是把可燃的有害氣體的溫度提高到反應溫度，使其進行氧化分解的淨化方法。這裡所說的以熱力燃燒淨化有害氣體時並無火焰，而是依靠熱力，即用提高溫度的方法，把廢氣中可燃的有害組分氧化銷毀。
基本介紹
- 中文名：熱力燃燒
- 外文名：Thermal combustion
- 條件：反應溫度、駐留時間、湍流混合
- 性質：燃燒
- 包括：輔助燃料燃燒以提供熱量
- 設備：焰燃燒器系統和離焰燃燒器系統
- 作用：將廢氣中可燃的有害組分氧化銷毀
基本理論,燃燒條件,過程,設備,流程,設備,套用,
基本理論
火焰傳播理論
在熱力燃燒過程中，一般認為，只有燃燒室的溫度維持在760～820℃，駐留時間為0.5s時，有機物的燃燒才能比較完全。而達到這個溫度範圍是依靠火焰傳播過程來實現的。火焰傳播的理論分為兩大類。
熱傳播理論
這類理論認為：火焰傳播是依靠燃燒時所放出的熱量加熱周圍的氣體，使其達到燃燒所需要的溫度而實現的。因此，能否實現火焰傳播主要與三個方面的因素有關：
① 混合氣體中的含氧量；
② 混合氣體中含有可燃組分的濃度；
③ 輔助燃料燃燒過程中所放出的熱量。當燃燒過程中放出的熱量不足以使周圍的氣體達到燃燒所需要的溫度，火焰自然不能向外傳播；當助燃廢氣中的含氧量不足，燃燒過程難以進行，火焰也不能傳播出去。例如：丙烷氣體在空氣當中很容易燃燒，但在氧和氮各占12%和88%的氣體中，丙烷燃燒非常困難。此外，混合氣體中可燃組分的濃度與火焰能否傳播有著緊密的聯繫。濃度過低，燃燒過程不能實現；濃度過高時，由於沒有足夠的氧而使得廢氣不能在正常的著火溫度下產生燃燒反應，因而火焰也得不到傳播。人們將這種能夠維持火焰傳播的濃度範圍稱為爆炸極限。使用燃燒法處理各種有機廢氣的過程中，爆炸極限的範圍是至關重要的。
自由基連鎖反應理論
該種理論認為：在燃燒室中，火焰之所以能夠進行很快的氧化反應，就是因為火焰中存在著大量活性很大的自由基。由於自由基是具有不飽和價的自由原子或原子團，極易同其他的原子或自由基發生連續的連鎖反應，而使得火焰得以傳播。
燃燒條件
熱力燃燒多用於處理可燃組分含量較低的廢氣。在熱力燃燒中，要淨化的廢氣不是作為維持燃燒所用的燃料，而是燃燒的對象。在含氧量足夠時，還可作為助燃氣體。熱力燃燒可在540～820℃進行。
在熱力燃燒中，空氣中有害的可燃組分經氧化作用生成CO2和H2O。大部分物質在溫度760～820℃和駐留時間0.1～0.3秒內即可變化完全，大多數碳氫化合物在溫度590～650℃就很快地被氧化，但CO-CO2的氧化過程卻需要較高的溫度和較長的駐留時間。一般熱力燃燒的反應溫度為760～820℃，這就需要用輔助燃料燃燒供熱，以達到這個反應溫度。輔助燃料不能直接與全部要淨化處理的廢氣混合，因為這樣會使其濃度低於燃燒下限，以致不能維持燃燒。通常先用一半的廢氣(含有足夠氧氣時)使輔助燃料燃燒達到1370℃左右，再與其餘廢氣混合達到760℃的反應溫度。一般燃燒爐設計的總駐留時間為0.5秒。
熱力燃燒的條件是廢氣與氧氣在反應溫度下有充分的接觸時間。這就是在供氧充分的情況下，熱力燃燒的三個要素，即反應溫度、駐留時間、湍流混合。這“三T條件”從定性來看，是互相關聯的，在一定範圍內改變一個條件，其他兩個條件則可降低要求。例如，提高反應溫度可以縮短駐留時間，並可降低湍流混合的要求。同樣，充分湍流混合也可降低對溫度和時間的要求。大多數碳氫化合物每1%爆炸下限濃度所含熱值，大約可使氣體升溫15.3℃。採用熱力燃燒時，一般應將廢氣的可燃組分濃度控制在25%爆炸下限，以防止由於混合物比例及爆炸範圍的偶然變化，可能引起的爆炸或回火。
過程
熱力燃燒是將輔助燃料燃燒產生的高溫燃氣與有毒有害廢氣混合，使其溫度達到可燃組分的自燃點以上，並使有毒有害廢氣在燃燒爐中駐留一段時間，以完成熱化學轉化過程。若在有毒有害物質的廢氣中含有足夠的氧，就可以用部分廢氣助燃以輔助燃料燃燒，這部分廢氣被稱為助燃廢氣。輔助燃料燃燒後產生的高溫燃氣再與其餘部分廢氣混合，進而使混合氣體達到其中的有毒有害物質氧化分解的溫度。如果有毒有害物質含於惰性氣體中，在燃燒淨化時，則需專門提供空氣或氧氣助燃。
熱力燃燒可分為三個過程：
① 輔助燃料用廢氣或空氣助燃燃燒—提供熱量；
② 廢氣與高溫燃氣的混合—達到反應溫度；
③ 廢氣中可燃有害組分的氧化分解—保持廢氣於反應溫度所需的駐留時間。
設備
流程
熱力燃燒法的另一個要點，是不能把所需燃料與全部廢氣相混合，而是用一部分廢氣來助燃，然後把另一部分廢氣(旁通廢氣)與高溫燃氣混合，以達到反應溫度。因為使廢氣升溫至760℃所需的燃料，不能維持全部廢氣處於燃燒狀態，維持穩定燃燒的溫度不能低於1 150～1 320℃，否則就會熄火。熱力燃燒的“三T條件”中的湍流混合，就是希望旁通廢氣與高溫燃氣處於較強的湍流狀態，很快地達到分子混合水平，使廢氣中有害組分的分子能得到升溫和氧化。
設備
熱力燃燒爐的主體結構分為燃燒器和燃燒室兩部分。
燃燒器的作用是通過燃燒輔助燃料以產生高溫燃氣，而燃燒室是使高溫燃氣與冷廢氣(旁通廢氣)湍流混合達到反應溫度，並保持所需的駐留時間。已銷毀過而含有大量熱量的廢氣通過熱回收設施後排空。按燃燒器不同形式，熱力燃燒爐可以分為配焰燃燒器系統和離焰
燃燒器系統兩大類。
(1) 配焰燃燒器系統
配焰燃燒器是將燃燒火焰配布成許多小火焰，布點成線，使廢氣分別圍繞著這些小火焰點流過去，以此達到迅速完全的湍流混合。由於廢氣與高溫燃氣在輔助燃料所燃燒的火焰處就開始分成許多小股混合的情況，有利於在短距離內的混合。該系統混合時間短，使燃燒反應時間相對較多，燃燒反應完全，淨化效率高。燃燒器火焰間距一般為30cm。燃燒室直徑為60～300cm，其尺寸要保證氣體有足夠的停留時間(一般為0.3～0.5s)和適當的湍流度(一般氣體速度達4.5-7.5m/s)，長徑比取2～6。配焰燃燒系統不適用於含氧低於16%，需補充空氣助燃的缺氧廢氣；不適用於含有焦油、顆粒物等易沉積於燃燒器的廢氣處理；不適用於燃料油供熱，僅適用於燃料氣供熱。
(2) 離焰燃燒器系統
這種燃燒器是燃料與助燃空氣(或廢氣)先通過燃燒器燃燒，產生高溫燃氣，然後與廢氣(旁通廢氣)在燃燒室混合，氧化銷毀廢氣。其特點是高溫燃氣的產生與混合，是分開進行的。離焰燃燒器由於沒有像配焰燃燒器那樣把火焰與廢氣一起分成許多小股，高溫燃氣與廢氣(旁通廢氣)的混合不如配焰燃燒器好，橫向混合往往較差，可採用軸向火焰噴射混合、切向或徑向進廢氣與燃料氣、燃燒室設定擋板等改進措施，還要保持0.5s左右的停留時間。離焰燃燒器可以燒燃料氣或燃料油，可用廢氣或空氣助燃，火焰大小容易調節，製作較簡單。
(3) 利用鍋爐燃燒室進行熱力燃燒
目前，很多工廠採用加熱爐或鍋爐燃燒室作為熱力燃燒的設備。由於大多數加熱爐或鍋爐燃燒室的溫度都超過1000℃，停留時間在0.5～3s，基本能滿足熱力燃燒的“三T”條件。與前述的專用熱力燃燒爐相比，利用鍋爐兼作燃燒淨化爐是一個經濟而有效的方法，其設備投資費用大大減少，運行費用和輔助燃料消耗均大為減少，無需再考慮熱量回收和利用的問題。不足之處是如果廢氣流量過大，可使傳熱效率下降、鍋爐消耗的燃料增加和壓降增大；鍋爐的燃燒器、傳熱管可能因黏附廢氣不完全燃燒所產生的殘留物而使維護費用增加；若用蒸汽的時間與廢氣處理的時間不一致，則會造成浪費。
為保證鍋爐燃燒室燃燒完全，廢氣流量不宜過大，廢氣中含氧量應與燃燒所用空氣相當，儘量避免產生焦油、樹脂等。一般可將廢氣作助燃空氣使用(一次進風)，如果廢氣中含有高濕、腐蝕性的氣體或蒸汽，通常將廢氣在鍋爐燃氣流的下流側引進作為二次助燃空氣使用(二次進風)。
(4) 燃料消耗
熱力燃燒法需消耗一定的輔助燃料。按照熱量衡算，所需的輔助燃料只要滿足將全部廢氣升溫到反應溫度(760～820℃)的條件即可。廢氣中所含可燃組分的熱值，如果發揮出來，可減少輔助燃料的消耗。也就是說，如果廢氣中的可燃組分濃度愈高或廢氣的初始溫度愈高，則消耗的燃料就愈少。例如，廢氣中可燃組分的濃度達到50%LEL而無預熱，或者濃度達到25%LEL而預熱至430℃時，按熱量衡算，要達到760℃的反應溫度，可不需要輔助燃料。對大多數碳氫化合物來說，如要升溫至480-540℃，尚需一定量的輔助燃料，其目的是要將其所含的熱值發揮出來。
套用
熱力燃燒法能基本消除有害物而不產生廢水、廢渣，還對廢氣流量和成分變化具有較好的適應性，而且設備與工藝比較簡單。但大多數熱力燃燒都需要使用一定量的輔助燃料，故其運行費用較高。熱力燃燒廣泛地套用於塗裝作業、印刷、石油、化工、食品、黏結劑等生產過程中的有機物廢氣的淨化。
