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常见VOCs燃烧的爆炸下限和绝热温升

点击次数:1166 发布时间:2017-12-22

燃烧技术是当前处理VOCs的主流技术,包括催化燃烧、热力燃烧、蓄热催化燃烧、蓄热热力燃烧、浓缩-(催化)燃烧等。由于燃烧技术的基本原理是VOCs在高温下发生氧化反应,氧化反应其本质就是燃烧反应,燃烧反应是放热反应。VOCs燃烧过程的放热量与VOCs种类和浓度有关。此外,从安全考虑,很有必要了解VOCs燃烧的安全使用浓度。了解燃烧过程温升和可燃气体爆炸下限,有利于提高催化燃烧技术的安全性。下面通过常见VOCs,对这两方面做简单介绍。

一、VOCs的爆炸(燃烧)下限

可燃气体在空气中遇明火种爆炸的低浓度,称为爆炸下限,也称燃烧下限,简称为"LEL"(LowerExplosionLimited)。空气中可燃气体浓度达到其爆炸下限值时,我们称这个场所可燃气环境爆炸危险度为,即100%LEL。如果可燃气体含量只达到其爆炸下限的百分之十,这个场所此时的可燃气环境爆炸危险度为10%LEL。表1是常见VOCs在标准状态下爆炸下限值。为了确保VOCs燃烧处理过程安全,VOCs废气的浓度必须控制在相应有机物的爆炸极限的25%以下。

为什么可燃气体浓度要控制25%LEL以下呢?首先可燃气体燃烧的爆炸下限浓度与可燃气体的初始温度有关,图1是温度对正己烷爆炸下限浓度的影响(姚洁等,工业安全与环保,2012,38(2):48)当可燃气体初始温度提高,爆炸下降浓度下降。当气体温度达到600K(327oC),爆炸下降浓度为室温的75%,可见提高温度导致爆炸下限浓度的明显下降。其二是时间工况中大多数是混合VOCs,混合VOCs也带来爆炸下限浓度的不确定性。因此,实际工程中要控制在LEL浓度的25%内。

二、VOCs燃烧过程的绝热温升

VOCs在燃烧过程是强放热反应,由于放热使得气体温度的升高。表2是VOCs浓度1000mg/m3时完全燃烧的绝热温升。如采用催化燃烧技术处理VOCs,在设备和催化正常情况下,催化剂反应前后气体温度的变化(温升)反映了VOCs的浓度的变化。如1000mg/m3甲苯完全燃烧的绝热温升为31.95oC,如果在实际使用过程中,温升达到320oC,那么甲苯浓度大约达到了10000mg/m3,已经达到了甲苯的25%LEL值,此时已经非常不安全了,要及时降低甲苯浓度。在活性炭浓缩-催化燃烧系统中,在活性炭脱附过程,可以通过VOCs催化剂床层的温升,来检测VOCs浓度的变化。很多可燃气体浓度报警器就是利用这一原理的。

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