燃燒技術(shù)是當(dāng)前處理vocs的主流技術(shù),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(shù)的基本原理是vocs在高溫下發(fā)生氧化反應(yīng),氧化反應(yīng)其本質(zhì)就是燃燒反應(yīng),燃燒反應(yīng)是放熱反應(yīng)。vocs燃燒過程的放熱量與vocs種類和濃度有關(guān)。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(shù)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(guān),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(dāng)可燃氣體初始溫度提高,爆炸下降濃度下降。當(dāng)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(dǎo)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(nèi)。
二、vocs燃燒過程的絕熱溫升
vocs在燃燒過程是強放熱反應(yīng),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(shù)處理vocs,在設(shè)備和催化正常情況下,催化劑反應(yīng)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。