VOCs废气燃烧过程温升和爆炸下限

燃烧技术是当下处理VOCs的主流技术，其中包含催化燃烧、热力燃烧、蓄热催化燃烧、蓄热热力燃烧、浓缩催化燃烧等。燃烧技术的基理是VOCs在高温下发生氧化反应，氧化反应的本质就是燃烧反应，是一种放热反应，VOCs在燃烧过程的放热量与VOCs的种类和浓度有关。

因而，从安全方面考虑，VOCs燃烧的安全使用浓度显得尤为重要。了解VOCs燃烧过程的温升和可燃气体爆炸下限，有利于提高RTO、RCO设备技术的安全性能。

1、VOCs的爆炸下限是什么？

可燃气体在空气中遇明火火种爆炸的最低浓度，称之为爆炸下限，亦称燃烧下限，英文名称Lower Explosion Limited，即%LEL。空气中可燃气体浓度达到其爆炸下限值时，这个场所可燃气环境爆炸危险度就达到了百分之百，即100％LEL；如果可燃气体含量只达到其爆炸下限的百分之十，那这个场所此时的可燃气环境爆炸危险度为10％LEL。

下表是常见VOCs在标准状态下爆炸下限值。为了确保VOCs处理设备的安全运行，VOCs废气的浓度必须控制在对应有机物爆炸极限的25%以下。

常见的VOCs的 LEL和25%LEL的值

为什么要控制在25%LEL以下呢？首先，可燃气体的爆炸下限浓度与可燃气体的初始温度有关：以正己烷为例，温度对于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），可见当可燃气体初始温度提高，相应爆炸下限浓度下降。

当气体温度达到600K（327°C）时，爆炸下限浓度达到室温的75%，所以提高温度会导致爆炸下限浓度明显下降。而且实际工况中大多数是混合VOCs，混合VOCs的爆炸下限浓度具有不确定性。所以，实际操作中要控制在LEL浓度的25%内。

2、VOCs燃烧过程中的绝热温升

如果采用催化燃烧技术处理VOCs，在设备和催化正常的情况下，催化反应前后气体温度的变化（温升）则反映了VOCs的浓度变化。如1000mg/m3甲苯完全燃烧的绝热温升为31.95°C，如在实际使用过程中，温升达到320°C，那就说明甲苯浓度大约达到了10000mg/m3，此时已经非常接近甲苯的25%LEL值，已经是非常不安全了，必须及时降低甲苯浓度。

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。

1、处理装置设计和采用的电器元件必须按照规范要求符合防爆等级

2、设备布置要满足安全距离的要求

3、与气体接触的自动控制阀必须使用气动阀

4、必须选用防爆风机

5、在所有处理系统中必须在适当位置安装符合国家标准的阻火器

6、在处理装置中的敏感部位（超温、超压等）要按照规范设置报警装置及应急处理措施

7、为确保运行安全，必要时可采用连锁设计

8、要考虑现场整体的安全、环境应急预案