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常見VOCs燃燒的爆炸下限和絕熱溫升

閱讀:3857      發(fā)布時間:2017-12-22
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燃燒技術是當前處理VOCs的主流技術,包括催化燃燒、熱力燃燒、蓄熱催化燃燒、蓄熱熱力燃燒、濃縮-(催化)燃燒等。由于燃燒技術的基本原理是VOCs在高溫下發(fā)生氧化反應,氧化反應其本質就是燃燒反應,燃燒反應是放熱反應。VOCs燃燒過程的放熱量與VOCs種類和濃度有關。此外,從安全考慮,很有必要了解VOCs燃燒的安全使用濃度。了解燃燒過程溫升和可燃氣體爆炸下限,有利于提高催化燃燒技術的安全性。下面通過常見VOCs,對這兩方面做簡單介紹。

一、VOCs的爆炸(燃燒)下限

可燃氣體在空氣中遇明火種爆炸的低濃度,稱為爆炸下限,也稱燃燒下限,簡稱為"LEL"(LowerExplosionLimited)。空氣中可燃氣體濃度達到其爆炸下限值時,我們稱這個場所可燃氣環(huán)境爆炸危險度為,即100%LEL。如果可燃氣體含量只達到其爆炸下限的百分之十,這個場所此時的可燃氣環(huán)境爆炸危險度為10%LEL。表1是常見VOCs在標準狀態(tài)下爆炸下限值。為了確保VOCs燃燒處理過程安全,VOCs廢氣的濃度必須控制在相應有機物的爆炸極限的25%以下。

為什么可燃氣體濃度要控制25%LEL以下呢?首先可燃氣體燃燒的爆炸下限濃度與可燃氣體的初始溫度有關,圖1是溫度對正己烷爆炸下限濃度的影響(姚潔等,工業(yè)安全與環(huán)保,2012,38(2):48)當可燃氣體初始溫度提高,爆炸下降濃度下降。當氣體溫度達到600K(327oC),爆炸下降濃度為室溫的75%,可見提高溫度導致爆炸下限濃度的明顯下降。其二是時間工況中大多數(shù)是混合VOCs,混合VOCs也帶來爆炸下限濃度的不確定性。因此,實際工程中要控制在LEL濃度的25%內。

二、VOCs燃燒過程的絕熱溫升

VOCs在燃燒過程是強放熱反應,由于放熱使得氣體溫度的升高。表2是VOCs濃度1000mg/m3時*燃燒的絕熱溫升。如采用催化燃燒技術處理VOCs,在設備和催化正常情況下,催化劑反應前后氣體溫度的變化(溫升)反映了VOCs的濃度的變化。如1000mg/m3甲苯*燃燒的絕熱溫升為31.95oC,如果在實際使用過程中,溫升達到320oC,那么甲苯濃度大約達到了10000mg/m3,已經(jīng)達到了甲苯的25%LEL值,此時已經(jīng)非常不安全了,要及時降低甲苯濃度。在活性炭濃縮-催化燃燒系統(tǒng)中,在活性炭脫附過程,可以通過VOCs催化劑床層的溫升,來檢測VOCs濃度的變化。很多可燃氣體濃度報警器就是利用這一原理的。

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