。其中，低碳氧化物燃烧技术措施是应用最为广泛的措施，这种方式使用尾气净化装饰减少进化装置入口的NOx浓度，从而降低净化的成本费用。

3.1 低过量空气燃烧

将燃烧过程进行于接近理论空气量的前提下，减少其中的氧气含量能够抑制NOx的排放，一般情况下能减排15～20%。但当燃烧过程中如果氧气的浓度过低，则会导致NOx的浓度急剧升高，造成化学不完全燃烧损失，所以在燃烧过程中需要选择最为合理的过量空气系数进行含氮有机废气的燃烧。采用第空气过剩系数运行技术，能够减少NOx的排放量，同时提升锅炉的热效率，但这种方法会导致一氧化碳、碳氢化合物等的含量提高，所以在实际操作中不能进行大幅度的调整，必须同时满足锅炉燃烧效率高，NOx等有害物质少的要求。

3.2 空气分级燃烧

这种方法主要是通过分阶段完成燃料的燃烧过程实现减少NOx排放的目的的。首先，第一阶段将供给燃烧的空气量降低到总燃烧空气量的70～75%左右，实现燃料的缺氧富燃料燃烧条件，能够减少燃烧速度以及燃烧温度，延迟了燃烧过程，减少了NOx的生成。第二阶段，将完全燃烧所需要的剩余空气送入，将其充分混合完成全部燃烧过程，能够弥补低过量空气燃烧的缺点，但需要正确掌握并运用空气分析燃烧过程，并对锅炉进行相应的改进，从而实现空气分数燃烧法。

3.3 燃料分级燃烧

燃烧中生产的NO与CHi、CO、H2、C以及CnHm会发生还原反映生成氮气、二氧化碳、一氧化碳和水。利用这一原理，可以将含氮类有机废气分为三级燃烧区。第一级燃烧区中，送入80～85%的燃料，通过燃烧生成NOx。剩下的15～20%的含氮类有机废气送入第二级燃烧区，同时将第一级燃烧区产生的NOx还原为氮分子，进一步降低NOx的排放浓度。此时通过“火上风”喷口形成第三级燃烧去，将之前生成的未完全燃烧产物燃烧完。此种方法能够有效降低NOx的排放，实现含氮类有机废气的充分燃烧。

3.4 含氮类有机废气再循环

在空气预热前，抽取一部分含氮类有机废气直接送入锅炉中，降低燃烧温度和氧气的浓度，能够减少NOx的排放。通过实验表明这种方法能够使煤粉炉中的NOx排放量减少25%左右，NOx含量的降低伴随再循环效率的增大而变大，同时燃烧的温度也与NOx的减排有关。这种方法需要加装再循环风机、烟道，容易受到场地和资金的限制。此方法可以单独用于一台锅炉，也可以和其他NOx减排的方法配合一起使用，减少主燃烧器中的空气含量，实现含氮类有机废气中NOx和VOCs排放量的降低。

3.5 低含氮类有机废气燃烧器

燃烧器的性能对降低含氮类有机废气NOx和VOCs排放量起主要作用。一般情况下，NOx的生成阶段通常在着火阶段，通过特殊的设计可以改变燃烧器中有机废气和空气的比例，实现空气分级、燃料分级以及含氮有机废气再循环等方式，尽可能降低NOx的生成，实现低NOx和低VOCs排放。目前，各国锅炉公司为了满足低NOx排放量已经开发出了不同类型的低NOx燃烧器，能够减少30～60%的NOx排放量，从而构成一个较低的NOx燃烧系统，减少尾气中的NOx和VOCs的浓度。

3.6 层燃炉降低NOx排放

目前，我国使用最广泛的层燃炉就是链条炉，这种锅炉燃烧的过程较为类似空气分级燃烧，比煤粉炉的NOx排放量显著降低，同时可以利用使用于煤粉炉的低NOx燃烧技术来减少尾气中的碳氮化合物含量，如采用过量空气系数能够减少20%的NOx排放；使用含氮类有机废气再循环的方式也能够降低20%的NOx浓度；使用燃料分级燃烧则可以将NOx的含量减少一半。

3.7 农业废物与煤共燃

农业废物中的大量挥发酚，能够在低温条件下迅速析出，并直接争夺氧气进行燃烧，可以实现低氧气浓度，便于C和CO等还原性物质将NOx还原为氮气，减少NOx的生成。此外，农业废物中本身只含有较少的N元素，减少了NOx的生成浓度。农业废物燃烧后生成的NH3能够与煤所产生的HCN反应，将NO还原为氮气，进一步降低了NOx含量，实现了NOx的低水平排放，方法简单易行。但使用不同的农业废物降低NOx的程度不同，这与农业废物含氧量和燃烧方式都有一定的关系。

结语

在我国，煤的燃烧造成了严重的空气污染，尤其是燃煤烟气中的氮氧化物。本文以含氮类有机废气的焚烧治理方法为主要研究对象，通过焚烧治理技术的阐述分析了含氮类有机废气的焚烧治理方法，建议可以通过低过量空气燃烧、空气分级燃烧、燃料分级燃烧以及含氮类有机废气再循环的方式，使用低含氮类有机废气燃烧器和层燃炉燃烧，构成一个较低的NOx燃烧系统，避免或者减少焚烧过程产生氮氧化物。

参考文献

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