CN1303726A - 一种燃油脱除高浓度二氧化氮的方法及其设备 - Google Patents

一种燃油脱除高浓度二氧化氮的方法及其设备 Download PDF

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Abstract

一种燃油脱除高浓度二氧化氮的方法及其设备,以燃料油为原料,燃烧后,通入10—100%体积百分比浓度的二氧化氮气体一同燃烧,生成水、二氧化碳和氮气,达到处理氮氧化物的目的。具有工艺简单、操作容易、设备简单、燃烧尾气中的二氧化氮残余量小于400ppm,总氮氧化物残余量小于600ppm。

Description

一种燃油脱除高浓度二氧化氮的方法及其设备
本发明属于一种脱除氮氧化物的方法，具体地说是涉及一种燃油脱除高浓度二氧化氮的方法及其设备。
保护人类赖以生存的环境不被工业废气污染，已成为当今迫在眉捷的课题，而且越来越受到公众的关注。氮氧化物、硫氧化物、烃类一起构成大气的主要污染源。氮氧化物的排放量逐年增加，据推算全世界一年向大气排放NOx7500万吨左右，NOx是氮氧化物的总称，包括一氧化氮、二氧化氮、四氧化二氮、氧化亚氮等。四氧化二氮很不稳定，只有在其凝固点-11℃时才以纯四氧化二氮存在。随着温度的升高，四氧化二氮发生分解，分解产物为二氧化氮。一氧化氮排入大气后逐渐与大气中的氧或臭氧结合生成二氧化氮。二氧化氮是氮氧化物中最稳定的气体。但在阳光作用下，二氧化氮也会和氧或臭氧作用生成氧化亚氮，氧化亚氮在高空同温层中会破坏臭氧层，氮氧化物对人体和动植物有很大的危害，大气中NO2含量达到150ppm时，对人的呼吸器官有强烈刺激，会发生肺水肿，NO2含量达到500ppm时，短时间内就会有致命的危险。NO2还参与光化学烟雾的形成，光化学烟雾的危害极其严重，对人、动物具有致癌作用，可使植物一夜之间由绿色变成褐色，造成农作物大面积减产，形成酸雨破坏植物的根部，毁坏森林。
为了减少或消除这些污染，人们研究开发了各种各样的方法，其中脱除氮氧化物的方法有催化还原法、化学吸收法、物理吸附法等。催化还原法是采用活性炭、氢气、一氧化碳气、氨气等作为还原剂，在催化剂床层上进行催化还原反应来脱除氮氧化物，具有脱除率高，残余氮氧化物低，无二次污染等优点。但该反应是在固态催化剂床层上直接接触完成，催化燃烧为一放热反应，反应剧烈，受气固反应传热慢的限制，放出的热量集中不易带出，致使温度难以控制，一旦飞温，会造成催化剂寿命缩短和失活，而且要求反应器需耐高温，这就使得设备造价昂贵。氮氧化物为强氧化剂，还原剂与氮氧化物在反应器内直接接触，若气体浓度控制不当，容易造成爆炸，操作难度大。因此，在处理废气时，氮氧化物浓度不宜过高，对于排出的高浓度的氮氧化物废气必须采用惰性气体稀释的方法，这样就势必延长了处理时间，增加了处理废气的成本。许多污染源排放的废气中，含有催化剂毒物，易使催化剂中毒，限制了使用。
化学吸收法是采用碱、氨或尿素等碱性水溶液吸收氮氧化物，该法要求吸收剂具备良好的吸收性能，吸收设备要求阻力小，气液两项接触面积大，一般采用多级吸收方式，使得设备庞大，而且产生的吸收液需再处理，否则产生二次污染。
物理吸附法一般是利用对NOx具有吸附性能好的吸附剂吸附NOx，为增强吸附性能，可以采用变压吸附或变温吸附等方式，但由于受吸附剂吸附容量的限制一般设备体积庞大，而且需频繁再生，脱附出的气体需经再处理以消除二次污染，而且只适合于低浓度的NOx废气的处理，对于高浓度的NOx废气不能采用该方法处理。
本发明的发明目的是提供一种燃油脱除高浓度氮氧化物、且成本低，无污染的方法及其专用设备。
本发明的目的是这样实现的：点燃燃油燃烧炉，当炉内温度达到500℃时，通入NO2废气，NO2废气的通入采用与一次风混合通入的方式，NO2废气进入燃烧炉后与燃油进行氧化还原反应，生成N2,CO2,H2O。以煤油为例说明反应原理如下：
以其平均分子式C12H26为代表表示反应式如下：
            (1)
同时在高温下部分氧化氮会发生分解：
(常温)                  (2)
(620℃)                (3)
(900℃以上)             (4)
             (5)
本发明脱除高浓度NO2的方法包括如下步骤：
(1)将空气分成两级通入燃烧炉内吹扫，使一次空气过剩系数为0.5-1.3，二次风通入后总空气过剩系数为1.05-5，然后通入燃油点燃，预热炉体；
(2)当燃烧炉内温度达到500℃时，将含有NO2体积百分浓度为10-100％的废气与一次空气混合后通入燃烧炉内，燃油对废气的处理量是1Kg燃油处理1-3m3纯NO2气；
(3)NO2废气通入燃烧炉的同时，调节一次空气的通入量，使一次空气和NO2的总氧化剂过剩系数保持在0.5-O.95，炉内火焰温度为800-1500℃；
(4)通入二次空气，使未完全燃烧完，过剩的燃油进行二次燃烧。
如上所述的燃油还可以是航空煤油、普通煤油，柴油等可燃性液体。
如上所述的废气中可含有NO2、N2O4、N2O等NOx气体，可以是单一成分也可是几种成分。
如上所述的燃烧炉的废气处理能力最好是1kg燃油处理1-2M3纯NO2气。
为了实现脱除高浓度NO2的目的，设计制作了专用的燃烧炉，包括炉体、主燃烧器、点火器、一次空气入口、废气入口、二次空气入口，主燃烧器、点火器装在炉子的封头上，其特征在于一次空气入口与废气入口连通并装在主燃烧器上，主燃烧器的前端装有气体分布板，一次空气与废气混合通入炉膛，炉体外部有空气夹套，二次空气入口与空气夹套连通，空气夹套内炉体圆周上均布有二次空气分布孔且设有三级，二次空气分布孔与空气夹套、炉膛连通。
所述的气体分布板可以是圆环板，其上开着8-24个缝。
如上所述的二次空气分布孔的数量为第一级4个，第二级8个，第三级12个。
如上所述的焚烧炉所用的燃料油可以是航空煤油、普通煤油或柴油。
使用该炉时，从一次空气入口按空气过剩系数为0.5-1.3的气量通入一次空气，二次空气通入后总空气过剩系数为1.05-5，打开点火器，主燃烧器通入的燃料油被点燃，从测温孔测炉内温度，当炉内温度达到500℃时，从废气入口通入10-100％的二氧化氮废气，同时调整一次空气进气量，使炉内一次空气和二氧化氮总氧化剂的过剩系数为0.5-0.95，二次空气通入后保证总空气过剩系数为1.05-5，以保证完全燃烧，排放尾气经取样孔取样分析，达到国家规定的排放标准。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1．工艺简单，操作容易，启动快，安全可靠，投资省，运行费用低。
2．可处理的NO2废气浓度高，范围广，浓度为含NO2体积浓度为10-100％范围内的废气，均可采用本焚烧炉进行处理。
3．被处理的NO2废气可以是连续的或不连续的供给，废气浓度和气量可以是稳定的也可以是变化的，波动的。
4．所处理的废气成分不局限于NO2，所有NOx废气均可采用本方法处理。
5．排放尾气中NO2含量小于600PPm，废气处理彻底，不产生二次污染。达到环保标准要求。
6．设备简单，也可以做成移动式的处理装置，随时对NO2废气进行处理。
本发明的实施例结合附图说明如下：
实施例1
图1为本实用新型结构示意图。
图2是图1的A-A剖视图。
图3是气体分布板的结构示意图。
图4是图3的左视图。
图5是图3的B-B剖视图。
如图所示：1是一次空气入口，2是废气入口，3是主燃烧器，4是点火器，5是主燃烧器燃油喷嘴，6是气体分配板，7是二次空气入口，8是炉体，9是二次空气分布孔，10是空气夹套，11是测温孔，12a、12b和12c是观火孔，13是烟囱，14是取样孔。
炉体8为筒形，点火器4、主燃烧器3，装在炉子封头上，炉子封头上还装有观火孔12a和12b，一次空气入口1、废气入口2设在主燃烧器3上，主燃烧器3前端装有气体分布板6，一次空气和废气混合后，经过气体分布板6后呈旋转方式通入，与在一定油压下经燃油喷嘴喷出呈雾化状的燃油充分混合燃烧。炉体8外部装有空气夹套10，二次空气入口设在空气夹套10上，炉体8圆周上设有二次空气分布孔9，且在炉体8上设有三级二次空气分布孔，第一级靠近炉头，二次空气分布孔9与空气夹套10，二次空气入口7、炉膛连通，二次空气首先进入炉体的环形空气夹套内预热后，再经二次空气分布孔9进入炉膛内，使未完全燃烧的燃油继续燃烧完全，空气夹套10另一作用是隔热，降低炉壁温度。点火器4自成系统，带有油泵、风扇、电子打火及保护系统，点火时只需将电源接通，按下启动按钮，点火器将自动启动，燃烧并将主燃烧器3点燃。测温孔11用来监测排气温度，燃烧尾气由烟囱13排空排入大气，尾气成分由取样孔14取样分析。
从一次风进口通入一次空气，调节流量为12m3/h(即一次空气过剩系数为0.74)，由二次风进口7通入二次空气22m3/h，点燃点火器，然后启动主油泵，主燃烧器燃烧，进油量为1.54kg/h，稳定燃烧20分钟，预热炉体，随后由废气进口通入10m3/h的含NO210％的废气，废气进入炉体后即与煤油燃烧，总氧化剂过剩系数为2.4，排放尾气经取样孔13取样分析，尾气中NO2残余量小于400PPm，总烃为5.5mg/m3，达到国家规定的排放标准。
实施例2
其它条件同实施例1，  只是将一次风量改为22M3/h(一次风系数为0.6)，二次风量改为18M3/h，煤油进料量改为3.5kg/h，废气处理量不变为10M3/h，含量变为30％，总氧化剂过剩系数为1.47，排放尾气经分析，NO2含量小于400PPm，尾气中其它排放物均达到国家规定的排放要求。
实施例3
其它条件同实施例1，只是将一次风量改为10M3/h，(一次风过剩系数为0.22)，二次风量改为18M3/h，煤油进料量为4.42kg/h，废气处理量10M3/h，废气中NO2含量为50％，总氧化剂过剩系数为1.12，尾气分析结果NO2含量小于100PPm，其它物资含量均达到国家排放标准。
实施例4
其它条件同实施例3，只是将废气处理量改为5M3/h，废气中NO2含量为100％，尾气分析结果：NO2含量小于400PPm，尾气中其它物资的含量达到国家规定的排放要求。
实施例5：
其它条件同实施例1．只是将煤油改为航空煤油，尾气分析结果NO2残余量小于400PPm，其它排物均达到国家规定的排放标准。
实施例6：
其它条件同实施例1，只是将煤油改为柴油尾气分析结果NO2残余量小于400PPm，其它排放物均达到国家规定的排放标准。

Claims (7)

1．一种燃油脱除高浓度二氧化氮的方法，其特征在于：
(1)将空气分成两级通入燃烧炉内吹扫，使一次空气过剩系数为0.5-1.3，二次风通入后总空气过剩系数为1.05-5，然后通入燃油点燃，  预热炉体；
(2)当燃烧炉内温度达到500℃时，将含有NO2浓度为10-100％的废气与一次空气混合后通入燃烧炉内，燃油对废气的处理量是1Kg燃油处理1-3m3纯NO2气；
(3)NO2废气通入燃烧炉的同时，调节一次空气的通入量，使一次空气和NO2的总氧化剂过剩系数保持在0.5-0.95，炉内火焰温度为800-1500℃；
(4)二次空气保持不变，使未完全燃烧掉过剩的燃油进行二次燃烧。
2．如权利要求1所述的一种燃油脱除高浓度二氧化氮的方法，其特征在于所述的燃油是航空煤油、普通煤油或柴油。
3．如权利要求1所述的一种燃油脱除高浓度二氧化氮的方法，其特征在于所述的废气中可含有NO2、N2O4、N2O、NOx气体，可以是单一成分也可是几种成分。
4．如权利要求1所述的一种燃油脱除高浓度二氧化氮的方法，其特征在于所述的燃烧炉的废气处理能力是1kg燃油处理1-2M3纯NO2气。
5．一种燃油脱除高浓度二氧化氮的焚烧炉，包括炉体(8)、主燃烧器(3)、点火器(4)、一次空气入口(1)、废气入口(2)、  二次空气入口(7)，主燃烧器(3)、点火器(4)装在炉子的封头上，其特征在于一次空气入口(1)与废气入口(2)连通并装在主燃烧器(3)上，主燃烧器(3)的前端装有气体分布板(6)，一次空气与废气混合通入炉膛，炉体(8)上有空气夹套(10)，二次空气入口(7)与空气夹套(10)连通，空气夹套(10)内炉体(8)圆周上均布有二次空气分布孔(9)，且在炉体(8)上有三级二次空气孔(9)，二次分布孔(9)与二次空气入口(7)、空气夹套(10)以及炉膛连通。
6．如权利要求5所述的一种燃油脱除高浓度二氧化氮的焚烧炉，其特征在于所述的气体分布板(6)是圆环板，在其上均匀地开着8-24条缝。
7．如权利要求5或6所述的一种燃油脱除高浓度二氧化氮的焚烧炉，其特征在于所述的二次空气分布孔(9)的数量为第一级4个，第二级8个，第三级12个。
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