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浙江宁波工业固定源挥发性有机物治理技术指南(试行)

2016-12-30 09:31来源:北极星环保网关键词:VOCs治理挥发性有机物VOCs排放收藏点赞

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2.2燃烧法

燃烧法是在一定温度下和有氧条件下,将VOCs燃烧分解为无害的二氧化碳和水的方法。燃烧法可用于各种有机化合物的分解,适当的温度和足够的滞留时间可使VOCs得到较完全的分解,通常氧化分解效率可达95%以上。

燃烧装置主要有三种形式:火炬、热氧化炉、催化氧化器。火炬通常用于浓度高于爆炸下限2~3倍的场合,如:石化和有机化工等企业的应急排放净化处理。热氧化炉用于浓度小于爆炸下限50%或25%;而催化氧化器通常用于浓度小于爆炸下限25%的场合。

如果有机物含有氯、氟、和硫,会产生HCl,HF,Cl2或SO2等酸性污染物,必须在氧化炉后设置洗涤塔将这些酸性污染物洗涤净化后才能排放。如果热氧化炉烟气中NOx浓度较高,还需脱销处理。

2.2.1热氧化炉

热氧化炉(ThermalOxidizers)由耐火材料衬里炉膛和若干个气或油燃烧器组成,燃烧器提供的热量用于加热VOCs气体,并升温至燃烧分解温度。

热氧化炉的工作原理是在高温下同时供给足够的氧气,将VOCs气体完全分解成二氧化碳和水等无机物。其适用于所有VOCs成份,且去除效率高,同时废热可回收再利用;但燃料消耗量大、操作成本及技术要求较高。

为达到VOCs完全燃烧分解的目的,必须具备下列四个要件:

(1)空气条件:物质燃烧必须供应足够的空气量(或氧量)才可使氧化反应完成;

(2)温度条件:通常燃烧最低温度需达700℃,大多数热氧化的操作温度在700~900℃;

(3)时间条件:实际应用中需在1秒以上,2秒左右的停留时间;

(4)混合条件:即燃料与空气中的氧充分混合,这也是有效燃烧的要件之一。混合程度取决于气流的紊流强度。

2.2.1.1直燃式热氧化炉

直燃式热氧化炉(RecuperativeThermalOxidizers,TO)的特点是利用热交换器从烟气中回收热量用于预热废气或其他热能利用以节省能源。最常用的热交换器是管壳式换热器,如图2-6所示,约达40-65%的烟气热量可得到回用。

在直燃式热氧化炉应用中,废气中的颗粒物浓度必须尽可能减少。因为,颗粒物会污染换热管内壁,降低换热效率,增加流阻。所以有些换热器配置清灰孔或检修门,用于定期清除管内积灰。废气中颗粒物还会涉及安全性问题,粉尘燃

烧有爆炸可能,危险性较高。

2.2.1.2蓄热式热氧化炉

蓄热式热氧化炉(RegenerativeThermalOxidizers,RTO)的特点是换热器采用陶瓷蓄热床,氧化分解后气体将自身携带大量热量传递并储蓄在蓄热床中,然后让进入氧化器的气体从蓄热床中获得换取热量。RTO的热回收效率比TO高很多,可高达95%。

RTO通常至少有3个蓄热床,其中一个用于预热进气,另一个用于蓄热降温排气,还有一个用于吹扫循环,吹扫循环可避免蓄热床换向时产生冲击排放。蓄热式氧化炉工作原理示意见图2-7。如果采用2床RTO,在蓄热床换向时,会出现污染物未经有效处理直接排放的现象。这时可采用VOCs捕获器,即在RTO排放管道中设置一个活性炭床,将换向时产生的未经处理气体暂存在碳床内,然后通过切换阀门改变气流流向,将捕获的VOCs送回至RTO进口处。

RTO可使用于最高VOCs浓度约10g/Nm3场合,当VOCs浓度约为1.5g/Nm3时,RTO就可不需要补充燃料。如果VOCs氧化分解产生的热量无需回用于生产工艺,则RTO是最佳的选择之一。

VOCs气体中的颗粒物会对蓄热床造成堵塞,从而导致流阻增大。一般要求颗粒物浓度不大于35mg/m3或在检修期间可以安全地去除颗粒物。

2.2.2催化氧化器

在催化氧化炉(CatalyticOxidizer,CO)中,VOCs流经催化床,催化剂在320℃~450℃温度下触发氧化分解反应,而催化剂本身并不参加反应。催化氧化器的特性是利用催化剂将VOCs燃烧分解温度大幅下降,甚至有可能在正常运行阶段不需要外部能耗(除启动阶段之外)。

典型的催化氧化器工作原理如图2-8所示。VOCs气体通过间壁式热交换器预热后,如果温度还不够,再经过燃烧器加热达到反应温度,氧化放出热量将会使气体升温,高温气体通过换热器后排出。

催化氧化反应温度通常设定在最难分解有机物的催化起燃温度之上,一般在260~350℃。由于催化氧化器运行前需要一段时间对催化床进行加热升温,所以当开/关车频繁时,会出现污染排放问题。

催化氧化器适宜处理浓度范围在1000mg/m3以上,上限浓度不宜达到爆炸极限下限(LEL)的25%。

催化氧化器不能用于固体或液体颗粒物浓度较高的场合,这些颗粒物会使催化剂受到“污染”形成堵塞。

汞、磷、砷、锑和铋等金属会使催化剂急性中毒,铅、锌、锡等金属会使催化剂慢性中毒。铜和铁在540℃高温下会与催化剂铂发生合金反应,使活性收到影响。硫和卤素化合物会因吸附在一些催化剂表面,使催化剂活性表面被“屏蔽”。

在一般使用状况下,催化剂每1~3年须更换或再生,以维持其处理功能。

延伸阅读:

四川省固定污染源大气挥发性有机物排放标准(征求意见稿)

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