有机废气净化的热力燃烧原理

与纯粹燃烧装置不同,有机废气的热力燃烧除了必须遵循一般燃烧规律外,还必须注意其特殊性:首先,燃烧的目的是为了净化废气,将废气中的有害物质转化为无害物质,因此避免燃烧过程可能产生的二次污染是极为重要的;其次是有机废气中VOC的种类、组成各不相同,燃烧过程的反应极为复杂。此外,净化有机废气中燃烧的是VOC,因此必须考虑到燃烧过程的安全性,以及在满足达到所期望的净化率、热效率的条件下,设计最优的燃烧条件和燃烧方案。

有机废气的燃烧净化,是一个燃烧过程。要实现完全燃烧的先决条件是:除了要有足够高的温度外,可燃气体和空气必须很好地混合,并在燃烧室中有足够长的停留时间,以及还要有足够的空气量(即过量氧);空气量不足会导致不完全燃烧使得在净化气中还含有残留的未燃烧组分;空气量过高,则会降低燃烧温度,同样可导致不完全燃烧,甚至低于着火温度而造成熄火。在热力燃烧时也常用三个“T”,即温度( Temperature)、停留时间(Time)和湍流( Turbulence)作为有机废气达到理想燃烧、净化的三个重要条件。

可燃物质/空气混合物着火的另一条件是可燃物质的浓度,它必须处于燃烧或着火浓度极限范围内(即爆炸极限范围内)。燃烧浓度下限表示可燃物不足;燃烧浓度上限则表明可燃物过多。所谓着火温度是指可燃物质能进行燃烧,而且其释放的热量足以使随后进来的可燃物质/空气混合物达到燃点所需的最低温度。表1列举了一些可燃气体/空气混合物的着火温度和着火浓度范围。

当着火后,要使可燃组分完全氧化,必须维持一个最低的氧含量(或空气量)。为避免不完全燃烧,在实际操作中,实际需要的空气量L始终大于最低所需的空气量Lmin。

根据不同的燃料和燃烧器形式,λ在1.1~1.4。

燃烧温度,即燃烧室可能达到的温度,主要取决于气体进出燃烧室质量流所带的热焓、可燃物的燃烧热值以及燃烧室内外的传热过程,即通过辐射、热交换等的热量传递。热力燃烧温度一般在760~900℃,在特殊情况下可达1200℃(例如垃圾焚烧炉)。

理论燃烧温度的求取如图1所示。当燃料气体在一个绝热的燃烧室内进行完全燃烧时,则燃烧后气体达到理论燃烧温度,该温度可根据燃烧系统的能量衡算求得。

进入燃烧室的有机废气、燃料气、空气的焓分别为HAB、HB、H1,离开燃烧室的净化气的焓为HR。

燃料气的焓HB是由燃料气体的热值部分Hu和基于温度的焓Ht所组成,这里HR应该是理论上可达到的最大值,因此tR是可求得的理论燃烧温度。