丙烯腈废液废气热力焚烧中氮氧化物控制

2016-08-11施晓玲安徽实华工程技术股份有限公司安徽合肥230091

低碳世界 2016年12期

关键词：丙烯腈焚烧炉废液

施晓玲（安徽实华工程技术股份有限公司，安徽　合肥　230091）

丙烯腈废液废气热力焚烧中氮氧化物控制

施晓玲（安徽实华工程技术股份有限公司，安徽合肥230091）

本文介绍一种通过热力焚烧集中处理丙烯腈废气废液的焚烧炉，系统阐述减少烟气中氮氧化物（NOx）排放的主要措施。

热力焚烧；丙烯腈；废气废液；氮氧化物

1　前言

降低烟气中氮氧化物（以下简称NOx），防止环境污染，是全世界范围共同面临的问题。丙烯/氨氧化制丙烯腈工艺产生的废气和废液因含有毒物质和VOC，必须经无害化处理后才能排放。当前，在国内丙烯腈废液无害化处理采用的方法是先通过多效蒸发，对废液进行浓缩，含有机物少的部分通过生化处理达标排放，含有机物多的部分通过热力焚烧的方法处理；丙烯腈废气可采用热力焚烧和催化氧化两种方法处理。

由日本经济产业省与中国国家发展计划委员会共同推进的绿色援助计划（GAP）中的丙烯腈装置环保节能示范项目，可将丙烯腈装置生产过程中排放的废气和废液引入焚烧炉，使其完全自燃，实现无害化，而且还能抑制焚烧过程中氮氧化合物的产生量。另外，还可用蒸汽回收的方法回收废热，作为工艺蒸汽加以综合利用，是一项既能保护环境，又能提高能量利用效率的技术。

2　热力焚烧NOx形成机理和控制方法

2.1NOx形成机理

在燃烧过程中，NOx生成的途径有：热力型NOx是空气中氮在高温（1400℃以上）下氧化产生；快速型NOx是由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基和空气中氮气反应生成HCN和N，再进一步与氧气作用以极快的速度生成NOx；燃料型NOx：是燃料中含氮化合物在燃烧中氧化生成的NOx。

2.2控制NOx生成的方法

控制NOx生成首先是合理的燃烧组织和燃烧控制，通常采用的方法有，减少燃烧最高温度区域范围，降低燃烧的峰值温度，降低燃烧的过量空气系数和局部氧浓度，控制燃料与空气的前期混合，提高入炉的局部燃料浓度，以及采用低氮燃烧器等。其次是从末端治理，控制烟气中排放的NOx，其技术措施：选择性非催化还原法（SNCR）和选择性催化还原法（SCR），其原理就是在含有NOx的尾气中喷入氨，尿素或者其它含氮化合物，使其中的NOx还原成N2和水。还原反应在较高的温度范围（850～1100℃）内进行，不需要催化剂，称为选择性非催化还原（SNCR）；还原反应在较低的温度范围（315～400℃）内进行，需要催化剂，称之为选择性催化还原（SCR）。

3　丙烯腈废气废液处理技术

3.1技术简介和特点

丙烯腈装置环保节能示范项目采用日本国巴布科克-日立株式会社多级分段低温焚烧和气相还原技术，将丙烯腈装置生产过程中产生的废气废液引入焚烧炉中集中处理，焚烧过程中产生的高温烟气经单锅筒的自然循环型锅炉回收废热，产生蒸汽回收利用，这样不仅能够降低助燃燃料消耗量，减少能耗，同时也节省了投资和运营成本。

丙烯腈装置环保节能示范项目采用直接燃烧法，以一定的过剩空气与被处理的废气废液在焚烧炉中进行氧化反应，废物中的有害物质在高温下氧化、分解而被破坏，使有害物质转化成无害物质后放空，避免了环境污染，同时可利用焚烧的高温烟气的余热产生蒸汽。其工艺技术具有如下特点：①能够同时焚烧有机物含量很低的废气和废液；②采用多级分段低温燃烧方法，废气废液中的可燃成分能完全燃烧并且可降低助燃用的燃料量；③利用CN-的还原性，还原燃烧过程中产生的NOx，减少了NOx排放量；④充分利用燃烧后高温烟气中热能产生4120kPa（G）、380℃的蒸汽，节约了能源。

3.2工艺流程简介

自丙烯腈装置吸收塔顶排出的尾气AOG（Absorber-off Gas）经水封罐（D-823），进入AOG加热器（E-815）加热至170℃左右后以适当的比例分别由焚烧炉（H-801）上、中、下三层喷嘴进入炉中焚烧。废液（WW）按一定的比例由分别设置在炉底及中、上层的废液喷嘴喷入炉中焚烧。焚烧炉所需的助燃空气通过空气鼓风机升压，进入空气加热器（E-817）加热至170℃左右，进入焚烧炉。

图1　

焚烧产生的高温烟气进入余热回收系统，首先与遮蔽锅炉（E-811）进行换热，烟气温度由860℃下降至795℃，进入过热蒸汽段（E-812），与废热锅炉产生的饱和蒸汽换热后，将蒸汽温度提高至410℃，烟气温度下降至691℃，进入废热锅炉段（E-813），在此与炉水换热，产生蒸汽，烟气温度进一步降低到276℃，再经锅炉给水预热段（E-814），将锅炉给水由130℃提高至208℃，烟气温度降至181℃，后由烟囱（H-802）排入大气。

4　NOx的控制

焚烧炉为底烧立式圆筒型，为保证废气废液中的可燃成分能完全燃烧，同时避免过多的NOx生成，采用了多级分段低温燃烧方法和气相还原技术。

4.1燃烧器和废液废气喷嘴设置

为使废液、废气和空气得以充分混合，辅助燃料由焚烧炉底部均布的六只燃烧器进入炉膛，为废液废气焚烧提供热量。在焚烧炉底部和中段分别设置六只废液喷嘴，上段设置三只废液喷嘴。在焚烧炉下段和中段分别设置六只废气喷嘴，在焚烧炉上段设置三只废气喷嘴。燃烧器和废液废气喷嘴在径向为均布，从而保证了焚烧炉径向温度场的均匀分布。废液废气喷嘴沿轴向分三段进入炉膛，在保证燃烧效率的前提下，降低了焚烧温度。

4.2温度场分布

炉膛底部温度1200℃，中部温度1400℃，上部温度1000℃，烟道气出炉膛温度设置在860℃。由于采用了分段燃烧的方法，为低温燃烧奠定了基础。众所周知，NOx生成的一般规律是燃烧环境中的氧气浓度越高，温度越高以及温度场越不均匀，生成量越大。当燃烧温度超过1000℃，NOx开始增加，特别是当燃烧温度高于1500℃以后，NOx生成量随温度按指数规律增加。采用低温燃烧，有效地抑制了NOx生成。

4.3过剩氧控制

助燃空气也由底部，中断和上段分三级进入，可根据焚烧炉燃烧状况调节其比例。将所需的总空气量（α＞1）沿着整个焚烧炉轴向分三级供入，形成“多级”燃烧区，控制燃烧区过量空气系数低于化学当量比。焚烧炉底部和中段的过量空气系数α＜1，在上段将剩余的空气量供入，使由于缺氧而剩余的未燃燃料和不完全燃烧产物得以补充燃烧，保证燃烧效率不降低。这时，虽然α＞1，但由于火焰温度已经降低，不会生成更多的NOx。

4.4气相还原技术

在丙烯腈废液废气中含有CH、CN等具有还原性的基团，由于采用分段燃烧和气相还原技术，利用CH、CN等基团的还原性，在焚烧炉底部和中部形成的NOx会进一步与CH、CN等反应，被还原成N2。