施曉玲（安徽實華工程技術股份有限公司，安徽　合肥　230091）

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丙烯腈廢液廢氣熱力焚燒中氮氧化物控制

施曉玲（安徽實華工程技術股份有限公司，安徽合肥230091）

本文介紹一種通過熱力焚燒集中處理丙烯腈廢氣廢液的焚燒爐，系統(tǒng)闡述減少煙氣中氮氧化物（NOx）排放的主要措施。

熱力焚燒；丙烯腈；廢氣廢液；氮氧化物

1　前言

降低煙氣中氮氧化物（以下簡稱NOx），防止環(huán)境污染，是全世界范圍共同面臨的問題。丙烯/氨氧化制丙烯腈工藝產生的廢氣和廢液因含有毒物質和VOC，必須經無害化處理后才能排放。當前，在國內丙烯腈廢液無害化處理采用的方法是先通過多效蒸發(fā)，對廢液進行濃縮，含有機物少的部分通過生化處理達標排放，含有機物多的部分通過熱力焚燒的方法處理；丙烯腈廢氣可采用熱力焚燒和催化氧化兩種方法處理。

由日本經濟產業(yè)省與中國國家發(fā)展計劃委員會共同推進的綠色援助計劃（GAP）中的丙烯腈裝置環(huán)保節(jié)能示范項目，可將丙烯腈裝置生產過程中排放的廢氣和廢液引入焚燒爐，使其完全自燃，實現無害化，而且還能抑制焚燒過程中氮氧化合物的產生量。另外，還可用蒸汽回收的方法回收廢熱，作為工藝蒸汽加以綜合利用，是一項既能保護環(huán)境，又能提高能量利用效率的技術。

2　熱力焚燒NOx形成機理和控制方法

2.1NOx形成機理

在燃燒過程中，NOx生成的途徑有：熱力型NOx是空氣中氮在高溫（1400℃以上）下氧化產生；快速型NOx是由于燃料揮發(fā)物中碳氫化合物高溫分解生成的CH自由基和空氣中氮氣反應生成HCN和N，再進一步與氧氣作用以極快的速度生成NOx；燃料型NOx：是燃料中含氮化合物在燃燒中氧化生成的NOx。

2.2控制NOx生成的方法

控制NOx生成首先是合理的燃燒組織和燃燒控制，通常采用的方法有，減少燃燒最高溫度區(qū)域范圍，降低燃燒的峰值溫度，降低燃燒的過量空氣系數和局部氧濃度，控制燃料與空氣的前期混合，提高入爐的局部燃料濃度，以及采用低氮燃燒器等。其次是從末端治理，控制煙氣中排放的NOx，其技術措施：選擇性非催化還原法（SNCR）和選擇性催化還原法（SCR），其原理就是在含有NOx的尾氣中噴入氨，尿素或者其它含氮化合物，使其中的NOx還原成N2和水。還原反應在較高的溫度范圍（850～1100℃）內進行，不需要催化劑，稱為選擇性非催化還原（SNCR）；還原反應在較低的溫度范圍（315～400℃）內進行，需要催化劑，稱之為選擇性催化還原（SCR）。

3　丙烯腈廢氣廢液處理技術

3.1技術簡介和特點

丙烯腈裝置環(huán)保節(jié)能示范項目采用日本國巴布科克-日立株式會社多級分段低溫焚燒和氣相還原技術，將丙烯腈裝置生產過程中產生的廢氣廢液引入焚燒爐中集中處理，焚燒過程中產生的高溫煙氣經單鍋筒的自然循環(huán)型鍋爐回收廢熱，產生蒸汽回收利用，這樣不僅能夠降低助燃燃料消耗量，減少能耗，同時也節(jié)省了投資和運營成本。

丙烯腈裝置環(huán)保節(jié)能示范項目采用直接燃燒法，以一定的過?？諝馀c被處理的廢氣廢液在焚燒爐中進行氧化反應，廢物中的有害物質在高溫下氧化、分解而被破壞，使有害物質轉化成無害物質后放空，避免了環(huán)境污染，同時可利用焚燒的高溫煙氣的余熱產生蒸汽。其工藝技術具有如下特點：①能夠同時焚燒有機物含量很低的廢氣和廢液；②采用多級分段低溫燃燒方法，廢氣廢液中的可燃成分能完全燃燒并且可降低助燃用的燃料量；③利用CN-的還原性，還原燃燒過程中產生的NOx，減少了NOx排放量；④充分利用燃燒后高溫煙氣中熱能產生4120kPa（G）、380℃的蒸汽，節(jié)約了能源。

3.2工藝流程簡介

自丙烯腈裝置吸收塔頂排出的尾氣AOG（Absorber-off Gas）經水封罐（D-823），進入AOG加熱器（E-815）加熱至170℃左右后以適當的比例分別由焚燒爐（H-801）上、中、下三層噴嘴進入爐中焚燒。廢液（WW）按一定的比例由分別設置在爐底及中、上層的廢液噴嘴噴入爐中焚燒。焚燒爐所需的助燃空氣通過空氣鼓風機升壓，進入空氣加熱器（E-817）加熱至170℃左右，進入焚燒爐。

圖1　

焚燒產生的高溫煙氣進入余熱回收系統(tǒng)，首先與遮蔽鍋爐（E-811）進行換熱，煙氣溫度由860℃下降至795℃，進入過熱蒸汽段（E-812），與廢熱鍋爐產生的飽和蒸汽換熱后，將蒸汽溫度提高至410℃，煙氣溫度下降至691℃，進入廢熱鍋爐段（E-813），在此與爐水換熱，產生蒸汽，煙氣溫度進一步降低到276℃，再經鍋爐給水預熱段（E-814），將鍋爐給水由130℃提高至208℃，煙氣溫度降至181℃，后由煙囪（H-802）排入大氣。

4　NOx的控制

焚燒爐為底燒立式圓筒型，為保證廢氣廢液中的可燃成分能完全燃燒，同時避免過多的NOx生成，采用了多級分段低溫燃燒方法和氣相還原技術。

4.1燃燒器和廢液廢氣噴嘴設置

為使廢液、廢氣和空氣得以充分混合，輔助燃料由焚燒爐底部均布的六只燃燒器進入爐膛，為廢液廢氣焚燒提供熱量。在焚燒爐底部和中段分別設置六只廢液噴嘴，上段設置三只廢液噴嘴。在焚燒爐下段和中段分別設置六只廢氣噴嘴，在焚燒爐上段設置三只廢氣噴嘴。燃燒器和廢液廢氣噴嘴在徑向為均布，從而保證了焚燒爐徑向溫度場的均勻分布。廢液廢氣噴嘴沿軸向分三段進入爐膛，在保證燃燒效率的前提下，降低了焚燒溫度。

4.2溫度場分布

爐膛底部溫度1200℃，中部溫度1400℃，上部溫度1000℃，煙道氣出爐膛溫度設置在860℃。由于采用了分段燃燒的方法，為低溫燃燒奠定了基礎。眾所周知，NOx生成的一般規(guī)律是燃燒環(huán)境中的氧氣濃度越高，溫度越高以及溫度場越不均勻，生成量越大。當燃燒溫度超過1000℃，NOx開始增加，特別是當燃燒溫度高于1500℃以后，NOx生成量隨溫度按指數規(guī)律增加。采用低溫燃燒，有效地抑制了NOx生成。

4.3過剩氧控制

助燃空氣也由底部，中斷和上段分三級進入，可根據焚燒爐燃燒狀況調節(jié)其比例。將所需的總空氣量（α＞1）沿著整個焚燒爐軸向分三級供入，形成“多級”燃燒區(qū)，控制燃燒區(qū)過量空氣系數低于化學當量比。焚燒爐底部和中段的過量空氣系數α＜1，在上段將剩余的空氣量供入，使由于缺氧而剩余的未燃燃料和不完全燃燒產物得以補充燃燒，保證燃燒效率不降低。這時，雖然α＞1，但由于火焰溫度已經降低，不會生成更多的NOx。

4.4氣相還原技術

在丙烯腈廢液廢氣中含有CH、CN等具有還原性的基團，由于采用分段燃燒和氣相還原技術，利用CH、CN等基團的還原性，在焚燒爐底部和中部形成的NOx會進一步與CH、CN等反應，被還原成N2。

5　考核結果和結論

5.1環(huán)保節(jié)能示范項目考核結果（如表1）

表1　環(huán)保節(jié)能示范項目24h考核結果

5.2結論

（1）丙烯腈廢液廢氣可通過熱力焚燒集中處理。

（2）通過科學合理的流場、溫度場設置和燃燒組織，可保證丙烯腈廢液廢氣中的有害物質充分分解，同時抑制NOx的生成。

（3）利用丙烯腈廢液廢氣中CH、CN等基團的還原性，采用氣相還原技術，可進一步降低煙氣中的NOx。

［1］吳文生.BHK廢氣廢液處理技術在安慶石化丙烯腈裝置環(huán)保節(jié)能示范項目的應用.安徽化工，2003，29（4）.

［2］耿向東.丙烯腈裝置焚燒爐余熱回收系統(tǒng)積灰分析.石油化工設備技術，2006，27（3）.

2016-4-11

TQ226.6

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2095-2066（2016）12-0007-02