劉 楓

一種可以分解二噁英及危險(xiǎn)煙氣的氫氧混合氣體焚燒裝置

劉 楓

（遼寧省經(jīng)濟(jì)發(fā)展總公司，遼寧 沈陽(yáng) 110032）

介紹了一種以堿性水溶液為電解質(zhì)原料，按氫氧固定比例生成的氫氧混合氣焚燒裝置。所述的氫氧混合氣加入到焚燒裝置后，對(duì)二噁英及危險(xiǎn)廢物煙氣焚燒具有快速分解效果：空氣過量系數(shù)α<1.05；煙氣中CO氧化速度加快；無二次污染；分解二噁英及危險(xiǎn)氣體，尤其是對(duì)含硫高的氣體分解效果更佳。

布朗氣；氣體焚燒；二噁英

近幾十年，由于對(duì)危險(xiǎn)廢物的不適當(dāng)處置，相繼引發(fā)了一些難以徹底消除的污染事件，因此針對(duì)當(dāng)前處理危險(xiǎn)廢物難度大的問題，我們通過加強(qiáng)分析研究、提高危險(xiǎn)廢物管理和不斷改進(jìn)和優(yōu)化處理技術(shù)水平，有效地解決和預(yù)防危險(xiǎn)廢物污染的發(fā)生。

目前，我國(guó)危險(xiǎn)性廢物產(chǎn)量逐年提高，而處置能力還存在較大缺口。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境治理的重視，為降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，針對(duì)那些危害性煙氣，需要選擇一種安全徹底的處置方法。在國(guó)外，如德國(guó)、美國(guó)的危險(xiǎn)廢物處理方法主要采用焚燒法。而我國(guó)處理方法主要有焚燒、填埋、海洋三種。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要考慮廢物的性質(zhì)，殘余物在處置后是否會(huì)導(dǎo)致二次污染等特性，同時(shí)還要考慮操作平穩(wěn)運(yùn)行及降低成本等因素。

本文介紹一種以堿性水溶液為電解質(zhì)原料，按氫氧固定比例生成的氫氧混合氣焚燒裝置。通過氫氧混合氣加入到焚燒裝置后提供了一種最大程度消除危險(xiǎn)廢物的方法，并在有害成分處理的徹底性、排除物的減量化、對(duì)多種復(fù)雜有機(jī)物的適應(yīng)性等許多方面優(yōu)于其他廢物處置技術(shù)，是解決危險(xiǎn)廢物污染隱患的一種最有效途徑。

1 氫氧混合氣

布朗氣又稱氫氧混合氣(Browns Gas)，是由澳大利亞科學(xué)家耶爾·布朗教授最早提出的。耶爾·布朗在20世紀(jì)60年代電解水時(shí)發(fā)現(xiàn)氣體體積增加一倍，即由氫原子與氧原子組成氣體而非氫氧分子組成的氣體，實(shí)驗(yàn)結(jié)果：36克布朗氣體燃燒放熱為442.4千卡，這正好是4克氫原子與32克氧原子燃燒發(fā)熱值，后人們稱之為“布朗氣體”。

氫氧混合氣是指通過特制的氫氧發(fā)生器以堿性水溶液為電解質(zhì)原料按氫氧生成2∶1比例的氫氧混合可燃?xì)怏w。氣體燃燒時(shí)，火焰溫度隨被加熱物體材質(zhì)的不同具有不同的燃燒溫度。氫氧氣的火焰溫度因材料材質(zhì)不同可在125～6 000 ℃之間變化。氫氧混合氣具有其他所有燃?xì)舛紵o法比擬的分子結(jié)構(gòu)與內(nèi)爆特性。氫氧燃燒火焰特點(diǎn)：點(diǎn)火間隙0.06 s；火焰的傳播速度相當(dāng)于氫氣的燃燒速度。

2 二噁英

二噁英無色無味、毒性、脂溶性物質(zhì)，是二噁英類簡(jiǎn)稱。它不是一種單一物質(zhì)，而是結(jié)構(gòu)和性質(zhì)都很相似的包含眾多同類物或異構(gòu)體的兩大類有機(jī)化合物。二噁英屬于毒性最強(qiáng)的化合物，它包括210種化合物，這類物質(zhì)非常穩(wěn)定，熔點(diǎn)較高，極難溶于水，常容易在生物體內(nèi)積累。它的毒性是氰化物的130倍，砒霜的900倍，具有劇毒性和強(qiáng)致癌性，可以嚴(yán)重干擾人體內(nèi)分泌系統(tǒng)。主要的污染源是化工冶金工業(yè)、垃圾焚燒、造紙等產(chǎn)業(yè)。

3 氫氧混合氣焚燒裝置特性

隨著國(guó)家工業(yè)化的快速發(fā)展，越來越多的危險(xiǎn)廢物需要通過焚燒進(jìn)行處置，危險(xiǎn)廢物焚燒處置中的二噁英生成主要是不完全燃燒造成的。氫氧混合氣體是由水電解生產(chǎn)的氫氣與氧氣混合氣體組成。特性是：直燃無輻射，熱流速快，瞬間點(diǎn)火熱值高。現(xiàn)利用特制的“焚燒裝置”在其穩(wěn)壓、常溫、對(duì)流旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，使其火焰形成“囚籠狀”，讓煙氣從氫氧火焰密集的“囚籠”中充分穿行，利用熱解達(dá)到煙氣分解。

圖1 燃燒器

在垃圾焚燒飛灰中含有大量二噁英，我們必須對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)化處理。實(shí)質(zhì)上高溫焚燒是一種熱氧化過程，生成水和二氧化碳、酸性氣體產(chǎn)物、粉塵和不可燃燒物質(zhì)。決定危險(xiǎn)廢物焚燒完全性的最關(guān)鍵因素是焚燒溫度、停留時(shí)間，而且焚燒過程中要進(jìn)行合適的調(diào)節(jié)與控制。最優(yōu)焚燒條件是高溫，焚燒溫度范圍一般為900～1 300 ℃。在正常焚燒溫度下，在焚燒裝置中停留時(shí)間1～2 s。一般在焚燒裝置中高溫氣態(tài)廢物的足夠停留時(shí)間和過量的氧氣較易控制，湍流的產(chǎn)生可以通過科學(xué)的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。如使用氫氧混合氣加入到焚燒裝置燃燒，保證了焚燒處置的最優(yōu)條件，像PCBs這樣的難分解物亦可完全有效地破壞。

4 氫氧混合氣焚燒裝置的二噁英與危險(xiǎn)煙氣焚燒效果

氫氧混合氣體加入到特定焚燒裝置中，對(duì)二噁英及危險(xiǎn)煙氣焚燒時(shí)，因無空氣介入，空氣過量系數(shù)α<1.05。焚燒垃圾有機(jī)物因不完全燃燒產(chǎn)生五氯酚，在爐膛尾部形成二噁英，引入特殊氫氧混合氣焚燒方式使碳黑和煙氣排放同步大幅降低，分解了五氯酚生成帶來的二噁英和碳黑顆粒吸附的二噁英。電解水生產(chǎn)的氫氧氣屬堿性水溶液氣體，氣體堿的氧化性氣氛對(duì)二噁英有抑制作用。氧濃度小于2％時(shí)二噁英生成很少，利用氫氧氣催化燃燒無需注入任何其他物質(zhì)就可以燃燒（因?yàn)闅溲趸旌蠚怏w中氫氣含量66％，氧氣含量33%），所以α取到極小值小于1.05，煙氣中氧含量小于0.2％～0.3％。

5 結(jié)束語(yǔ)

氫氧混合氣催化燃燒裝置特點(diǎn)：

（1）氫氧混合氣焚燒中CO的氧化反應(yīng)速度明顯加快，煙氣焚燒效率顯著提高；

（2）綠色環(huán)保、無污染；

（3）可以分解二噁英及其他有害危險(xiǎn)氣體；

（4）安全、節(jié)能、環(huán)保，操作簡(jiǎn)單有廣泛使用性。

氫氧混合氣體焚燒裝置改變了傳統(tǒng)的焚燒處理方式，使用水作為燃料，耗能大幅度降低，可廣泛應(yīng)用于垃圾處理尾氣、危險(xiǎn)廢氣、熱電生產(chǎn)和工業(yè)加熱爐等領(lǐng)域，解決了垃圾處理中煙氣排放超標(biāo)問題，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

［1］ 賈同國(guó)，王銀山，李志偉.氫能源發(fā)展研究現(xiàn)狀[J].節(jié)能技術(shù)，2011, 29（3）：264-267.

［2］ 梁寶明，王耀軍.布朗氣(氫氧氣)的催化燃燒及其在危險(xiǎn)廢物焚燒上的應(yīng)用[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2006, 28（z1）：104-108.

A Kind of Hydrogen-oxygen Mixed Gas Incinerator for Treating Dioxin and Dangerous Flue Gas

（Liaoning Economic Development Corporation, Liaoning Shenyang 110032, China）

Hydrogen-oxygen mixture incinerator that can producehydrogen and oxygen from alkaline aqueous solution by electrolysis was introduced. After the hydrogen and oxygen mixture is added to the incineration device, dioxin and hazardous waste gas can be rapidly decomposed in the incinerator: excess air coefficient α is less than1.05; the speed of CO oxidation in flue gas is accelerated; there is no secondary pollution; the decomposition effect of dioxin and dangerous gases is better.

Brown gas; gas incineration;dioxin

2019-10-16

劉楓（1962-），男，遼寧省沈陽(yáng)市人，經(jīng)濟(jì)師，研究方向：布朗氣、電解水制氫。

TQ052.73

A

1004-0935（2020）02-0184-02