一种可以分解二噁英及危险烟气的氢氧混合气体焚烧装置

刘 枫

一种可以分解二噁英及危险烟气的氢氧混合气体焚烧装置

刘 枫

（辽宁省经济发展总公司，辽宁 沈阳 110032）

介绍了一种以碱性水溶液为电解质原料，按氢氧固定比例生成的氢氧混合气焚烧装置。所述的氢氧混合气加入到焚烧装置后，对二噁英及危险废物烟气焚烧具有快速分解效果：空气过量系数α<1.05；烟气中CO氧化速度加快；无二次污染；分解二噁英及危险气体，尤其是对含硫高的气体分解效果更佳。

布朗气；气体焚烧；二噁英

近几十年，由于对危险废物的不适当处置，相继引发了一些难以彻底消除的污染事件，因此针对当前处理危险废物难度大的问题，我们通过加强分析研究、提高危险废物管理和不断改进和优化处理技术水平，有效地解决和预防危险废物污染的发生。

目前，我国危险性废物产量逐年提高，而处置能力还存在较大缺口。随着国家对环境治理的重视，为降低环境风险，针对那些危害性烟气，需要选择一种安全彻底的处置方法。在国外，如德国、美国的危险废物处理方法主要采用焚烧法。而我国处理方法主要有焚烧、填埋、海洋三种。在实际应用中，我们需要考虑废物的性质，残余物在处置后是否会导致二次污染等特性，同时还要考虑操作平稳运行及降低成本等因素。

本文介绍一种以碱性水溶液为电解质原料，按氢氧固定比例生成的氢氧混合气焚烧装置。通过氢氧混合气加入到焚烧装置后提供了一种最大程度消除危险废物的方法，并在有害成分处理的彻底性、排除物的减量化、对多种复杂有机物的适应性等许多方面优于其他废物处置技术，是解决危险废物污染隐患的一种最有效途径。

1 氢氧混合气

布朗气又称氢氧混合气(Browns Gas)，是由澳大利亚科学家耶尔·布朗教授最早提出的。耶尔·布朗在20世纪60年代电解水时发现气体体积增加一倍，即由氢原子与氧原子组成气体而非氢氧分子组成的气体，实验结果：36克布朗气体燃烧放热为442.4千卡，这正好是4克氢原子与32克氧原子燃烧发热值，后人们称之为“布朗气体”。

氢氧混合气是指通过特制的氢氧发生器以碱性水溶液为电解质原料按氢氧生成2∶1比例的氢氧混合可燃气体。气体燃烧时，火焰温度随被加热物体材质的不同具有不同的燃烧温度。氢氧气的火焰温度因材料材质不同可在125～6 000 ℃之间变化。氢氧混合气具有其他所有燃气都无法比拟的分子结构与内爆特性。氢氧燃烧火焰特点：点火间隙0.06 s；火焰的传播速度相当于氢气的燃烧速度。

2 二噁英

二噁英无色无味、毒性、脂溶性物质，是二噁英类简称。它不是一种单一物质，而是结构和性质都很相似的包含众多同类物或异构体的两大类有机化合物。二噁英属于毒性最强的化合物，它包括210种化合物，这类物质非常稳定，熔点较高，极难溶于水，常容易在生物体内积累。它的毒性是氰化物的130倍，砒霜的900倍，具有剧毒性和强致癌性，可以严重干扰人体内分泌系统。主要的污染源是化工冶金工业、垃圾焚烧、造纸等产业。

3 氢氧混合气焚烧装置特性

随着国家工业化的快速发展，越来越多的危险废物需要通过焚烧进行处置，危险废物焚烧处置中的二噁英生成主要是不完全燃烧造成的。氢氧混合气体是由水电解生产的氢气与氧气混合气体组成。特性是：直燃无辐射，热流速快，瞬间点火热值高。现利用特制的“焚烧装置”在其稳压、常温、对流旋转的状态下，使其火焰形成“囚笼状”，让烟气从氢氧火焰密集的“囚笼”中充分穿行，利用热解达到烟气分解。

图1 燃烧器

在垃圾焚烧飞灰中含有大量二噁英，我们必须对其进行强化处理。实质上高温焚烧是一种热氧化过程，生成水和二氧化碳、酸性气体产物、粉尘和不可燃烧物质。决定危险废物焚烧完全性的最关键因素是焚烧温度、停留时间，而且焚烧过程中要进行合适的调节与控制。最优焚烧条件是高温，焚烧温度范围一般为900～1 300 ℃。在正常焚烧温度下，在焚烧装置中停留时间1～2 s。一般在焚烧装置中高温气态废物的足够停留时间和过量的氧气较易控制，湍流的产生可以通过科学的设计来实现。如使用氢氧混合气加入到焚烧装置燃烧，保证了焚烧处置的最优条件，像PCBs这样的难分解物亦可完全有效地破坏。

4 氢氧混合气焚烧装置的二噁英与危险烟气焚烧效果

氢氧混合气体加入到特定焚烧装置中，对二噁英及危险烟气焚烧时，因无空气介入，空气过量系数α<1.05。焚烧垃圾有机物因不完全燃烧产生五氯酚，在炉膛尾部形成二噁英，引入特殊氢氧混合气焚烧方式使碳黑和烟气排放同步大幅降低，分解了五氯酚生成带来的二噁英和碳黑颗粒吸附的二噁英。电解水生产的氢氧气属碱性水溶液气体，气体碱的氧化性气氛对二噁英有抑制作用。氧浓度小于2％时二噁英生成很少，利用氢氧气催化燃烧无需注入任何其他物质就可以燃烧（因为氢氧混合气体中氢气含量66％，氧气含量33%），所以α取到极小值小于1.05，烟气中氧含量小于0.2％～0.3％。

5 结束语

氢氧混合气催化燃烧装置特点：

（1）氢氧混合气焚烧中CO的氧化反应速度明显加快，烟气焚烧效率显著提高；

（2）绿色环保、无污染；

（3）可以分解二噁英及其他有害危险气体；

（4）安全、节能、环保，操作简单有广泛使用性。

氢氧混合气体焚烧装置改变了传统的焚烧处理方式，使用水作为燃料，耗能大幅度降低，可广泛应用于垃圾处理尾气、危险废气、热电生产和工业加热炉等领域，解决了垃圾处理中烟气排放超标问题，实现了节能减排，具有广阔的市场前景。

［1］ 贾同国，王银山，李志伟.氢能源发展研究现状[J].节能技术，2011, 29（3）：264-267.

［2］ 梁宝明，王耀军.布朗气(氢氧气)的催化燃烧及其在危险废物焚烧上的应用[J]. 武汉理工大学学报，2006, 28（z1）：104-108.

A Kind of Hydrogen-oxygen Mixed Gas Incinerator for Treating Dioxin and Dangerous Flue Gas

（Liaoning Economic Development Corporation, Liaoning Shenyang 110032, China）

Hydrogen-oxygen mixture incinerator that can producehydrogen and oxygen from alkaline aqueous solution by electrolysis was introduced. After the hydrogen and oxygen mixture is added to the incineration device, dioxin and hazardous waste gas can be rapidly decomposed in the incinerator: excess air coefficient α is less than1.05; the speed of CO oxidation in flue gas is accelerated; there is no secondary pollution; the decomposition effect of dioxin and dangerous gases is better.

Brown gas; gas incineration;dioxin

2019-10-16

刘枫（1962-），男，辽宁省沈阳市人，经济师，研究方向：布朗气、电解水制氢。

TQ052.73

A

1004-0935（2020）02-0184-02