催化燃烧

可燃物在催化剂作用下燃烧 [2]  。与直接燃烧相比，催化燃烧温度较低，燃烧比较完全。催化燃烧所用的催化剂为含有贵金属和金属氧化物组成的物质。例如家用负载Pd或稀土化合物的催化燃气灶，可减少尾气中CO含量，提高热效率。负载0.2%pt的氧化铝催化剂，在500℃下，可将大多数有机化合物燃烧，脱臭净化到化学位移σ=1以下。催化燃烧为无焰燃烧，因此适用于安全性要求高的场合，如以H2和O2为原料的燃料电池、用汽油或酒精为原料的怀炉(催化剂为浸Pt)等。如消除化工厂NOx的烟雾，可加燃料到烟雾中，通过负载型铂和钯催化剂，催化燃烧使NOx转化为N2气。 采用适当的催化剂，使用有害气体中的可燃物质在较低的温度下分解、氧化的燃烧方法。

催化燃烧装置系统原理

然气燃料具有热值高、大气污染排放物少的优点，在一般情况下，的燃烧仍然会排放一定量的NO由于NO，具有对环境污染的影响，因此很有必要降低燃烧过程中N0，的排放量。近十多年的研究表明，催化燃烧技术完全可能解决上述问题，可以使得燃气燃烧达到低排放的标准，近于零排放，同时可以有效提高炉膛内热效率 [3]  。

燃烧器工作原理是当需要改变燃烧功率时，通过调节进入燃烧系统的混合燃气量来改变整个系统的能量。

国产催化燃烧装置的工作流程为:

1、废气前处理设备

2、气一气换热器

3、预热室

4、催化反应器

5、气一气换热器

6、净化气体排空

催化燃烧装置电控制系统

催化燃烧装置组成及功能

催化燃烧器电控制系统 [4]  由PLC控制器、文本显示器、变频调速器、点火器、紫外线传感器、热电偶等电控设备以及风机，另外由零压阀调节燃气与空气的比例。催化燃烧电气控制系统工作过程分为三个状态：燃烧器工作状态、停止状态及参数设定状态。在工作状态中又分为点火过程和燃烧过程。由安装的热电偶检测出温度，送文本显示器显示。PLc具有模拟量输入、输出模块，检测火焰燃烧信号和热电偶温度信号，将检测到的信号与设定的信号经过比较运算后，通过0～10 V电信号控制变频器的输出频率来调整风机的转速，保持燃烧器的燃烧温度，这就是构成以设定温度为基准的控制系统；自动检测燃烧器温度信号与设定的温度比较，输出各类报警信号或直接停机。显示器可以显示燃气流量、燃烧温度和变频器输出频率。设定参数和工作状态等信息；可以通过显示器在线调整运行温度参数，修改设定温度控制风机的运行。该系统还设有多种保护功能，尤其是较强的逻辑互锁功能，从而保证系统工作可靠，并且具有较为完善的控制功能。

催化燃烧装置工作原理

该系统工作过程主要划分为三种状态参数设定、燃烧运行和燃烧停止。

1．参数设定状态

此状态为燃烧工作之前做好数据的准备。可根据需要分别设定点火温度和变频器起动时的频率，控制风机的风量。点火温度是为了保证点火过程的可靠性。起动频率保证催化燃烧器在刚点燃时的有焰燃烧，这时的燃烧比不易太低，风量不能过大。

2．燃烧运行状态

(1)燃烧起动过程

当控制系统在待命的状态下，接到输入的起动命令，将进入燃烧运行状态，首先是控制系统进行自检，之后进行前吹扫，变频器输出信号控制风机的旋转，空气风量由低速渐变为高速再逐渐变为低速，新鲜空气风吹过燃烧炉盘，以保证炉内没有残留燃气的存在，保证点火过程的安全可靠。具体操作是变频器先起动，PLc模拟输出信号使变频器频率从起动设定频率开始上升，达到一定频率后保持一定时间后再下降，完成起动前的吹扫。之后，发出点火信号，高压点火器工作，同时打开点火管道的阀门，小火点燃。通过紫外线传感器的检测到期小火点燃后，打开主燃气阀门。这时催化燃烧炉盘进行有焰燃烧，直到检测温度信号达到设定的点火关闭温度，点火阀门关闭，完成点火过程，进入到燃烧调节阶段。

(2)燃空比的调定

有文献表明，催化燃烧时的“燃气/空气比值”范围一般在4%～11%之间；在一定的燃烧条件之下，燃/空比为6%时，就能实现较好的催化燃烧效果，燃烧系统就可以得到大的热效率，同时又能取得较好的排放效果。

本系统的燃气一空气比的调节是通过零压阀实现的。当改变风机的空气风量时，燃/空比也能随之被改变，以达到催化燃烧器燃烧工作的要求。在起动时只要调节输出变频器的频率就能达到点火时要求的从有焰燃烧到催化燃烧的燃/空比的变化。

(3)燃烧温度调节

燃烧器温度调节可以通过文本显示器的键盘输入，改变变频器的输出频率，调节适当的风量。当风量增大，燃烧温度超过设定值，则PLc控制变频器降低输出频率，减少出风量来稳定燃烧器的温度。若变频器输出频率低于设定值(风机出风量频率，设为5 Hz)，而出风量仍高于设定值时，PLc开始计时，若在一定时间内，降低到设定值，PLc放弃计时，继续变频调速运行；若在一定时间内温度仍高于设定，PLc将继续调节，直至达到设定值。由PLc经PID运算后控制变频器的频率输出；如温度不够，则频率上升，延时保持一定时间。反之亦然。

3．燃烧停止状态

燃烧器的停止是在接受到文本显示器发来的停止命令，首先将主燃气阀关断，然后，系统进行后吹扫，进行驱散残余燃气，并对燃烧盘进行强制风冷降温。经过一段时间之后，关闭风机，变频器停止工作，完成燃烧器停机过程。

催化燃烧装置分解氧化装置

催化燃烧装置原理说明

将有机废气直接引入催化燃烧装置，在开始阶段需通过电加热器将其温度升高至反应需要的温度，废气在催化催化剂作用发生氧化放热反应生成无害的H2O和CO2，分解后释放出的热量通过热交换器加热进入催化床的有机废气，当有机废气的浓度达到一定的浓度时，放热和热交换所需要热量达到平衡，无需电加热，通过自身平衡处理掉高浓度有机废气。上述过程可通过PLC系统控制柜全自动操作 [5]  。

催化分解法已成为净化高浓度有机废气的有效手段，特别适宜治理喷涂、油墨印刷等在烘干过程中排出的高浓度有机废气。因烘干废气温度和有机物浓度都较高，对分解反应及热量回收有利，减少设备运行及投资费用。

催化燃烧装置设备特点

1. 适合处理高温、高浓度、连续性产生的有机废气

2．不产生二次污染，设备投资及运行费用低；

3．催化低温分解，预热时间短，能耗低，催化剂使用寿命长，催化分解净化率高达97%以上；

4．设备运行稳定，可靠，活动件少，检修系统配备完善，操作维修方便；

5．整个运行过程中实现全自动化PLC控制，方便，可靠；

6．系统安全设施完善，配有阻火器，泄爆口，运行时出现的异常情况将报警并自动停机。

催化燃烧装置催化燃烧装置

HC型系列有机气体催化装置第六代产品已被国内外用户广泛地使用，取得了显著的环境效益、经济效益和社会效益。该产品采用了IEC—439国际标准生产。该产品以优良的性能、可靠的质量，获得了众多的殊荣，深受新老用户的一致好评 [6]  。

催化燃烧装置产品结构特点

HC型系列产品设计独特，布局合理、被广大用户和专家总结出以下特点：

1 .操作方便：设备工作时，实现自动控制。

2 .能耗低：设备启动，仅需15～30分钟升温至起燃温度，耗能仅为风机功率，浓度较低时自动补偿。

3 .安全可靠：设备配有阻火除尘系统、防爆泄压系统、超温报警系统及先进自控系统。

4 .阻力小，净化率高：采用当今先进的贵金属钯、铂浸渍的蜂窝状陶瓷载体催化剂，比表面积大。

5 .余热可回用：余热可返回烘道，降低原烘道中消耗功率；也可作其它方面的热源。

6 .占地面积小：仅为同行业同类产品的70%~80%，且设备基础无特殊要求。

7 .使用寿命长：催化剂一般8000小时更换，并且载体可再生。

催化燃烧装置设备应用范围

1. 可用于有机溶剂的净化处理（苯、醇、酮、醛、酯、酚、醚、烷等混合有机废气）。

2. 适用于电线、电缆、漆包线、机械、电机、化工、仪表、汽车、自行车、摩托车、发动机、磁带、塑料、家用电器等行业的有机废气净化。

3. 可用于各种烘道、印铁制罐、表面喷涂、印刷油墨、电机绝缘处理、皮鞋粘胶等烘干流水线，净化各工序产生的有机废气。

催化燃烧装置工艺流程

本装置是利用催化剂做中间体，使有机气体在较低的温度下，变无害的水和。

催化燃烧装置选型及注意

1. 废气成分中，不含下列物质：

有高粘性的油脂类。

磷、铋、砷、锑、汞、铅、锡。

高浓度的粉尘

2. 设备选型时，请注明废气成份、浓度及出口温度。

3. 设备安装场所无腐蚀性气体，并有良好的防雨措施。

4. 设备所需电源为：三相交流380V，频率50Hz。

催化燃烧装置不安全因素

在工业生产中，有大量的含苯类、醇类、酮类等有机废气散发。危害工人的健康并污染环境。80年代以来,催化燃烧装置作为一种治理有机废气污染的手段,在我国取得了相当大的成效。但是,在催化燃烧装置的设计、加工、应用过程中,还存在一些潜在的不安全因素。在北京、上海、沈阳等地就曾出现过因安全措施不得力而发生起火、爆炸的事故。因此,应用催化燃烧装置的安全问题应引起足够的重视。

事故隐患,重时装置将发生火灾和爆炸。为此,应统一制定关于催化燃烧治理有机废气的浓度控制标准或设计规范。除上述因素外,从技术角度考虑,以下几点不安全因素也值得注意:

一、有机气体的爆炸下限与温度有关。

通常,温度愈高,反应速度愈快,爆炸极限范围愈大。当进入催化燃烧装置的有机废气浓度过大时,催化燃烧装置的温度将会升高,加之自前国产催化燃烧装置均未设置废气浓度检测和控制设备,而温度升高后的有机废气的爆炸下限值将比手册给出的值要小,再加上装置中有机废气成分混合的不均匀性,在局部区域可能超过高温条件下废气的真实爆炸下限,则有爆炸的危险。

二、一般来讲，大多数有机废气中的有机成份在同样爆炸下限浓度下,所含的燃烧热值可视为相同值,每1%的爆炸下限值约含热值18.68千焦/牛·米勺如果完全燃烧,即热值全部用于使废气本身升温，则1%的爆炸下限值的废气燃烧可使废气升温15.3℃；当废气浓度达到25%的爆炸下限值时,可使废气本身温度升高。 [7]  

催化燃烧装置管理措施

鉴于我国应用催化燃烧装置的现状,建议有关部门强化对催化燃烧装置的设计、生产和应用几方面的管理,着重采取以下措施 [8]  :

一、组织各方面的力量,对催化燃烧装置应用中出现过的事故进行调查分析,总结教训。

二、制定严格的安全使用标准,做到有章可依。

三、对生产、设计催化燃烧装置的单位,应进行有关安全技术检查。如没有劳动保护部门的生产和设计资格认可,应禁止盲目生产和设计。

四、在各项采用催化燃烧装置治理有机废气的工程中,应有劳动保护部门参加,对其安全措施进行审查。、如没有良好的消防预警和安全控制措施的设计工程,应不许开工,以确保安全。

五、建议设立一个针对催化燃烧技术的安全教育培训点,培训操作人员,增强安全意识。

六、产生有机废气的地方大都是重点防火部位,建议科研单位针对应用中的安全技术进行更加深入的研究。