Термическое дожигание газовых выбросов

Дожигание представляет собой метод обезвреживания газов пу- тей термического окисления различных вредных веществ, главным об- разом органических, в практически безвредные или менее вредные, преимущественно в СО и Н2О. Обычные температуры дожигания для

большинства соединений лежат в интервале 750-1200 оС. Применение

термических методов дожигания позволяет достичь 99 %-ной очистки газов. Небольшие габариты установок, простота их эксплуатации, низ- кие эксплуатационные затраты даже при высоких концентрациях при- месей привели к широкому распространению этого метода.

При рассмотрении возможности и целесообразности термическо- го обезвреживания необходимо учитывать характер образующихся продуктов горения. Продукты сжигания газов, содержащих соединения серы, галогенов, фосфора, могут превосходить по токсичности исход- ный газовый выброс. В этом случае необходима дополнительная очи- стка.

Tермическое дожигание весьма эффективно при обезвреживании многокомпонентных высококонцентрированных газов, содержащих токсичные вещества в виде твердых включений органического проис- хождения (сажа, частицы углерода, древесная пыль и т. д.).

Важнейшими факторами, определяющими целесообразность тер- мического обезвреживания, являются затраты энергии (топлива) для обеспечения высоких температур в зоне реакции, калорийность обез- вреживаемых примесей, возможность предварительного подогрева очищаемых газов. Повышение концентрации дожигаемых примесей ведет к значительному снижению расходов топлива. В отдельных слу- чаях процесс может протекать в автотермическом режиме, т.е. рабочий режим поддерживается только за счет тепла реакции глубокого окис- ления вредных примесей и предварительного подогрева исходной сме- си отходящими обезвреженными газами.

Существует несколько различных систем термического обезвре- живания, отличающихся друг от друга температурой процесса, гидро- динамическими условиями в зоне реакции и временем пребывания га- зов в реакционной зоне.

Различают камерные печи, печи с циклонным движением газов, регенеративные установки термического обезвреживания, аппараты со струйным смешением, системы обезвреживания в технологических ап- паратах (например, в котлах).

Камерные печи - одни из первых промышленных аппаратов тер- моочистки. Обычно рабочее пространство печи делится на две камеры: камеру горения вводимого в систему топлива и камеру смешения, куда вводится очищаемый воздух. Гидродинамические условия в указанных зонах печей существенно отличаются, и поэтому требуется специаль- ное перемешивание потоков. Время пребывания газов в камере смеше- ния составляет 3-5 с, удельный расход тепла на обезвреживание 270- 280 ккал/м3 очищаемого газа.

В настоящее время более распространены печи термического обезвреживания с использованием циклонного принципа движения га- зов. Циклонный принцип обеспечивает интенсивное перемешивание потоков и, как следствие, эффективное дожигание при меньших (0,1 - 0,5 с), чем в камерных печах, временах пребывания газов в реакцион-

ной камере. Такие печи применяют для дожигания газов в производст- ве битума, синтетических жирных кислот, на нефтеперерабатывающих заводах, в цехах эмалирования проводов электротехнических предпри- ятий. Циклонное движение газов позволяет значительно снизить рас- ходы тепла (до 200 ккал/м3 очищаемого газа) по сравнению с камер- ным дожиганием.

В отдельную группу аппаратов выделяют установки со струйным смешением компонентов, подлежащих обезвреживанию. Основной элемент конструкции таких аппаратов - горелка со стабилизатором, выполненным в виде тела плохо обтекаемой формы, которое создает высокую турбулентность. Использование таких горелок, устанавли- ваемых в потоке очищаемого газа, позволило понизить температуру

глубокой очистки газов от СО и СН4 по сравнению с камерными печа- ми на 15О - 200 оС.

В ряде случаев кислородсодержащие выбросы сжигают в топках котельных и других технологических агрегатов, где загрязненный воз- дух используется в качестве дутьевого. Степень очистки газов таким способом от органических кислот и альдегидов достигает 99 - 100 %. Процессы термического обезвреживания применяют при производстве технического углерода.

Одним из наиболее экономичных и перспективных методов счи- тается термическое обезвреживание с использованием регенеративных теплообменников. Эти аппараты состоят из камеры горения и двух (или более) слоев регенеративной насадки. Периодическое изменение направления движения обезвреживаемых газов через слои насадки, ли- бо вращение слоев насадки при неизменном направлении движения га- зов обеспечивают регенерацию тепла горячих очищенных газов и на- грев исходного очищаемого газа.

В целом последние годы характеризуются активным развитием термических методов обезвреживания на основе регенеративного принципа теплообмена. В отдельных случаях делаются попытки со- вместить каталитические методы с термическим путем совместного размещения в аппарате, как горелок, так и слоев катализатора глубоко- го окисления. Термическое дожигание находит применение в самых различных отраслях промышленности. Простые варианты дожигания (например, факельные) используют на металлургических и химических (нефтехимических) предприятиях. Так, термическое дожигание широ- ко применяют для обезвреживания отходящих газов чугунолитейных вагранок. Основным горючим компонентом ваграночных газов являет- ся оксид углерода, содержание которого составляет 8 -15 об. %. При

содержании СО от 11 до 15 об. % газа с температурой 300 - 350 оС можно сжигать практически без затрат топлива.

Термическое обезвреживание применяют и для дожигания отхо- дящих газов алюминиевого и электродного производства. Выбросы, образующиеся в этом случае при прокаливании нефтяного кокса, со- держат от 12 до 23 об. % газообразных горючих компонентов (СО+Н2+СН4) и около 20 г/м3 коксовой пыли.

Особое значение для химических производств имеет термическое

дожигание газов, содержащих хлорорганические соединения. В усло- виях недостатка кислорода хлорорганические соединения окисляются не до элементарного хлора, а до НСl, который легко можно связать ще- лочью. Для дожигания хлорированных углеводородов используют также термическое разложение в плазмотронах или дуговых индукци- онных печах. Чтобы понизить температуру процесса и уменьшить ко- личество образующегося хлора, используют ультрафиолетовое облуче- ние, а также применяют вихревое дожигание.

Иногда для дожигания токсичных примесей газы пропускают над поверхностью расплавленного железа или алюминия. Не исключено, что образующаяся на поверхности металла оксидная пленка играет в этих случаях роль катализатора.

Большое внимание уделяется интенсификации существующих процессов термического дожигания, например, путем термического окисления примесей в кипящем слое жаропрочных частиц или посред- ством применения электродуговых печей.