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2.2 后燃烧区域温度和时间的控制
从头合成机制是焚烧过程中二噁英形成的重要机制,其发生在焚烧炉的后燃烧区域内。Fangmark等人的一系列研究显示后燃烧区域的温度和停留时间是影响含氯芳香化合物含量的最重要的参数。在340 ℃,2.9 s的停留时间条件下会得到最高的含氯芳香烃的污染浓度,而当废气快速冷却到260 ℃时,可以获得最小的污染浓度。
因此,为了减少PCDD/Fs的形成量,需要减少废气在后燃烧区域的停留时间,或者在后燃烧区域将废气温度快速的冷却到260℃以下。实现烟气 迅速冷却的一个关键参数可能是平均废气冷却速率或淬火速率。不同的淬火速率会产生不同的PCDD/F水平和同类物分布。在一个废热锅炉中,为了实现 PCDD/F水平低于1 ng-TE/Nm3,冷却速率需要达到500-1000 ℃/s的范围。在实践中因为废气的体积庞大,这样高的冷却速率很难达到。
2.3 飞灰的分离
目前普遍接受的在后燃烧区域形成PCDD/F的机制是低温表面催化反应机制,这一机制的发生需要存在带有活性位点的固体表面,例如飞灰。因此,理论上,只要我们可以在废气进入后燃烧区域之前,捕获或者分离其中的飞灰颗粒,那么将有效的减少PCDD/F的生成。
然而, Fängmark等人的研究发现,在一个实验室规模的流化床反应器中,使用旋风分离的方法在反应器冷却部分的入口分离废气中的大飞灰颗粒。结果显示,飞灰的移除没有影响含氯芳香烃的产生量。Fängmark认为,这是由于在飞灰催化产生PCDD/F的过程中,飞灰的颗粒尺寸也是一个重要的变量,常用的除尘 方法仅仅分离了大颗粒的飞灰,而小颗粒的飞灰是含氯芳香烃产生的主要贡献者。另外,还有一种飞灰分离的方法是定期的除去锅炉设备上沉积的灰尘。
实际焚烧过程中二噁英的形成机制过于复杂,可能会掩盖飞灰分离的效果。因此,近年来少有使用飞灰分离进行PCDD/F控制的研究。
2.4 无机抑制剂
在焚烧过程中添加抑制剂或阻滞剂来抑制二噁英的产生是目前国内外研究较多的二噁英控制方法。其中无机抑制剂主要包括含硫化合物、碱性化合物和氨。氨目前常用于在整体反应器中,通过催化反应实现对NOx和PCDD/F的联合脱除。
考虑到废气中含氯水平是影响PCDD/F形成的重要因素,那么Na、Mg、Ca等碱性化合物可以通过吸收HCl来降低PCDD/F的排放水平。 常用的碱性抑制剂是基于Ca的化合物,已经有大量的研究证明石灰石可以吸收HCl 等酸性气体,然而这些实验主要研究的是后燃烧过程中酸性气体的吸收,这时废气中的酸性气体会对设备造成腐蚀,且烟气中的氯源会再次反应生成PCDD/F。 如果在高温区域就去除掉HCl,将会减少PCDD/F的生成。然而,研究结果显示,在高温区含Ca碱性化合物去除酸性气体的效率非常低。 Tsuyumoto等人提出了使用了一种新的抑制剂——发泡水玻璃用于吸附HCl并抑制二噁英生成,其效果要远远好于Ca基催化剂。但是,HCl浓度是否 是二噁英浓度的控制因素还不明确,一些研究结果表明即使高温区添加碱性抑制剂降低HCl的浓度,PCDD/F的浓度可能会升高。
最常用的无机抑制剂是含硫化合物(Na2S、SO2、SO3、Na2S2O3等),它们可以有效地抑制炉内二噁英的生成。美国环保署的研究表明,SO2可有效抑制焚烧烟气中二噁英(主要是PCDFs)的再生,主要的抑制机理是SO2对CuCl2的催化作用具有抑制作用。浙江大学的研究结果表 明,煤中硫对焚烧过程中二噁英的形成起到重要的抑制作用。添加硫化合物通常可以起到抑制PCDD/F形成的作用,特别将含硫化合物和垃圾焚烧厂的燃料混燃 取得的效果更好,但也有研究结果显示硫化合物的添加会导致二噁英浓度的上升。
2.5 有机抑制剂
有机抑制剂通常是可以与催化剂在低温下形成络合物的物质,其可以用于抑制前驱体形成,也可以用于抑制从头合成。抑制的机制目前尚未明确,一般认 为是在催化剂和抑制剂之间发生了相互作用。常用的有机抑制剂包括2-氨基乙醇、三乙醇胺、尿素、乙二醇等。Dickson 等人 测试了十几种催化抑制剂,结果表明最有效的抑制剂是2-氨基乙醇和三乙醇胺,它们都属于多官能团的胺类。这是因为,在PCDD/F的形成过程中,Cu2+ 具有最强的催化活性,因此可以与Cu2+发生络合的官能团型胺类(乙醇胺和三乙醇胺)是非常有效的抑制剂。
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