مقدمه

اگر چه احتراق یا خاکسترسازی از منابع اصلی آلودگی هوا هستند ، اما در فرآیند کنترل آلودگی هوا ، هدف از آن عبارت است از تبدیل آلاینده‌های هوا به دی‌اکسید کربن بی‌خطر یا آب. دستگاه احتراق به منظور کنترل نشر آلاینده‌های هوا در جهت متمایل ساختن واکنشهای اکسیداسیون تا حد ممکن به سوی کامل شدن و باقی گذاشتن حداقل ترکیبات سوخته نشده طراحی می‌شود.

برای دستیابی به بازده مناسب در احتراق تلفیق مطلوب چهار عامل اصلی اکسیژن ، دما ، آشفتگی و زمان ضروری است. در حین احتراق ، مقدار اکسیژن قابل دسترسی ، تعیین کننده محصولات نهایی بدست آمده است. در اکسیداسیون اندک ، دوده و منوکسید کربن ، محصولات فرعی احتراقند، در حالی‌که با وجود اکسیزن کافی ، منوکسید کربن ، محصول فرعی احتراق خواهد بود. اگر چه احتراق به محض آنکه یک ماده به نقطه شروع سوختن می‌رسد آغاز می‌شود، اما برای کنترل آلودگی هوا لازم است دما در نقطه خاکسترسازی ، جایی که گرمای بوجود آمده در اثر واکنش ، بیشتر از گرمای به هدر رفته در محیط اطراف است نگاهداشته شود.

برای مخلوط نگاه داشتن اکسیژن با مواد قابل احتراق ، لازم است آشفتگی توسط پره‌ها یا نازلهای تزریق بوجود آید.

طبقه بندی روشهای احتراق آلاینده‌ها

برحسب آلاینده‌هایی که قرار است اکسید شود، روشهای احتراق شعله مستقیم ، ممکن است احتراق گرمایی یا احتراق کاتالیستی برای کنترل آلودگی هوا بکار روند.

احتراق شعله مستقیم

در احتراق مستقیم ، گازهای زاید مستقیما در یک دستگاه احتراقی همراه و یا بدون وجود سوخت کمکی سوزانده می‌شوند. در برخی مواقع ارزش حرارتی و اکسیژن موجود در گازهای زاید به‌منظور ارائه سوختن گازها کافی‌است در برخی موارد دیگر وارد کردن هوا و یا افزودن مقدار اندکی سوخت کمکی مخلوط گازی را به نقطه احتراق خود می‌رساند. این دستگاهها معمولا واحدهای احتراقی انتها آزاد هستند که در محیط بازو در پایان یک جریان گاز زاید در قسمت فوقانی یک دودکش قرار گرفته‌اند و به‌منظور اطمینان یافتن از سوختن پیوسته مجهز به شمعک‌هایی می‌باشند.

گر چه سوختن شعله یک روش نسبتا اطمینان بخشی برای دفع مقادیر زیادی از گازهای زاید شدیدا قابل احتراق به شمار می‌روند، ولی این روش ایده‌آل نیست. در صورتی که از گرمای حاصل از این سیستم‌ها به عنوان گاز بویلرها به سایر عملیات استفاده نشود، مقادیر عظیمی از انرژی حرارتی که با در نظر گرفتن کاهش منابع سوخت فسیلی دارای اهمیت است، به هدر خواهند رفت.

فرآیندهای احتراق شعله مستقیم در صورتی که گاز زاید به خودی خود تامین کننده بیش از 50 درصد کل ارزش حرارتی مورد نیاز برای خاکسترسازی می‌باشد، از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه خواهد بود.

احتراق گرمایی

در صورتی که غلظت گازهای آلاینده قابل احتراق برای انجام احتراق شعله مستقیم بسیار اندک باشد، یک خاکستر ساز گرمایی یا پس سوزی می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. بطور کلی گاز زاید غالبا بوسیله یک مبدل حرارتی پیشگرم می‌شود. مبدل حرارتی از گرمای ایجاد شده بوسیله خاکسترساز گرمایی استفاده می‌کنند. گاز پیشگرم شده به قسمت احتراقی که مجهز به یک مشعل دارای سوخت کمکی است، رانده می‌شود.

دمای عملیاتی بستگی به ماهیت آلانیده‌ها در جریان گاز زاید دارد. دماهای متداول بین 583 تا 927 درجه سانتی‌گراد تغییر می‌کنند، در حالیکه بعضا این دما تا 1093 درجه سانتیگراد نیز افزایش می‌یابد. از آنجا که سوختن ناقص منجر به ایجاد محصولات فرعی ناخواسته (عمدتا منوکسید کربن) می‌شود، زمان ، دما ، آشفتگی و جریان اکسیژن باید با دقت کنترل شوند. این واحدها در کنترل نشر آلاینده‌های گازی صنایعی مانند تهیه قهوه و دودی کردن گوشت و ماهی از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند.

احتراق کاتالیستی

احتراق یا خاکسترسازی کاتالیستی روش دیگری است که در مواقعی که مواد قابل احتراق در گاز زاید برای ایجاد شعله مستقیم ناکافی است، مورد استفاده قرار می‌گیرد. کاتالیست ، سرعت اکسیداسیون را ، بی‌آنکه خود تحت واکنش شیمیایی قرار بگیرد، افزایش می‌دهد، بدین ترتیب زمان توقف لازم را برای تکمیل فرآیند خاکسترسازی کاهش می‌دهد. خاکسترسازی گرمایی زمان اقامت بین 20 تا 50 برابر بیشتر از زمان توقف در خاکسترسازهای کاتالیستی است.

ساختمان یک خاکستر ساز کاتالیستی

معمولا یک خاکسترساز کاتالیستی ، از یک قسمت پیشگرم کننده و یک قسمت کاتالیستی تشکیل می‌یابد و حتی با وجود آنکه سیستم‌های کاتالیستی سرد در حال حاضر در دمای محیط کار می‌کنند، نیازمند پیشگرم نیستند و در چنین سیستمی شعله مستقیم وجود ندارد، اگر چه سطح کاتالیست دارای درخشندگی است. معمولا در محفظه پس سوز ، یک دمنده برای مخلوط کردن گازها و توزیع یکنواخت آنها بر روی کاتالیست ، قرار دارد.

مزایا و معایب فرآیند احتراق کاتالیستی

بازده این قبیل خاکسترسازها بستگی به عوامل بسیاری دارد که از آن جمله می‌توان از غلظت آلاینده ، دمای جریان گاز ، غلظت اکسیژن زمان تماس و نوع کاتالیست نام برد. دستیابی به بازده بیشتر از 90% امری غیر ممکن بنظر می‌رسد. فرآیندهای احتراق کاتالیستی به منظور کنترل میزان نشر NO₂SO₂ هیدروکربنها و منوکسید کربن مورد استفاده قرار گرفته‌اند.

مشکلات اصلی سیستم‌های کاتالیستی عبارتند از: مخارج زیاد تعمیر و نگهداری و همچنین مسموم شدن کاتالیست.

مباحث مرتبط با عنوان

• آلاینده های شیمیایی هوا
• آلودگی هوا
• اثرات آلودگی هوا بر شرایط جوی
• باران اسیدی
• تاریخچه آلودگی هوا
• ترکیبات اتمسفر
• فرآیندهای تصفیه هوا
• طبقه بندی آلاینده‌های هوا
• کنترل آلودگی هوا
• مه دود نور شیمیایی
• هیدروکربنها