專利名稱：一種燃油脫除高濃度二氧化氮的方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種脫除氮氧化物的方法，具體地說是涉及一種燃油脫除高濃度二氧化氮的方法及其設(shè)備。
保護(hù)人類賴以生存的環(huán)境不被工業(yè)廢氣污染，已成為當(dāng)今迫在眉捷的課題，而且越來越受到公眾的關(guān)注。氮氧化物、硫氧化物、烴類一起構(gòu)成大氣的主要污染源。氮氧化物的排放量逐年增加，據(jù)推算全世界一年向大氣排放NOx7500萬噸左右，NOx是氮氧化物的總稱，包括一氧化氮、二氧化氮、四氧化二氮、氧化亞氮等。四氧化二氮很不穩(wěn)定，只有在其凝固點(diǎn)-11℃時(shí)才以純四氧化二氮存在。隨著溫度的升高，四氧化二氮發(fā)生分解，分解產(chǎn)物為二氧化氮。一氧化氮排入大氣后逐漸與大氣中的氧或臭氧結(jié)合生成二氧化氮。二氧化氮是氮氧化物中最穩(wěn)定的氣體。但在陽光作用下，二氧化氮也會(huì)和氧或臭氧作用生成氧化亞氮，氧化亞氮在高空同溫層中會(huì)破壞臭氧層，氮氧化物對人體和動(dòng)植物有很大的危害，大氣中NO2含量達(dá)到150ppm時(shí)，對人的呼吸器官有強(qiáng)烈刺激，會(huì)發(fā)生肺水腫，NO2含量達(dá)到500ppm時(shí)，短時(shí)間內(nèi)就會(huì)有致命的危險(xiǎn)。NO2還參與光化學(xué)煙霧的形成，光化學(xué)煙霧的危害極其嚴(yán)重，對人、動(dòng)物具有致癌作用，可使植物一夜之間由綠色變成褐色，造成農(nóng)作物大面積減產(chǎn)，形成酸雨破壞植物的根部，毀壞森林。
為了減少或消除這些污染，人們研究開發(fā)了各種各樣的方法，其中脫除氮氧化物的方法有催化還原法、化學(xué)吸收法、物理吸附法等。催化還原法是采用活性炭、氫氣、一氧化碳?xì)?、氨氣等作為還原劑，在催化劑床層上進(jìn)行催化還原反應(yīng)來脫除氮氧化物，具有脫除率高，殘余氮氧化物低，無二次污染等優(yōu)點(diǎn)。但該反應(yīng)是在固態(tài)催化劑床層上直接接觸完成，催化燃燒為一放熱反應(yīng)，反應(yīng)劇烈，受氣固反應(yīng)傳熱慢的限制，放出的熱量集中不易帶出，致使溫度難以控制，一旦飛溫，會(huì)造成催化劑壽命縮短和失活，而且要求反應(yīng)器需耐高溫，這就使得設(shè)備造價(jià)昂貴。氮氧化物為強(qiáng)氧化劑，還原劑與氮氧化物在反應(yīng)器內(nèi)直接接觸，若氣體濃度控制不當(dāng)，容易造成爆炸，操作難度大。因此，在處理廢氣時(shí)，氮氧化物濃度不宜過高，對于排出的高濃度的氮氧化物廢氣必須采用惰性氣體稀釋的方法，這樣就勢必延長了處理時(shí)間，增加了處理廢氣的成本。許多污染源排放的廢氣中，含有催化劑毒物，易使催化劑中毒，限制了使用。
化學(xué)吸收法是采用堿、氨或尿素等堿性水溶液吸收氮氧化物，該法要求吸收劑具備良好的吸收性能，吸收設(shè)備要求阻力小，氣液兩項(xiàng)接觸面積大，一般采用多級吸收方式，使得設(shè)備龐大，而且產(chǎn)生的吸收液需再處理，否則產(chǎn)生二次污染。
物理吸附法一般是利用對NOx具有吸附性能好的吸附劑吸附NOx，為增強(qiáng)吸附性能，可以采用變壓吸附或變溫吸附等方式，但由于受吸附劑吸附容量的限制一般設(shè)備體積龐大，而且需頻繁再生，脫附出的氣體需經(jīng)再處理以消除二次污染，而且只適合于低濃度的NOx廢氣的處理，對于高濃度的NOx廢氣不能采用該方法處理。
本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種燃油脫除高濃度氮氧化物、且成本低，無污染的方法及其專用設(shè)備。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的點(diǎn)燃燃油燃燒爐，當(dāng)爐內(nèi)溫度達(dá)到500℃時(shí)，通入NO2廢氣，NO2廢氣的通入采用與一次風(fēng)混合通入的方式，NO2廢氣進(jìn)入燃燒爐后與燃油進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，生成N2,CO2,H2O。以煤油為例說明反應(yīng)原理如下以其平均分子式C12H26為代表表示反應(yīng)式如下(1)同時(shí)在高溫下部分氧化氮會(huì)發(fā)生分解(常溫) (2)(620℃)(3)(900℃以上) (4)(5)本發(fā)明脫除高濃度NO2的方法包括如下步驟(1)將空氣分成兩級通入燃燒爐內(nèi)吹掃，使一次空氣過剩系數(shù)為0.5-1.3，二次風(fēng)通入后總空氣過剩系數(shù)為1.05-5，然后通入燃油點(diǎn)燃，預(yù)熱爐體；(2)當(dāng)燃燒爐內(nèi)溫度達(dá)到500℃時(shí)，將含有NO2體積百分濃度為10-100％的廢氣與一次空氣混合后通入燃燒爐內(nèi)，燃油對廢氣的處理量是1Kg燃油處理1-3m3純NO2氣；(3)NO2廢氣通入燃燒爐的同時(shí)，調(diào)節(jié)一次空氣的通入量，使一次空氣和NO2的總氧化劑過剩系數(shù)保持在0.5-O.95，爐內(nèi)火焰溫度為800-1500℃；(4)通入二次空氣，使未完全燃燒完，過剩的燃油進(jìn)行二次燃燒。
如上所述的燃油還可以是航空煤油、普通煤油，柴油等可燃性液體。
如上所述的廢氣中可含有NO2、N2O4、N2O等NOx氣體，可以是單一成分也可是幾種成分。
如上所述的燃燒爐的廢氣處理能力最好是1kg燃油處理1-2M3純NO2氣。
為了實(shí)現(xiàn)脫除高濃度NO2的目的，設(shè)計(jì)制作了專用的燃燒爐，包括爐體、主燃燒器、點(diǎn)火器、一次空氣入口、廢氣入口、二次空氣入口，主燃燒器、點(diǎn)火器裝在爐子的封頭上，其特征在于一次空氣入口與廢氣入口連通并裝在主燃燒器上，主燃燒器的前端裝有氣體分布板，一次空氣與廢氣混合通入爐膛，爐體外部有空氣夾套，二次空氣入口與空氣夾套連通，空氣夾套內(nèi)爐體圓周上均布有二次空氣分布孔且設(shè)有三級，二次空氣分布孔與空氣夾套、爐膛連通。
所述的氣體分布板可以是圓環(huán)板，其上開著8-24個(gè)縫。
如上所述的二次空氣分布孔的數(shù)量為第一級4個(gè)，第二級8個(gè)，第三級12個(gè)。
如上所述的焚燒爐所用的燃料油可以是航空煤油、普通煤油或柴油。
使用該爐時(shí)，從一次空氣入口按空氣過剩系數(shù)為0.5-1.3的氣量通入一次空氣，二次空氣通入后總空氣過剩系數(shù)為1.05-5，打開點(diǎn)火器，主燃燒器通入的燃料油被點(diǎn)燃，從測溫孔測爐內(nèi)溫度，當(dāng)爐內(nèi)溫度達(dá)到500℃時(shí)，從廢氣入口通入10-100％的二氧化氮廢氣，同時(shí)調(diào)整一次空氣進(jìn)氣量，使?fàn)t內(nèi)一次空氣和二氧化氮總氧化劑的過剩系數(shù)為0.5-0.95，二次空氣通入后保證總空氣過剩系數(shù)為1.05-5，以保證完全燃燒，排放尾氣經(jīng)取樣孔取樣分析，達(dá)到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1．工藝簡單，操作容易，啟動(dòng)快，安全可靠，投資省，運(yùn)行費(fèi)用低。
2．可處理的NO2廢氣濃度高，范圍廣，濃度為含NO2體積濃度為10-100％范圍內(nèi)的廢氣，均可采用本焚燒爐進(jìn)行處理。
3．被處理的NO2廢氣可以是連續(xù)的或不連續(xù)的供給，廢氣濃度和氣量可以是穩(wěn)定的也可以是變化的，波動(dòng)的。
4．所處理的廢氣成分不局限于NO2，所有NOx廢氣均可采用本方法處理。
5．排放尾氣中NO2含量小于600PPm，廢氣處理徹底，不產(chǎn)生二次污染。達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。
6．設(shè)備簡單，也可以做成移動(dòng)式的處理裝置，隨時(shí)對NO2廢氣進(jìn)行處理。
本發(fā)明的實(shí)施例結(jié)合


如下實(shí)施例1圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1的A-A剖視圖。
圖3是氣體分布板的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是圖3的左視圖。
圖5是圖3的B-B剖視圖。
如圖所示1是一次空氣入口，2是廢氣入口，3是主燃燒器，4是點(diǎn)火器，5是主燃燒器燃油噴嘴，6是氣體分配板，7是二次空氣入口，8是爐體，9是二次空氣分布孔，10是空氣夾套，11是測溫孔，12a、12b和12c是觀火孔，13是煙囪，14是取樣孔。
爐體8為筒形，點(diǎn)火器4、主燃燒器3，裝在爐子封頭上，爐子封頭上還裝有觀火孔12a和12b，一次空氣入口1、廢氣入口2設(shè)在主燃燒器3上，主燃燒器3前端裝有氣體分布板6，一次空氣和廢氣混合后，經(jīng)過氣體分布板6后呈旋轉(zhuǎn)方式通入，與在一定油壓下經(jīng)燃油噴嘴噴出呈霧化狀的燃油充分混合燃燒。爐體8外部裝有空氣夾套10，二次空氣入口設(shè)在空氣夾套10上，爐體8圓周上設(shè)有二次空氣分布孔9，且在爐體8上設(shè)有三級二次空氣分布孔，第一級靠近爐頭，二次空氣分布孔9與空氣夾套10，二次空氣入口7、爐膛連通，二次空氣首先進(jìn)入爐體的環(huán)形空氣夾套內(nèi)預(yù)熱后，再經(jīng)二次空氣分布孔9進(jìn)入爐膛內(nèi)，使未完全燃燒的燃油繼續(xù)燃燒完全，空氣夾套10另一作用是隔熱，降低爐壁溫度。點(diǎn)火器4自成系統(tǒng)，帶有油泵、風(fēng)扇、電子打火及保護(hù)系統(tǒng)，點(diǎn)火時(shí)只需將電源接通，按下啟動(dòng)按鈕，點(diǎn)火器將自動(dòng)啟動(dòng)，燃燒并將主燃燒器3點(diǎn)燃。測溫孔11用來監(jiān)測排氣溫度，燃燒尾氣由煙囪13排空排入大氣，尾氣成分由取樣孔14取樣分析。
從一次風(fēng)進(jìn)口通入一次空氣，調(diào)節(jié)流量為12m3/h(即一次空氣過剩系數(shù)為0.74)，由二次風(fēng)進(jìn)口7通入二次空氣22m3/h，點(diǎn)燃點(diǎn)火器，然后啟動(dòng)主油泵，主燃燒器燃燒，進(jìn)油量為1.54kg/h，穩(wěn)定燃燒20分鐘，預(yù)熱爐體，隨后由廢氣進(jìn)口通入10m3/h的含NO210％的廢氣，廢氣進(jìn)入爐體后即與煤油燃燒，總氧化劑過剩系數(shù)為2.4，排放尾氣經(jīng)取樣孔13取樣分析，尾氣中NO2殘余量小于400PPm，總烴為5.5mg/m3，達(dá)到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)施例2其它條件同實(shí)施例1， 只是將一次風(fēng)量改為22M3/h(一次風(fēng)系數(shù)為0.6)，二次風(fēng)量改為18M3/h，煤油進(jìn)料量改為3.5kg/h，廢氣處理量不變?yōu)?0M3/h，含量變?yōu)?0％，總氧化劑過剩系數(shù)為1.47，排放尾氣經(jīng)分析，NO2含量小于400PPm，尾氣中其它排放物均達(dá)到國家規(guī)定的排放要求。
實(shí)施例3其它條件同實(shí)施例1，只是將一次風(fēng)量改為10M3/h，(一次風(fēng)過剩系數(shù)為0.22)，二次風(fēng)量改為18M3/h，煤油進(jìn)料量為4.42kg/h，廢氣處理量10M3/h，廢氣中NO2含量為50％，總氧化劑過剩系數(shù)為1.12，尾氣分析結(jié)果NO2含量小于100PPm，其它物資含量均達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)施例4其它條件同實(shí)施例3，只是將廢氣處理量改為5M3/h，廢氣中NO2含量為100％，尾氣分析結(jié)果NO2含量小于400PPm，尾氣中其它物資的含量達(dá)到國家規(guī)定的排放要求。
實(shí)施例5其它條件同實(shí)施例1．只是將煤油改為航空煤油，尾氣分析結(jié)果NO2殘余量小于400PPm，其它排物均達(dá)到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)施例6其它條件同實(shí)施例1，只是將煤油改為柴油尾氣分析結(jié)果NO2殘余量小于400PPm，其它排放物均達(dá)到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1．一種燃油脫除高濃度二氧化氮的方法，其特征在于(1)將空氣分成兩級通入燃燒爐內(nèi)吹掃，使一次空氣過剩系數(shù)為0.5-1.3，二次風(fēng)通入后總空氣過剩系數(shù)為1.05-5，然后通入燃油點(diǎn)燃， 預(yù)熱爐體；(2)當(dāng)燃燒爐內(nèi)溫度達(dá)到500℃時(shí)，將含有NO2濃度為10-100％的廢氣與一次空氣混合后通入燃燒爐內(nèi)，燃油對廢氣的處理量是1Kg燃油處理1-3m3純NO2氣；(3)NO2廢氣通入燃燒爐的同時(shí)，調(diào)節(jié)一次空氣的通入量，使一次空氣和NO2的總氧化劑過剩系數(shù)保持在0.5-0.95，爐內(nèi)火焰溫度為800-1500℃；(4)二次空氣保持不變，使未完全燃燒掉過剩的燃油進(jìn)行二次燃燒。
2．如權(quán)利要求1所述的一種燃油脫除高濃度二氧化氮的方法，其特征在于所述的燃油是航空煤油、普通煤油或柴油。
3．如權(quán)利要求1所述的一種燃油脫除高濃度二氧化氮的方法，其特征在于所述的廢氣中可含有NO2、N2O4、N2O、NOx氣體，可以是單一成分也可是幾種成分。
4．如權(quán)利要求1所述的一種燃油脫除高濃度二氧化氮的方法，其特征在于所述的燃燒爐的廢氣處理能力是1kg燃油處理1-2M3純NO2氣。
5．一種燃油脫除高濃度二氧化氮的焚燒爐，包括爐體(8)、主燃燒器(3)、點(diǎn)火器(4)、一次空氣入口(1)、廢氣入口(2)、 二次空氣入口(7)，主燃燒器(3)、點(diǎn)火器(4)裝在爐子的封頭上，其特征在于一次空氣入口(1)與廢氣入口(2)連通并裝在主燃燒器(3)上，主燃燒器(3)的前端裝有氣體分布板(6)，一次空氣與廢氣混合通入爐膛，爐體(8)上有空氣夾套(10)，二次空氣入口(7)與空氣夾套(10)連通，空氣夾套(10)內(nèi)爐體(8)圓周上均布有二次空氣分布孔(9)，且在爐體(8)上有三級二次空氣孔(9)，二次分布孔(9)與二次空氣入口(7)、空氣夾套(10)以及爐膛連通。
6．如權(quán)利要求5所述的一種燃油脫除高濃度二氧化氮的焚燒爐，其特征在于所述的氣體分布板(6)是圓環(huán)板，在其上均勻地開著8-24條縫。
7．如權(quán)利要求5或6所述的一種燃油脫除高濃度二氧化氮的焚燒爐，其特征在于所述的二次空氣分布孔(9)的數(shù)量為第一級4個(gè)，第二級8個(gè)，第三級12個(gè)。
全文摘要
一種燃油脫除高濃度二氧化氮的方法及其設(shè)備,以燃料油為原料,燃燒后,通入10—100%體積百分比濃度的二氧化氮?dú)怏w一同燃燒,生成水、二氧化碳和氮?dú)?達(dá)到處理氮氧化物的目的。具有工藝簡單、操作容易、設(shè)備簡單、燃燒尾氣中的二氧化氮?dú)堄嗔啃∮?00ppm,總氮氧化物殘余量小于600ppm。
文檔編號(hào)F23G7/06GK1303726SQ9912626
公開日2001年7月18日 申請日期1999年12月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月22日
發(fā)明者徐克俊, 李雯, 周東興, 蘇化東, 鄭質(zhì)文, 曹立仁, 劉占卿, 楊進(jìn)峰, 董根全, 史建中, 竇忠亭, 何學(xué)民, 劉東勛, 李毅, 周巍, 馬小云, 張舒清, 鄧惠平, 崔富梅, 劉蘭英 申請人:中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所