了解VOCs燃烧过程温升和可燃气体爆炸下限

　　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最低浓度，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百分之百，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。