CN110822457A - 一种降低焚烧产生的NOx浓度的方法及焚烧炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低焚烧产生的NOx浓度的方法及焚烧炉，该方法通过减少甚至消除焚烧炉内的局部高温点降低焚烧产生的NOx浓度。本发明既能去除废气中的VOC，又能实现NOx的超低排放。

Description

一种降低焚烧产生的NOx浓度的方法及焚烧炉

技术领域

本发明涉及环保治理领域，特别涉及一种降低焚烧产生的NOx浓度的方法及焚烧炉。

背景技术

在很多工业过程中都会释放出一些对人体有害的VOC，只是不同的工业过程产生的VOC成分不一样，根据国家相关环保法规，含有VOC的工业废气不能直接排放到大气，而必须将VOC去除后进行排放。

目前市场上去除VOC的方法很多，比如活性炭吸附、光触媒、高温焚烧等，但随着环保标准的提高，以前市场上的许多工艺都无法满足排放达标，目前国内外公认的最高效VOC治理方式是高温焚烧。

高温焚烧是通过烧嘴燃烧一定燃料产生热量维持炉膛温度在800℃左右，然后让含有VOC的废气通过该高温炉膛并停留一段时间，让VOC在炉膛高温环境下裂解为CO2与H2O的过程。

图1为一种直接焚烧炉燃烧装置，图1中，燃料天然气1在助燃空气2的助燃下在烧嘴7处在炉膛6内点火燃烧，含VOC的废气2经预热管5预热后从上方进入炉膛6焚烧，焚烧后的废气4作为预热管5的热源经预热管5排出。该方式可以很好地去除废气中的VOC，但由于烧嘴燃烧产生的高温火焰，导致高温焚烧工艺在去除VOC的同时又产生了一定量的NOx,NOx中，如NO会与血液中的血红蛋白结合，使血液输氧能力下降，造成缺氧在大气中，NO在02作用下会被缓慢氧化成N02，生成的N02进入人体呼吸系统，导致肺部和支气管疾病；N02比NO的毒性高4倍，是酸雨中硝酸和亚硝酸的前驱体，在紫外光照射下，N02会与大气中的碳氧化合物作用，生成光化学烟雾和臭氧，生成的酸雨和光化学烟雾会引起农作物和森林大面积枯死，酸雨还会腐蚀建筑和设备，光化学烟雾具有明显的致癌作用，近地层大气中臭氧会对中枢神经造成极大的伤害，因此国家对NOx的排放控制更为严格，也制定有相应的标准，并且该排放标准在不断提高，一些地区的NOx排放标准对于常规烧嘴燃烧很难达到。

上述背景技术是为了便于理解本发明，并非是申请本发明之前已向普通公众公开的公知技术。

发明内容

基于上述问题，一方面，本发明提供一种燃料与废气直接参混进行高温焚烧的工艺，既能去除废气中的VOC，又能实现NOx的超低排放。

技术方案是：一种降低含VOC的废气焚烧产生的NOx浓度的方法，该方法通过减少甚至消除焚烧炉内的局部高温点降低焚烧产生的NOx浓度。

作为优选，所述减少甚至消除焚烧炉内的局部高温点的方法为燃料根据炉膛温度的高低而选择通过烧嘴在炉膛内燃烧，或先与含VOC的废气混合后再在炉膛内燃烧。

作为优选，所述燃料根据炉膛温度的高低而选择为在炉膛温度低于760℃时，燃料通过烧嘴在炉膛内燃烧，在炉膛温度高于760℃时，燃料先与含VOC 的废气混合后再在炉膛内燃烧。

作为优选，所述燃料通过烧嘴在炉膛内燃烧时，助燃空气通过烧嘴与燃料在炉膛内燃烧，所述燃料先与含VOC的废气混合后再在炉膛内燃烧时，助燃空气仍然通过烧嘴进入炉膛。

作为优选，所述燃料先与含VOC的废气混合后再在炉膛内燃烧时，助燃空气量仅用于维持烧嘴腔体内压力高于炉膛压力，防止炉膛高温气体返回烧嘴腔体。

另一方面，本发明还提供一种专用于上述的方法的焚烧炉。

技术方案是：一种专用于上述的方法的焚烧炉，包括焚烧炉本体、安装在焚烧炉本体一端上的烧嘴、含VOC的废气入口、焚烧后废气出口和连接在烧嘴上的助燃空气进气管，含VOC的废气入口与含VOC的废气进气管连通，焚烧后废气出口与废气出气管连通，所述焚烧炉还包括燃气进气总管、燃气第一进气管、燃气第二进气管和混合空间，燃气第一进气管、燃气第二进气管的一端分别与燃气进气总管连接，燃气第一进气管另一端与烧嘴连通，燃气第二进气管另一端与混合空间连通，含VOC的废气入口位于混合空间内，燃气第一进气管上安装有第一控制阀，燃气第二进气管上安装有第二控制阀。

作为优选，所述第一控制阀为自动切断阀，第二控制阀为自动切断阀。

作为优选，所述焚烧炉为RTO焚烧炉。

作为优选，所述焚烧炉还包括预热器，预热器套在废气出气管上，含VOC 的废气进气管位于预热器与废气出气管之间，所述含VOC的废气进气管盘旋绕过废气出气管。

作为优选，焚烧炉还包括天然气喷枪，天然气喷枪位于混合空间内，天然气喷枪与燃气第二进气管相连。

本发明的原理在于：

本发明发明人经研究发现，现有烧嘴燃烧会产生较多NOx的原因是由于烧嘴燃烧产生的火焰温度较高，在炉膛内容易产生局部高温点，从而产生较多 NOx。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明通过减少甚至消除局部高温点，从而降低燃烧过程产生的NOx排放，既能去除废气中的VOC，又能实现NOx的超低排放。

名词解释

VOC-volatile organic compounds的英文缩写。普通意义上的VOC就是指挥发性有机物；但是环保意义上的定义是指活泼的一类挥发性有机物，即会产生危害的那一类挥发性有机物。

RTO焚烧炉-Regenerative Thermal Oxidizer焚烧炉，即再生热氧化分解器，又称蓄热式焚烧炉。

附图说明

图1是本发明背景技术结构示意图；

图2是本发明一种焚烧炉的整体结构主视图示意图；

图3是本发明另一种焚烧炉的整体结构主视图示意图；

图4本发明另一种焚烧炉的整体结构主视图示意图；

图5是图4侧视图示意图；

图中附图标记为：燃气进气总管1，燃气第一进气管2，助燃空气进气管3，烧嘴4，火焰-5，焚烧炉本体6，预热器7，焚烧后的废气-8，含VOC的废气进气管9，混合空间10，天然气喷枪11，带一定升温的废气12，第二控制阀13，燃气第二进气管14，第一控制阀15，废气出气管16。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖向”、“纵向”、“侧向”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“开有”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供了一种降低含VOC的废气焚烧产生的NOx浓度的方法，该方法为：在炉膛温度低于760℃时，燃料和助燃空气通过烧嘴在炉膛内燃烧，在炉膛温度高于760℃时，燃料先与含VOC的废气混合后再在炉膛内燃烧。

当燃料先与含VOC的废气混合后再在炉膛内燃烧时，助燃空气仍然通过烧嘴进入炉膛，助燃空气可以控制在最小量，仅用于维持烧嘴腔体内压力高于炉膛压力，防止炉膛高温气体返回烧嘴腔体即可。

基于上述的方法，本发明提供一种焚烧炉，图2为本发明提供的一种直接燃烧焚烧炉的整体结构主视图示意图，图3为本发明提供的一种直接燃烧焚烧炉的整体结构侧视图示意图。

一种焚烧炉，包括焚烧炉本体6、安装在焚烧炉本体6一端上的烧嘴4、含VOC的废气入口、焚烧后废气出口和连接在烧嘴4上的助燃空气进气管3，焚烧炉本体6围成炉膛，含VOC的废气入口与含VOC的废气进气管9连通，焚烧后废气出口与废气出气管16连通，焚烧炉还包括燃气进气总管1、燃气第一进气管2、燃气第二进气管14和混合空间10，燃气第一进气管2、燃气第二进气管14的一端分别与燃气进气总管1连接，燃气第一进气管2另一端与烧嘴4连通，燃气第二进气管14另一端与混合空间10连通，含VOC的废气入口位于混合空间10内，燃气第一进气管2上安装有第一控制阀15，燃气第二进气管 14上安装有第二控制阀13。

在本发明的一个可选实施例中，第一控制阀15为自动切断阀，第二控制阀13为自动切断阀，自动切断阀可以为电动阀，也可以为气动阀。

在本发明的一个可选实施例中，焚烧炉还包括天然气喷枪11，天然气喷枪 11位于混合空间10内，天然气喷枪11与燃气第二进气管14相连。

在本发明的一个可选实施例中，焚烧炉为RTO焚烧炉。

在本发明的一个可选实施例中，如图3-4，焚烧炉还包括预热器7，预热器7套在废气出气管16上，含VOC的废气进气管9位于预热器7与废气出气管16之间，含VOC的废气进气管9盘旋绕过废气出气管16，含VOC的废气进气管9中的废气与废气出气管16中的焚烧后的废气在此处进行热交换，一方面含VOC的废气进气管9中的废气通过热交换后由低温的待焚烧的废气加热为带一定升温的废气12，可以降低焚烧炉的能源消耗，另一方面，焚烧后的废气 8在此经冷却后从废气出气管16排出，可以降低后续冷却的能耗。

工作原理如下：在炉膛升温阶段，采用烧嘴4正常燃烧对炉膛进行升温(此时第一控制阀15开，第二控制阀13关)，当炉膛温度高于800℃后，含有VOC 的废气进入炉膛进行焚烧，同时烧嘴4停止工作，将维持炉膛温度所需的燃料直接喷入含有VOC的废气中(此时第一控制阀15关，第二控制阀13开)，然后进入炉膛进行高温裂解，释放热量，维持炉膛温度在800℃以上，同时将助燃风控制在最小量(仅用于维持烧嘴腔体内压力高于炉膛压力，防止炉膛高温气体返回烧嘴腔体即可)。由于燃料均匀地分布在废气中，炉膛内不会出现明显的火焰5轮廓，彻底消除了局部高温点，温度非常均匀，从而最大限度地抑制了NOx的产生。当炉膛温度低于760℃时，则关闭第二控制阀13，打开第一控制阀15，通过烧嘴4燃烧加热，确保燃料在低温下的燃烧完全；当炉膛温度恢复到高于760℃时，则关闭第一控制阀15，打开第二控制阀13，将燃料直接喷入含有VOC的废气中，在炉膛高温条件下直接裂解。

本发明通过在正常工作模式下，将燃料直接注入含有VOC的废气中，消除了局部高温点，大大降低了焚烧过程中产生的NOx浓度。

在废气正常裂解时，助燃风控制在最小量(仅用于维持烧嘴腔体内压力高于炉膛压力，防止炉膛高温气体返回烧嘴腔体即可)的原因在于：当燃料直接注入含有VOC的废气的状态时，由于废气中O2含量远远高于废气中VOC(包括燃气)裂解所需的O2，因此不需要增加额外的助燃风，从而减少焚烧炉排除的废气量，从而降低能耗，节省天然气的用气量。

本发明发明人通过研究发现含VOC的废气焚烧会产生较多NOx的原因而通过降低由于烧嘴燃烧产生的火焰温度较高而引起在炉膛内容易产生局部高温点，实现了降低或消除NOx浓度，提高了环境亲和性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种降低含VOC的废气焚烧产生的NOx浓度的方法，该方法通过减少甚至消除焚烧炉内的局部高温点降低焚烧产生的NOx浓度。

2.根据权利要求1所述的降低含VOC的废气焚烧产生的NOx浓度的方法，其特征在于：所述减少甚至消除焚烧炉内的局部高温点的方法为燃料根据炉膛温度的高低而选择通过烧嘴在炉膛内燃烧，或先与含VOC的废气混合后再在炉膛内燃烧。

3.根据权利要求2所述的降低含VOC的废气焚烧产生的NOx浓度的方法，其特征在于：所述燃料根据炉膛温度的高低而选择为在炉膛温度低于760℃时，燃料通过烧嘴在炉膛内燃烧，在炉膛温度高于760℃时，燃料先与含VOC的废气混合后再在炉膛内燃烧。

4.根据权利要求2所述的降低含VOC的废气焚烧产生的NOx浓度的方法，其特征在于：所述燃料通过烧嘴在炉膛内燃烧时，助燃空气通过烧嘴与燃料在炉膛内燃烧，所述燃料先与含VOC的废气混合后再在炉膛内燃烧时，助燃空气仍然通过烧嘴进入炉膛。

5.根据权利要求4所述的降低含VOC的废气焚烧产生的NOx浓度的方法，其特征在于：所述燃料先与含VOC的废气混合后再在炉膛内燃烧时，助燃空气量仅用于维持烧嘴腔体内压力高于炉膛压力，防止炉膛高温气体返回烧嘴腔体。

6.一种专用于权利要求1-5任一所述的方法的焚烧炉，包括焚烧炉本体、安装在焚烧炉本体一端上的烧嘴、含VOC的废气入口、焚烧后废气出口和连接在烧嘴上的助燃空气进气管，含VOC的废气入口与含VOC的废气进气管连通，焚烧后废气出口与废气出气管连通，其特征在于：所述焚烧炉还包括燃气进气总管、燃气第一进气管、燃气第二进气管和混合空间，燃气第一进气管、燃气第二进气管的一端分别与燃气进气总管连接，燃气第一进气管另一端与烧嘴连通，燃气第二进气管另一端与混合空间连通，含VOC的废气入口位于混合空间内，燃气第一进气管上安装有第一控制阀，燃气第二进气管上安装有第二控制阀。

7.根据权利要求6所述的焚烧炉，其特征在于：所述第一控制阀为自动切断阀，第二控制阀为自动切断阀。

8.根据权利要求6所述的焚烧炉，其特征在于：所述焚烧炉为RTO焚烧炉。

9.根据权利要求6所述的焚烧炉，其特征在于：所述焚烧炉还包括预热器，预热器套在废气出气管上，含VOC的废气进气管位于预热器与废气出气管之间，所述含VOC的废气进气管盘旋绕过废气出气管。

10.根据权利要求6所述的焚烧炉，其特征在于：所述焚烧炉还包括天然气喷枪，天然气喷枪位于混合空间内，天然气喷枪与燃气第二进气管相连。

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