催化燃燒裝置

可燃物在催化劑作用下燃燒 ^[2]  。與直接燃燒相比，催化燃燒温度較低，燃燒比較完全。催化燃燒所用的催化劑為含有貴金屬和金屬氧化物組成的物質。例如家用負載Pd或稀土化合物的催化燃氣灶，可減少尾氣中CO含量，提高熱效率。負載0.2%pt的氧化鋁催化劑，在500℃下，可將大多數有機化合物燃燒，脱臭淨化到化學位移σ=1以下。催化燃燒為無焰燃燒，因此適用於安全性要求高的場合，如以H₂和O₂為原料的燃料電池、用汽油或酒精為原料的懷爐(催化劑為浸Pt石棉)等。如消除化工廠NOx的煙霧，可加燃料到煙霧中，通過負載型鉑和鈀催化劑，催化燃燒使NOx轉化為N₂氣。 採用適當的催化劑，使用有害氣體中的可燃物質在較低的温度下分解、氧化的燃燒方法。

天然氣燃料具有熱值高、大氣污染排放物少的優點，在一般情況下，天然氣的燃燒仍然會排放一定量的NO由於NO，具有對環境污染的影響，因此很有必要降低天然氣燃燒過程中N0，的排放量。近十多年的研究表明，催化燃燒技術完全可能解決上述問題，可以使得燃氣燃燒達到低排放的標準，近於零排放，同時可以有效提高爐膛內熱效率 ^[3]  。

燃燒器工作原理是當需要改變燃燒功率時，通過調節進入燃燒系統的混合燃氣量來改變整個系統的能量。

國產催化燃燒裝置的工作流程為:

1、廢氣前處理設備

2、氣一氣換熱器

3、預熱室

4、催化反應器

5、氣一氣換熱器

6、淨化氣體排空

催化燃燒器電控制系統 ^[4]  由PLC控制器、文本顯示器、變頻調速器、點火器、紫外線傳感器、熱電偶等電控設備以及風機，另外由零壓閥調節燃氣與空氣的比例。催化燃燒電氣控制系統工作過程分為三個狀態：燃燒器工作狀態、停止狀態及參數設定狀態。在工作狀態中又分為點火過程和燃燒過程。由安裝的熱電偶檢測出温度，送文本顯示器顯示。PLc具有模擬量輸入、輸出模塊，檢測火焰燃燒信號和熱電偶温度信號，將檢測到的信號與設定的信號經過比較運算後，通過0～10 V電信號控制變頻器的輸出頻率來調整風機的轉速，保持燃燒器的燃燒温度，這就是構成以設定温度為基準的控制系統；自動檢測燃燒器温度信號與設定的温度比較，輸出各類報警信號或直接停機。顯示器可以顯示燃氣流量、燃燒温度和變頻器輸出頻率。設定參數和工作狀態等信息；可以通過顯示器在線調整運行温度參數，修改設定温度控制風機的運行。該系統還設有多種保護功能，尤其是較強的邏輯互鎖功能，從而保證系統工作可靠，並且具有較為完善的控制功能。

該系統工作過程主要劃分為三種狀態參數設定、燃燒運行和燃燒停止。

1．參數設定狀態

此狀態為燃燒工作之前做好數據的準備。可根據需要分別設定點火温度和變頻器起動時的頻率，控制風機的風量。點火温度是為了保證點火過程的可靠性。起動頻率保證催化燃燒器在剛點燃時的有焰燃燒，這時的燃燒比不易太低，風量不能過大。

2．燃燒運行狀態

(1)燃燒起動過程

當控制系統在待命的狀態下，接到輸入的起動命令，將進入燃燒運行狀態，首先是控制系統進行自檢，之後進行前吹掃，變頻器輸出信號控制風機的旋轉，空氣風量由低速漸變為高速再逐漸變為低速，新鮮空氣風吹過燃燒爐盤，以保證爐內沒有殘留燃氣的存在，保證點火過程的安全可靠。具體操作是變頻器先起動，PLc模擬輸出信號使變頻器頻率從起動設定頻率開始上升，達到一定頻率後保持一定時間後再下降，完成起動前的吹掃。之後，發出點火信號，高壓點火器工作，同時打開點火管道的閥門，小火點燃。通過紫外線傳感器的檢測到期小火點燃後，打開主燃氣閥門。這時催化燃燒爐盤進行有焰燃燒，直到檢測温度信號達到設定的點火關閉温度，點火閥門關閉，完成點火過程，進入到燃燒調節階段。

(2)燃空比的調定

有文獻表明，催化燃燒時的“燃氣/空氣比值”範圍一般在4%～11%之間；在一定的燃燒條件之下，燃/空比為6%時，天然氣就能實現較好的催化燃燒效果，燃燒系統就可以得到最大的熱效率，同時又能取得較好的排放效果。

本系統的燃氣一空氣比的調節是通過零壓閥實現的。當改變風機的空氣風量時，燃/空比也能隨之被改變，以達到催化燃燒器燃燒工作的要求。在起動時只要調節輸出變頻器的頻率就能達到點火時要求的從有焰燃燒到催化燃燒的燃/空比的變化。

(3)燃燒温度調節

燃燒器温度調節可以通過文本顯示器的鍵盤輸入，改變變頻器的輸出頻率，調節適當的風量。當風量增大，燃燒温度超過設定值，則PLc控制變頻器降低輸出頻率，減少出風量來穩定燃燒器的温度。若變頻器輸出頻率低於設定值(風機出風量頻率，設為5 Hz)，而出風量仍高於設定值時，PLc開始計時，若在一定時間內，降低到設定值，PLc放棄計時，繼續變頻調速運行；若在一定時間內温度仍高於設定，PLc將繼續調節，直至達到設定值。由PLc經PID運算後控制變頻器的頻率輸出；如温度不夠，則頻率上升，延時保持一定時間。反之亦然。

3．燃燒停止狀態

燃燒器的停止是在接受到文本顯示器發來的停止命令，首先將主燃氣閥關斷，然後，系統進行後吹掃，進行驅散殘餘燃氣，並對燃燒盤進行強制風冷降温。經過一段時間之後，關閉風機，變頻器停止工作，完成燃燒器停機過程。

將有機廢氣直接引入催化燃燒裝置，在開始階段需通過電加熱器將其温度升高至反應需要的温度，廢氣在催化催化劑作用發生氧化放熱反應生成無害的H₂O和CO₂，分解後釋放出的熱量通過熱交換器加熱進入催化牀的有機廢氣，當有機廢氣的濃度達到一定的濃度時，放熱和熱交換所需要熱量達到平衡，無需電加熱，通過自身平衡處理掉高濃度有機廢氣。上述過程可通過PLC系統控制櫃全自動操作 ^[5]  。

催化分解法已成為淨化高濃度有機廢氣的有效手段，特別適宜治理噴塗、油墨印刷等在烘乾過程中排出的高濃度有機廢氣。因烘乾廢氣温度和有機物濃度都較高，對分解反應及熱量回收有利，減少設備運行及投資費用。

1. 適合處理高温、高濃度、連續性產生的有機廢氣

2．不產生二次污染，設備投資及運行費用低；

3．催化低温分解，預熱時間短，能耗低，催化劑使用壽命長，催化分解淨化率高達97%以上；

4．設備運行穩定，可靠，活動件少，檢修系統配備完善，操作維修方便；

5．整個運行過程中實現全自動化PLC控制，方便，可靠；

6．系統安全設施完善，配有阻火器，泄爆口，運行時出現的異常情況將報警並自動停機。

HC型系列有機氣體催化裝置第六代產品已被國內外用户廣泛地使用，取得了顯著的環境效益、經濟效益和社會效益。該產品採用了IEC—439國際標準生產。該產品以優良的性能、可靠的質量，獲得了眾多的殊榮，深受新老用户的一致好評 ^[6]  。

HC型系列產品設計獨特，佈局合理、被廣大用户和專家總結出以下特點：

1 .操作方便：設備工作時，實現自動控制。

2 .能耗低：設備啓動，僅需15～30分鐘升温至起燃温度，耗能僅為風機功率，濃度較低時自動補償。

3 .安全可靠：設備配有阻火除塵系統、防爆泄壓系統、超温報警系統及先進自控系統。

4 .阻力小，淨化率高：採用當今先進的貴金屬鈀、鉑浸漬的蜂窩狀陶瓷載體催化劑，比表面積大。

5 .餘熱可回用：餘熱可返回烘道，降低原烘道中消耗功率；也可作其它方面的熱源。

6 .佔地面積小：僅為同行業同類產品的70%~80%，且設備基礎無特殊要求。

7 .使用壽命長：催化劑一般8000小時更換，並且載體可再生。

1. 可用於有機溶劑的淨化處理（苯、醇、酮、醛、酯、酚、醚、烷等混合有機廢氣）。

2. 適用於電線、電纜、漆包線、機械、電機、化工、儀表、汽車、自行車、摩托車、發動機、磁帶、塑料、家用電器等行業的有機廢氣淨化。

3. 可用於各種烘道、印鐵製罐、表面噴塗、印刷油墨、電機絕緣處理、皮鞋粘膠等烘乾流水線，淨化各工序產生的有機廢氣。

本裝置是利用催化劑做中間體，使有機氣體在較低的温度下，變無害的水和二氧化碳。

1. 廢氣成分中，不含下列物質：

有高粘性的油脂類。

磷、鉍、砷、銻、汞、鉛、錫。

高濃度的粉塵

2. 設備選型時，請註明廢氣成份、濃度及出口温度。

3. 設備安裝場所無腐蝕性氣體，並有良好的防雨措施。

4. 設備所需電源為：三相交流380V，頻率50Hz。

在工業生產中，有大量的含苯類、醇類、酮類等有機廢氣散發。危害工人的健康並污染環境。80年代以來,催化燃燒裝置作為一種治理有機廢氣污染的手段,在我國取得了相當大的成效。但是,在催化燃燒裝置的設計、加工、應用過程中,還存在一些潛在的不安全因素。在北京、上海、瀋陽等地就曾出現過因安全措施不得力而發生起火、爆炸的事故。因此,應用催化燃燒裝置的安全問題應引起足夠的重視。

事故隱患,重時裝置將發生火災和爆炸。為此,國家應統一制定關於催化燃燒治理有機廢氣的濃度控制標準或設計規範。除上述因素外,從技術角度考慮,以下幾點不安全因素也值得注意:

一、有機氣體的爆炸下限與温度有關。

通常,温度愈高,反應速度愈快,爆炸極限範圍愈大。當進入催化燃燒裝置的有機廢氣濃度過大時,催化燃燒裝置的温度將會升高,加之自前國產催化燃燒裝置均未設置廢氣濃度檢測和控制設備,而温度升高後的有機廢氣的爆炸下限值將比手冊給出的值要小,再加上裝置中有機廢氣成分混合的不均勻性,在局部區域可能超過高温條件下廢氣的真實爆炸下限,則有爆炸的危險。

二、一般來講，大多數有機廢氣中的有機成份在同樣爆炸下限濃度下,所含的燃燒熱值可視為相同值,每1%的爆炸下限值約含熱值18.68千焦/牛·米勺如果完全燃燒,即熱值全部用於使廢氣本身升温，則1%的爆炸下限值的廢氣燃燒可使廢氣升温15.3℃；當廢氣濃度達到25%的爆炸下限值時,可使廢氣本身温度升高。 ^[7] 

鑑於我國應用催化燃燒裝置的現狀,建議有關部門強化對催化燃燒裝置的設計、生產和應用幾方面的管理,着重採取以下措施 ^[8]  :

一、組織各方面的力量,對催化燃燒裝置應用中出現過的事故進行調查分析,總結教訓。

二、制定嚴格的安全使用標準,做到有章可依。

三、對生產、設計催化燃燒裝置的單位,應進行有關安全技術檢查。如沒有勞動保護部門的生產和設計資格認可,應禁止盲目生產和設計。

四、在各項採用催化燃燒裝置治理有機廢氣的工程中,應有勞動保護部門參加,對其安全措施進行審查。、如沒有良好的消防預警和安全控制措施的設計工程,應不許開工,以確保安全。

五、建議設立一個針對催化燃燒技術的安全教育培訓點,培訓操作人員,增強安全意識。

六、產生有機廢氣的地方大都是重點防火部位,建議科研單位針對應用中的安全技術進行更加深入的研究。