高温燃烧法（共7篇）
高温燃烧法 篇1
1 前 言
电力系统广泛使用的变压器油, 主要由天然石油炼制而成。尽管从原油炼制到变压器油经过深度的精制过程, 使含硫化合物大大减少, 变压器油中的硫含量绝大部分都很低, 但受不同产地原油中含硫情况的影响和炼制工艺的限制, 变压器油中难免会存在一定量的含硫化合物, 而其中能与金属铜起反应的活性硫成为导致变压器故障的一个主要因素, 活性硫也被称为腐蚀性硫。因此, 对变压器油中的腐蚀性硫的检测成为变压器故障原因分析和变压器故障预防的一个重要依据。
目前能用于检测油中硫元素含量的方法主要有:电量法[4]、紫外荧光法[5]、波长色散X 射线荧光光谱法[6]、能量色散X射线光谱法[7]、高温炉燃烧法[8]、电感耦合等离子发射光谱 (ICP) 法[9]等。本文基于铜粉腐蚀法[10], 研究采用高温燃烧-红外吸收法[11]测定变压器油中的腐蚀性硫。
2 实验部分
2.2 实验方法
2.2.1 实验步骤
称取20g油样于50mL具塞锥形瓶中, 加入1g铜粉, 于150±1℃的恒温鼓风干燥箱中连续加热48小时, 冷却至室温, 过滤, 用丙酮将固体残渣吸附的油渍洗涤干净, 氮气吹干, 称重, 然后准确称取50mg残渣于锡箔中, 加入与样品重量相当的三氧化钨, 混匀、包裹严密后, 采样Rapid S cube红外定硫仪检测固体残渣中的硫含量, 并计算出所检测硫含量在油样中所占的百分比, 计算公式如式1:
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式中:S0%—油中腐蚀性硫百分含量。
S1%—固体残渣中硫的百分含量。
m1—固体残渣的总质量 (单位:g) 。
m0—油样质量 (单位:g) 。
2.2.2 检测条件
Rapid S cube红外定硫仪测试条件:燃烧温度1150℃, 氧气流量800mL/min, 积分时间300秒。每次样品检测前以硫化亚铜标准物质测定日校正因子, 用于当日检测结果的校正。
3 试验结果
3.1 硫含量的检测条件
3.1.1 燃烧温度
反应后的固体残渣主要为铜, 并附有很少量的腐蚀产物Cu2S, 相比完全由有机物构成的油样, 固体残渣不易燃烧, 因此在仪器允许范围内应采用尽可能高的燃烧温度, 以保证Cu2S中绝大部分的S元素能氧化为SO2, 燃烧温度设定为1150℃。
3.1.2 氧化条件
为保证Cu2S中绝大部分的S元素能氧化为SO2, 燃烧时需通入充足的氧气。通入氧气流量为800mL/min, 压力为1250mbar。同时, 为了加快氧化反应的速度和保证氧化的充分性, 可在固体样品中加入一定量的氧化剂三氧化钨 (如煤中全硫的测定方法) , 实验中加入与所称量样品重量为1:1的三氧化钨。
3.1.3 样品重量
所用于测试的样品重量越大, 其中所含的硫元素的绝对含硫就越多, 仪器检测的信号就越强, 反之信号越弱。固体残渣主要成分为铜, 而铜的熔点低于实验燃烧温度, 熔融的铜附着在石英灰分管上易造成灰分管破裂, 灰分管为消耗品, 可经常更换, 但如果样品量过大, 大量的熔融铜一旦从灰分管中泄漏出来附着在燃烧管上则可能造成石英燃烧管的破损, 因此固体样品的重量不易过大。实验中称量固体样品重量为50mg左右。
3.1.4 积分时间
固体样品不易燃烧, 所产生的SO2气体通过红外检测所得到的检测信号峰有一定拖尾, 在硫含量较大时较明显, 为使与不同油样反应后的固体残渣均能积分完毕, 设定积分时间为300秒。
3.1.5 校正因子
在红外检测条件下, 一方面, 样品中的硫不可能全部被回收;另一方面, 含硫化合物的燃烧产物中或多或少存在一些SO3, 不能被检测, 故利用红外法实测含硫量较真实值呈偏低倾向, 一般需进行校正。Rapid S cube红外定硫仪数据处理采用单点校正方法, 对所有检测样品数据进行校正。实验中采用纯度为99.5%的Cu2S测定仪器的日校正因子。
日校正因子的测试方法:计算出纯度为99.5%的Cu2S中S的百分含量, 每次开机先准确称取一定量的Cu2S, 至少重复测定3次, 输入其S含硫的标准值, 程序自动生成日校正因子。
3.2 铜粉腐蚀法条件优化
3.2.1 反应温度的选择
考察了不同温度下典型油样A在相同反应时间下与铜粉的反应情况:称取20g油样A加入1g铜粉, 分别在室温 (约20℃) 、50℃、100℃、150℃下反应4h。测定反应后固体残渣中的硫含量, 在按式1计算出油中的腐蚀性硫含硫, 测量结果如图1所示。可见, 随着反应温度的升高, 所检测到的腐蚀性硫逐渐增加, 在150℃时油中活性硫对铜粉的腐蚀程度达到最大。
反应温度小于等于50℃时, 反应后的铜粉仍然具有金属光泽, 肉眼看不出腐蚀痕迹, 而反应温度的升高到100℃时, 反应后的铜粉色泽暗淡, 失去金属光泽, 在150℃时铜粉颜色变深, 已呈明显的棕褐色, 完全没有金属光泽, 腐蚀最严重。考虑到变压器油的闪点一般在150℃左右, 反应温度不能过高, 因此最佳反应温度为150℃。
3.2.2 反应时间的选择
在150℃的反应温度下, 考察了在不同反应时间下油样A对铜粉腐蚀的影响, 结果如图2所示。
从图2可看出, 在温度一定时, 活性硫对铜粉的腐蚀情况随反应时间的延长而曾大, 但反应24h后, 再延长时间变化不明显。随着反应时间的增加, 铜粉被腐蚀程度逐渐加深, 反应时间在4h (含4h) 以上时, 肉眼可见明显腐蚀, 在24h以上时, 表面已完全被腐蚀产物覆盖, 看不见红色铜表面。考虑到样品情况的不同, 为保证最大限度的反应, 同时与油中腐蚀性硫的定性测试方法保持一致, 反应时间选取48h。
3.2.3 铜粉用量的选择
按选定的温度和恒温时间, 分别加入0.1、0.2、0.5、1.0、2.0g铜粉, 按实验方法考察铜粉用量对测定腐蚀性硫的影响, 结果如图3, 可看出随着铜粉用量的增加, 所检测到的油中腐蚀性硫含量逐渐增加, 在铜粉加入量为1.0g时腐蚀性硫达最大值, 之后再增加铜粉用量对测定结果无明显影响, 可以认为铜粉的量已足够和油中的腐蚀性硫反应, 因此铜粉加入量选定为1.0g。
铜粉用量在0.5g (含0.5g) 以下时, 铜表面已完全被腐蚀, 呈黑褐色, 而铜粉用量在1.0g (含1.0g) 以上时, 铜表面颜色较浅, 呈棕褐色。说明0.5g以下的铜不足以和油中的腐蚀性硫完全反应, 腐蚀已饱和;而1.0g以上则可以和油中的腐蚀性硫完全反应, 铜稍有过量。
3.3 空白实验与回收率
3.3.1 空白实验
按实验方法, 称取50mg未反应的铜粉, 加入50mg三氧化钨, 用锡箔包好, 检测其含硫量, 3次重复检测结果均为0, 说明所添加物质均不含S, 仪器所检测到的SO2都来自于铜粉与油样的反应产物。
3.3.2 回收率
在铜粉中加入一定量的Cu2S, 按实验方法检测其硫含量, 与按Cu2S加入量计算出的理论硫含量进行比较, 计算S的回收率, 重复3次, 实验以Cu2S测量日校正因子, 并对样品检测结果进行了校正, 结果获得较好的回收率, 3次测定结果回收率都接近100%。
3.4 方法精密度与重复性
3.4.1 精密度
将20g油样A与1.0g铜粉在150℃下反应48h, 反应后滤出固体残渣, 用丙酮洗净, 氮气吹干后, 称重, 然后称取50mg固体残渣, 加入1:1的三氧化钨, 以Rapid S cube红外定硫仪检测固体残渣中的硫含量, 对同一固体残渣进行 5次重复测定, 并按式1计算出油样中的硫含量, 结果见表2。
3.4.2 重复性
分别在5个具塞锥形瓶中装入20g油样A和1.0g铜粉, 在150℃下反应48h, 按实验方法测定5个平行样品中的腐蚀性硫。
不管是对同一固体残渣进行5次重复检测, 还是分别取5份相同油样按实验方法进样铜粉腐蚀反应, 所检测的油中腐蚀性硫结果的相对标准偏差RSD都较大, 精密度和重复性不太理想, 这主要是由于所检测的硫含量较低所致。
4 方法的应用与定性方法的比较
对8个油样分别按该法和SH/T 0304-1999进行腐蚀性硫的定量和定性检测, 比较定量和定性结果之间的关系。
经定性方法检测为非腐蚀性硫的6个油样, 按实验方法所测得的腐蚀性硫含量均小于等于0.001%, 而其中2个经定性检测判断为有腐蚀性硫的油样, 其腐蚀性硫定量检测结果大于0.003%, 远大于非腐蚀性硫油样, 定性、定量结果具有一致性。
5 结束语
本研究建立了基于铜粉腐蚀反应的高温燃烧-红外吸收法测定变压器油中的腐蚀性硫的实验方法, 实验优化了变压器油的铜粉腐蚀反应条件及高温燃烧-红外吸收法的检测条件。该方法操作方便, 检测速度快, 回收率高, 但精密度、重现性稍差, 与定性方法相比, 结果一致, 可作为变压器油中腐蚀性硫含量筛查的参考方法。
参考文献
[1]彭伟, 陆志浩, 黄华, 傅晨钊.大型变压器绝缘油含硫量测试方法及腐蚀性硫初步研究[J].华东电力, 2008 (1) :61-63.
[2]钱艺华, 胡红红, 姚唯建.腐蚀性硫导致变压器故障的综合分析及处理[J].变压器, 2008 (1) :28-30.
[3]蒋良胜, 施广宇.变压器导线硫化腐蚀问题分析[J].福建电力与电工, 2006 (3) :7.
[4]SH/T 0253-1992, 轻质石油产品中总硫含量测定法 (电量法) [S].
高温时节,谨防汽车发生燃烧 篇2
一、汽车发生燃烧的常见原因
随着盛夏来临, 各种汽车燃烧事故开始呈现上升势头。据消防部门初步统计, 每年6～9月, 汽车燃烧事故最为集中, 且70%以上发生在行驶途中。引起汽车燃烧的原因很多, 最常见的原因有3种:随意改装、油路电路故障及外界高温影响所致。天气变暖后, 个别司机不注意汽车保养, 行驶中汽车机油挥发造成机件磨损, 电路出现各种问题, 导致火灾发生。另外, 随着私家车逐年增多, 驾驶员成分多元化, 防范事故意识淡薄, 一些人对汽车保养不及时, 也成为容易发生火灾的薄弱环节。其实, 车辆在行驶中突然起火多会有一些预兆。比如加速突然感到乏力, 制动踏板力度突然变轻, 或是带有转向助力车辆方向盘突然变重, 都有可能是燃油油管、制动液油管或动力转向油管发生泄漏。此时, 应立刻靠边停车熄火, 对车辆进行系统检查。如果行车时进气扇处于启动状态, 油料泄漏后车厢内多能闻到味道。在汽车燃烧刚刚发生的暗燃阶段, 车厢内也会闻到明显的焦糊味。因此, 避免汽车燃烧, 还是以预防为主。因为很多情况下只要防范措施得当, 汽车燃烧是可以避免的。
二、预防汽车燃烧的方法
1. 出车前要勤查车
要经常查看低、高压电路是否短路、漏电、松动, 检查化油器是否回火、油路是否漏油、排气管是否放炮, 如有问题, 应立即检修。保持蓄电池通气孔畅通也很重要, 还要注意年久车辆要及时更换线路, 否则漏电会引燃漏油。
2. 防止发动机回火
发现回火要检查油路和电路。油路问题可能是混合气过稀、点火时间过晚等造成, 也有可能是汽缸垫击穿、进气歧管垫漏气造成。一旦发现此类情况需及时进行调整。
3. 防止电线短路
一旦发现电流表指示很大的放电电流、电器工作突然中断 (例如大灯、空调电机等大负荷用电设备) , 闻到胶皮臭味或见到机罩盖边隙处和仪表台附近冒烟, 应迅速靠边停车熄火, 断开全车总电源开关, 检查原因排除故障。
4. 不违章操作
线路不能乱接, 以免造成局部线路负荷过大, 令线路发热。汽车蓄电池电流容量很大, 一般都在180安培/小时, 违章操作会使蓄电池产生电弧引发火灾。对车辆的小毛病要及时维修, 不能违章操作。行车过程中一旦出现故障, 应尽量靠边停车。如果自己不能解决, 等待专业救援, 切忌自己动手乱操作。
5. 不要轻易私自改装汽车
时下有人喜欢把购买的新车进行改装, 追求时髦。其实, 任何一款汽车的原装设计都经过了成千上万次试验后定型的, 每一处细节的设计都有其科学依据。如果对汽车进行改装, 稍不注意就会损害其他功能, 从而影响到整车的安全。如果实在要改装汽车, 最好选择正规的汽车维修点, 在专业人士的指导下进行。如果给汽车加装其他电器设施, 一定要请专业人员添加, 不要私自在汽车电路上接电器。
6. 重视轮胎的日常养护
长时间在烈日下行驶, 有损伤或存在薄弱处的轮胎很容易因胎压过高导致爆胎。为保证轮胎气压, 建议夏天充氮气, 同时, 填充气压应减少10%。经常剔除胎面花纹沟槽中的石子或异物, 以免轮胎变形。检查轮胎胎侧有无剐、刺伤, 若有应及时更换。
7. 车内饰材料最好选择具备防火性能的
选择具备防火性能的车内饰材料, 一旦发生火灾, 火势不容易蔓延。停车的时候也要引起重视, 千万不要将车停放在易燃物附近。不要将易燃物品如气体打火机、空气清新剂、香水及摩丝等放在车内容易被太阳光线照射的部位如仪表盘等, 更不要将汽油、柴油等危险油品放在车内。不要在车内乱扔未熄灭的烟头, 最好不要在汽车内吸烟, 以防“引火自焚”。
8. 按规定在车上配备灭火器
车上要配备灭火器, 并且记住要定期更换。灭火器不要成为可有可无的摆设, 要熟悉掌握灭火器的使用方法, 以免发生意外时束手无策。
9. 夏秋季节停车注意检查
在夏秋季节停车时, 一定要注意车底是否有易燃物, 比如说干草、枯枝和秸杆等。车辆长时间行驶后底盘和轮胎温度升高, 如果车底有易燃物, 就可能让车辆起火。
10. 客车和公交车要加强危险品源头检查
严禁旅客夹带和携带危险品上车。公交车要加大消防宣传力度, 在公交站台张贴宣传画, 司机和乘客都要注意上车人员。一旦发现有人携带危险品上车要及时举报, 司机要停车坚决制止和报警, 要没收危险品, 以防再乘下一辆车。
三、汽车发生燃烧后的紧急措施
1. 沉着处理化危机
如果着火范围较小, 可用车上灭火器材灭火。首先马上靠边停车, 如果能将车停在避风处是最好的, 熄火关闭电源, 取出灭火器, 组织灭火。如果发现发动机舱冒烟, 千万不要马上打开发动机舱盖。如果贸然打开发动机舱盖, 空气大量进入会导致火势迅速扩大, 也会将自己灼伤。
2. 保护生命最重要
如是客车和公交车, 一旦发现汽车失火, 司机不要惊慌, 更不能只顾自己逃生, 要立即停车熄火, 切断油源, 打开车门, 让旅客及时下车。如果车厢门无法打开, 可用工具砸挡风玻璃让旅客脱离。车辆发生燃烧后应首先保证人员的安全, 不要为了保护财产而造成不必要的人员伤亡。同时要拨打“119”、“122”报警, 以获得警方的抢救和援助。
3. 科学处置保安全
发生因撞车、翻车等车祸而引起的火灾时, 应首先报警, 立即抢救伤员, 并对汽车采取有效的扑救措施。在扑救火灾时, 驾驶员以及其他人员应脱去身上穿的化纤衣服, 注意保护暴露在外面的皮肤, 不要张嘴呼吸或高声呐喊, 以免烟火灼伤上呼吸道。
4. 及时报险可索赔
如果您的车有燃烧险, 在车辆燃烧后, 除了打“122”、“119”报警以外, 还要同时拨打保险公司的电话报案, 以备以后向保险公司索赔。索赔步骤与车辆碰撞基本相同, 需要多做的就是提供一份公安消防部门的火灾鉴定证明。如果只有车损险而没有燃烧险的话, 保险公司是不赔偿的, 因为车损险只赔偿由外部原因引起的燃烧, 而不赔偿车辆自燃造成的损失。
高温燃烧法 篇3
煤田大火遍布世界各地,煤田火灾已发展成为全球性的灾难[1],严重威胁着人类健康、自然环境和煤矿安全生产,造成了巨大的资源损失和环境污染。煤田火区是指在自然条件下,埋藏在地下的煤由于自然或人为的因素,与空气接触后,发生一系列物理化学反应,从氧化蓄热到剧烈燃烧而形成的具有一定规模的,并对环境 产生一定 影响的煤 田区域。一个完整的煤田火区发展演化过程可以概括为风化氧化、自然发火、燃烧系统发展和降温熄灭4个阶段[2,3],其燃烧特点:1高温特征。火区燃烧中心的温度一般在800℃左右,最高的可以达到1000℃。2变氧浓度特征。随着煤田火区向地下深部发展,从地面到火区燃烧中心或从火区外围向燃烧中心,氧气浓度呈逐渐递减的趋势。3贫氧特征。一般地,接近地表裂隙的煤体所处气氛的氧浓度较高,而在火区燃烧中心,由于裂隙不够发育,空气渗流作用较小,而且温度极高,煤体燃烧剧烈,耗氧强度极大,所以煤体处于极度贫氧状态。
从20世纪80年代开始,国内外许多学者相继建立了多种煤自燃特性参数测试实验台,用于测试煤样的自燃倾向性[4,5,6,7,8,9]。20世纪90年代初,西安矿业学院(今西安科技大学)首次建立了煤自然发火实验台,并于2013年在原有基础上,重新设计建造了装煤量为2.5t的XK-VI型煤自然发火实验台[10]。此外,该团队还设计搭建了煤自燃低温程序升温实验台[11]以及油浴程序升温实验台[12],用于模拟并研究煤在低温阶段自燃过程中的临界温度、耗氧速率、放热强度、最短自然发火期等自燃特性参数,该实验台很好地模拟了煤自燃的过程,并用于指导了大量的实践。但是,现有装置耗时、耗财、耗力,而且干扰因素较多,对实验条件要求较高,而且只停留在低温阶段,仅针对煤自燃低温氧化阶段(200℃以内)的特性参数进行测定,为矿井火灾的预防与治理提供理论支撑。然而,煤田火区燃烧时间长,范围大,且具有高温贫氧氧化特点[2,3],可在贫氧浓度条件下继续发展扩大。因此,本文研发了一种操作简单、测试准确、重复性好、实验周期短、工作效率高且具有供氧浓度可调节、实验温度可达1000℃高温的煤田火区燃烧特性参数测试装置。
1测试装置工作原理及设计原则
1.1工作原理
煤田火区燃烧特性参数测试装置的工作原理如图1所示。气体经过流量计通入反应炉内,在铜管中充分预热后送入装有煤样的反应罐中,与煤体反应后的气体从反应罐顶部通过铜管通到反应炉外,再使用气相色谱仪进行检测。
1.2设计原则
设计原则:1气源部分可调节,以便研究不同氧浓度及不同风量对煤自燃的影响。2温度控制智能化,简单易操作,保证测试在较短的时间内完成。3高温反应炉保温性能良好,可提供高温环境,且测温精 确,升温过程 中温度场 均匀稳定。4煤样罐导热性能良好,气体在煤体内均匀稳定流动。5能够以不同氧浓度、不同升温速率或升温方式进行煤田火区燃烧过程的模拟。
2测试装置设计
煤田火区燃烧特性参数测试装置包括气源(空气泵和装有不同氧浓度的高压气瓶)、高温反应炉、自制的煤样罐、气相色谱仪等,如图2所示。
2.1气源部分设计
由于测试煤样量较大,供气量大,为了保证气流通畅、减小通风阻力,气路均采用Φ8铜管,气源选用SPB-3全自动空气泵和高压气瓶组合供气,并通过减压阀、稳压阀和三通与转子流量计相连。煤样罐的供气量(即模拟风量大小)由转子流量计调节。
2.2高温反应炉设计
2.2.1加热方式
鉴于高温反应炉内为空气介质,且热传递方式为热对流和热辐射,在低温段是对流传热方式起主要作用,随着温度的不断增高,热辐射作用逐渐占优势地位[13]。又因炉膛内的保温材料为陶瓷纤维,为保证高温反应炉内温度均匀,应尽量减小炉内各向温差,故将电炉丝半裸露镶嵌在高温炉内除炉盖外的5个面内。
2.2.2温度检测
由于该实验设计达到1000℃高温环境,且要求测温精确度高、响应速度快,故选择S型单铂铑热电偶作为测温元件[14]。高温反应炉内环境温度测量热电偶设计安装在炉体两侧面中心。内部移动式热电偶选用软质材料导线,热电偶数量为6个,分别布置在炉体正前、后两面中部,由炉体外部插入,且其端头位于各罐体中心线中央位置,以便于测量罐内煤体温度。
2.2.3温度控制
工业上广泛应用基于人工智能的PID控制实现温度控制[15,16],其中比例(P)控制能根据温差大小调节马弗炉加热功率,温差小时其输出也小;积分(I)控制能够提高控制精度;微分(D)控制能实现超前控制,减小热惯性影响。通过PID控制可以根据炉内环境温度与设定温度的差值,加大或减小电炉丝的加热功率,从而实现温度控制[17]。
2.2.4炉体结构设计
高温反应炉结构如图3所示。反应炉整体形状设计为箱式,材质为碳材料,连接工艺为焊接,炉门设计在炉体顶部,采用只提式打开方式;炉体和炉盖均为双层材料,内层炉膛材料为陶瓷纤维,外层为碳钢材料;炉体除炉盖外其余5个面均设置加热丝,炉体底部安装耐火砖,并覆盖SiC(碳化硅)底板,以提高炉体的抗压性能。炉盖上安装有6个实验设备进出气口,出气口高于炉盖,并采用出螺纹结构,直径为30mm。出气管的下端为光面直筒,配置相应的旋丝盖扣死,以减少不必要的热量散失,提高炉子的保温性能。为了提高实验的可参考性和工作效率,在高温反应炉的 尺寸设计 上,设计为可 同时容纳6个最大直径为200 mm的煤样罐 或单个直 径为300mm的煤样罐进行煤自燃高温实验。
支架部分主要由电动机、联轴器、转向座、传动轴、升降机、导柱、限位器等组成。电动机通过联轴器连接转向座,转向座通过传动轴连接升降机。升降机安装在炉体两侧中部,导柱安装在炉体的底部四角位置。高温反应炉体可通过该升降机实现开启和关闭功能。在升降操作过程中,通过限位器控制炉体升降的极限位置,防止设备损坏。高温反应炉主要由炉体、温度检测与控制器(耐高温热电偶、电炉丝、温度控制面板)、支架等组成,如图4所示。
2.3煤样罐设计
自制煤样罐为圆柱体,材质为耐高温碳硅材料,直径为300mm,高为200mm。罐盖与罐体采用法兰连接方式固定,中间夹有石墨垫片,以提高实验煤样罐的气密性。煤样罐结构如图5所示。
在罐体侧面距罐底30mm处安装进气铜管,并在罐内同一水平面环形布置进气管。为保证煤样罐内供气的均匀性,并防止高温环境下产生的煤焦油堵塞气孔,在环形进气铜管上均匀布置8个小孔,且孔口朝下,环形直径为150mm,以确保气体在煤体内同一水平面流速相同。在距离罐底30 mm处安装一片刚性较强的钢网,并在钢网上铺2层200目的铜网,以托住实验煤样,并提供气体缓冲区,使气体更加均匀稳定。密封盖上以同样方式布置出气管,并由罐盖中央通出,以备气体采集。在罐体侧面中心位置焊接有热电偶套管,根据热电偶直径,套管采用直径为8mm、长度为200mm的钢管。为保证测温精确度,钢制套管管壁应尽量薄,且套管在罐内一端密封,以保证罐体不漏气。
2.4气样采集
气体采集采用人工方式,按照实验的具体要求,在煤样温度为20℃的整数倍时,使用一次性注射器连接出气管路上预留的抽气口,缓慢均匀地采集反应煤样罐内的气体,使用北分SP-2120型气相色谱仪进行气体组分分析。
3实验分析
3.1温控性能检测
经过不同升温速率、不同升温方式的温控性能检测得出:所设计的 测试装置 可提供室 温至1000℃的环境 温度,温度均匀 性为垂直 方向±10℃(水平方向 ±6℃),最大升温 速率为20℃/min,温度稳定性为±1℃,可编程序30段;具有PID参数自整定功能、手动/自动无干扰切换功能、超温报警功能、温度补偿和校正功能;可以根据具体的实验要求,进行不同升温速率和不同升温方式(升温、保温、自然降温)下的温度控制。
3.2煤田火区燃烧特性实验
3.2.1实验条件
实验所取煤样为长焰煤。将原煤在空气中破碎并筛分成粒 度为0~0.9 mm,0.9~3 mm,3~5mm,5~7mm和7~10mm的5种煤样,取5种粒径煤样各1.5kg充分混合,组成平均 粒径为4.18mm的混合煤样7.5kg,装入煤样 罐进行实验。高温反应炉升温速率设 为0.38℃/min,气源采用空气泵压缩空气供风,流量为1300mL/min。
3.2.2实验过程及结果
实验过程严格按照要求进行,历时约24h。实验前煤样罐装煤高度为10cm,实验后煤样高度为6.5cm,煤样外观无明显变化,各粒径均存在。在实验过程中,主要的现象有:当煤温达到120℃左右时,出气口有大量水生成;270℃左右时,有汽油味出现;310℃左右时开始出现青烟,且烟气的量随煤温升高而迅速增加;330℃左右时,出气管口所在的水槽内有黄色物质生成;390℃左右时,开始出现大量白烟,随着时间的推移,烟量逐渐降低。实验所得的宏观特性参数变化曲线如图6—图14所示。
由图6—图14可以看出,煤样可以在高温贫氧条件下继续发生反应,放出大量的热量,维持火区的发展扩大,且CO等伴生气体的产生量变化规律明显。实验结果与煤田火区氧化燃烧特性相符,证明实验装置的设计是合理和可行的。
4结语
高温燃烧法 篇4
随着城市化进程的加快, 城市生活垃圾的数量也在迅速增加。垃圾焚烧法和其它处理方法相比较能更好地达到垃圾处理减量化、资源化和无害化的治理目标, 而且具有占地面积小、运行稳定, 对周围环境影响较小, 选址难度较低等优点, 在国外获得了广泛的应用。
但是中国垃圾水分含量偏高[4], 造成了垃圾焚烧点火困难, 燃烧不稳定, 可回收利用余热少, 严重限制了垃圾焚烧技术的发展[5], 即使是从国外引进的先进焚烧炉[6]也常常不能正常运转。此外, 由于燃烧温度不高, 烟气中易形成酸性气体 (HCI、SO2、HF) 、NOx、CO、碳氢化合物、重金属及多氯二苯并二恶英 (PCDD) 、多氯二苯并呋喃 (PCDFs) 等微量有机化合物[7], 对大气造成较大污染, 影响环境。因此, 开发出一种适合我国国情的垃圾焚烧技术是十分必要的。
高温蓄热燃烧技术[8]的出现为垃圾焚烧处理带来了希望。它采用蓄热体极限回收烟气余热并将助燃空气预热到800~1 000℃以上, 这样, 即使是热值很低的垃圾也能实现稳定着火和高效燃烧。同时由于与垃圾接触的空气温度较高, 使得垃圾燃烧的全过程都得以加速进行, 提高了化学反应速率, 减少了不完全燃烧损失, 提高了燃烧的效率。此外, 由于助燃空气温度高达800℃以上, 可以很容易地使垃圾在低氧或贫氧状态下燃烧。不但可以避免高温热力氮氧化物NOx的大量生成, 而且可以进一步降低NOx的排放。将高温空气用于垃圾焚烧, 因为燃烧温度高 (助燃空气在800℃以上) , 并且火焰大, 燃烧温度均匀, 还可以有效地抑制二恶英的生成。由于尾部采用蓄热体换热, 燃烧后的烟气经蓄热体放热后迅速降温, 进一步阻止了二恶英类前驱物低温下重新组合生成二恶英, 彻底解决了垃圾焚烧炉的燃烧及环保难题[9]。
1 新型高温蓄热燃烧垃圾焚烧炉结构简介
大量的垃圾焚烧炉是利用机械炉排炉 (包括顺推式机械炉排焚烧炉、逆推式机械炉排焚烧炉、履带式机械炉排焚烧炉) 完成垃圾的燃烧过程, 因为其发展历史较长, 应用范围比较广, 是一个比较经济和方便的垃圾处理方式。但是, 由于中国垃圾的低热值特点, 采用传统炉排冷风助燃时难以使焚烧炉稳定工作。若把蓄热燃烧技术应用于垃圾焚烧炉, 则可以方便地实现低热值垃圾的稳定燃烧。因此, 本文设计了兼容机械炉排炉和旋风炉二者优点的一种新炉型:旋风炉与炉排相结合的两段式垃圾焚烧炉, 炉体基本结构见图1。
本焚烧炉分为两部分。第一部分为逆推式机械炉排 (采用耐热钢) 焚烧炉, 也叫主燃烧室。高温空气由下部风箱进入炉排炉, 与垃圾高温气化燃烧, 燃烧后的烟气切向高速进入副燃烧室 (旋风炉) 。在旋风炉中补充部分高温空气和燃油, 使副燃烧室的温度维持在1 300℃以上, 确保有害物质分解, 并将飞灰彻底熔化, 实现垃圾无害化处理[10]。从旋风炉中出来的高温烟气经过余热锅炉产生蒸汽降温后进入旋转蓄热室产生800℃以上的高温空气供燃烧之用, 其各部分具体设计详述如下。
1.1 主燃烧室
主燃烧室四壁和顶部由耐火砖砌筑而成, 底部运行机械往复式炉排。炉排作用有二:一是利用800℃以上的热空气使垃圾在炉排上快速燃尽;二是顺利排出炉内燃烧产生的灰渣。炉排采用耐热钢制造的往复炉排, 使其可以在800℃以上热空气助燃的情况下不至于烧坏。可动炉排片与固定炉排片以阶梯式纵向交互配置, 工作过程中可动炉排片同时以水平方向做前进与后退动作, 以翻动、搅拌、推动垃圾的前进。送气孔设于炉排片前端的垂直面, 有自清作用。炉排下鼓入800℃以上的热空气, 确保垃圾快速着火并燃尽。燃尽后的垃圾残渣落入水封渣坑, 再由除渣机捞出。
1.2 副燃烧室
如图1所示, 副燃烧室呈圆筒状, 助燃空气 (800℃以上) 高速切向供入, 供风口在圆筒中上部, 沿炉壁圆周有4~8个供风口, 切向风速在100 m/s以上。由主燃烧室流出的烟气由副燃烧室上部进入副燃烧室, 在炉内强烈的旋转燃烧。停留相对较长的时间。在此期间, 由副燃烧室顶部喷入燃油助燃, 使副燃烧室的温度始终保持在1 300℃以上。不但可以使烟气中的残余可燃物完全燃尽, 还可以使烟气中的有害气体完全分解, 满足环保要求。烟气中的飞灰在高温下熔化, 其有害成分被分解, 最后形成液态渣流入渣坑。
1.3 余热锅炉
余热锅炉采用自然循环方式, 主要由水冷壁组成。水在其中流过后由常温水被加热为蒸汽, 供给用户, 大大地提高了垃圾燃烧释放的热量的利用率。
1.4 空气预热系统
普通蓄热燃烧技术通过两个蓄热室交替切换工作状态来回收烟气中的余热。工作状态是左 (右) 侧蓄热体放热, 加热通过左 (右) 侧蓄热体的空气;右 (左) 侧蓄热体吸热, 回收通过右 (左) 侧蓄热体的烟气的显热。通过不断地切换工作状态, 左右两侧的蓄热体可以把烟气中的显热传递给空气, 使进入炉内的助燃空气达到很高温度, 创造了一个良好的燃烧环境, 使热值很低的燃料也很容易着火和稳定燃烧。
但是这种产生高温空气的方法不适用于垃圾焚烧炉。如果使用常规的两个蓄热室分置就需要多个换向阀。但是, 换向阀动作频繁, 极易损坏, 而且换向阀不允许高温空气或烟气通过, 无法完成余热回收。
本文采用回转式蓄热室来产生高温空气。在这种蓄热器中, 空气与烟气都有单一的通道, 无需换向阀, 换向过程通过蓄热体的旋转完成, 无停火现象发生。这种空气蓄热器由转动的转子蓄热体 (陶瓷蜂窝体) 和固定的外壳组成。工作时转子不停地转动, 大约1.5 r/min。固定在外壳上的扇形顶板及底板把转子的流通截面分隔成两部分。一部分让烟气自上而下的流过, 一部分让空气自下而上的流过。扇形顶板及底板分别与外壳上部及下部的烟道及风道相接。这样烟气流过时把蓄热体加热, 转子蓄热体转到空气流通部分时, 蓄热体被空气冷却, 同时把空气加热。因此转子转动一周完成一个传热过程。
转子截面共分为三个部分:一是烟气流通部分, 二是空气流通部分, 另一个是由两个扇形板封闭起来的密封区。由于设计中烟气的体积比空气的体积大, 因而转子中烟气的流动面积应大于空气的流动面积。实际中烟气的流通面积约占转子流动面积的50%, 空气流通面积约占40%, 密封区占10%左右。
转子蓄热体中空气侧的压力大于烟气侧压力, 两侧的压差可高达2~3 k Pa。转子又要不断地转动, 转子与外壳间必然有间隙。为了防止漏风, 在转与不转的交界部分采用压缩空气产生风帘进行密封。
2 试验结果
在广东茂名搭建了小型热态试验炉, 测试结果如下, 燃用垃圾:热值4 800 k J/kg, 含水量<40%, 固体物尺寸<200 mm, 余热锅炉蒸发量0.8 t/h, 蒸汽压力1.25 MPa, 蒸汽温度180℃, 锅炉效率71%, 热风温度810℃, 排烟温度180℃, 炉排面积2.4m2, 尾气中:氮氧化物<150 mg/m3, 一氧化碳<150 mg/m3, 二恶英<0.5 ng-TEQ/m3满足国家排放要求。
3 结论
(1) 低热值且成分变化较大的中国城市垃圾, 在高温空气助燃的环境下, 可以实现顺利着火和稳定燃烧。
(2) 采用两级燃烧方式, 炉内燃烧温度高, 可以有效地分解烟气中的有害成分, 这将大大减轻对周围环境的二次污染。
(3) 高温焚烧后的垃圾残渣是很好的建筑材料且垃圾焚烧后的热量可以产生高温高压的蒸汽用于发电和供热, 能得到可观的经济效益。
(4) 高温蓄热燃烧垃圾焚烧炉具有众多常温空气燃烧所不具备的优点:燃料适应性广, 燃烧稳定, 燃烧速度快, 炉内温度分布均匀, 可极大地降低NOx和二恶英排放, 并可方便地采用灰渣熔融技术[11]。
(5) 垃圾焚烧使其减容90%, 减重75%, 同时可杀死病菌, 还可以进行余热利用等, 因此在垃圾焚烧炉上应用蓄热燃烧技术值得开发、利用和推广。
参考文献
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高温燃烧法 篇5
燃烧器头部组件的工况较为恶劣,不仅在高温碱性环境中极易被氧化,同时还受到煤粉颗粒的高速冲刷,使头部大外筒内表面呈规则的冲刷槽状,使冷却风的截面积变大,其风速达不到设计要求的指标,导致整个燃烧器失效。图1为某水泥厂现场燃烧器头部组件失效后的表面形貌照片。
目前,燃烧器头部组件所使用的材料为ZG40Cr8Ni16,为了更好地提高燃烧器的使用寿命,中材装备集团有限公司热工分公司研发了新型高温耐热耐磨材料T810N,以适应市场需求。
T810N是自行设计研发的一种碳化物强化奥氏体耐热钢,设计思路为:合金中的Cr、Ni主要满足高温抗氧化性的需要,并通过添加W、V、Ti、Nb等元素来形成高强度、高硬度、高熔点的碳化物,从而提高材质的高温耐磨性能;而Ti、Nb两种元素则能够细化晶粒,提高材质的韧性。[1]
用T810N和ZG40Cr28Ni16两种材料分别进行制样,并进行显微组织对比分析、铸态下的硬度测试、高温抗氧化实验[2]、室温拉伸试验、高温拉伸试验[3]、[4]以及高温磨损试验[5]等一系列的研究,其结果对比如下。
1 显微组织分析
采用扫描电镜(SEM)对试样的微观组织进行分析,主要是观察两种材料中强化相碳化物的组成及分布状况,见图2、3所示。
图2中对ZG40Cr28Ni16试样的发亮部位进行EDS(能谱)分析,得出的成分主要为Cr、C,由此可知,合金中的碳化物主要为碳化铬。从图2中可以看出,碳化物基本上较为连续地分布在晶界上。
图3中对T810N试样的发亮部位进行EDS(能谱)分析,得出的成分主要为W、Cr、C,微量的Ti、V、Nb,由此可以得出,合金中的碳化物主要为碳化钨和碳化铬,一定量的碳化钛、碳化钒及碳化铌。从图3中可以看出,碳化物在合金中呈弥散状不连续地分布在基体中。
2 高温抗氧化试验分析
对两组试样进行抗氧化实验研究。氧化实验采用北京电炉厂生产的SK2-2.5-13S型管式炉,试验温度为1000℃。氧化实验采用等温氧化模式,氧化时间为100h。
氧化实验测试步骤:
(1)测量计算试样表面积;
(2)对试样进行超声波清洗,称量其初始重量;
(3)将试样装入95瓷氧化铝坩埚中,放入高温管式炉中进行静态抗氧化性能测试,温度定为1000℃;
(4)测量氧化后的试样重量并计算其增重,氧化过程中每隔20h对试样进行称重。
所得实验结果如图4所示。
图4中的1号试样为ZG40Cr28Ni16,2号试样为T810N,在连续100h的恒温氧化后,试样1的单位面积氧化增重为0.465mg/cm2,试样2的单位面积氧化增重为0.336mg/cm2。
可以得出,T810N在1000℃的抗氧化性能明显优于ZG40Cr28Ni16。
*测试温度650℃,测试周期30min。
3 机械性能试验分析
从表1中可以得出,T810N的硬度显著高于ZG40Cr28Ni16,表明T810N中合金元素所形成的强化相起到了关键作用。。
表2、3为两种材料在常温、高温下的拉伸力学性能,通过对比,T810N的抗拉强度优于ZG40Cr28Ni16。
表4为两种材料在650℃下的高温耐磨性能对比结果,在30min的测试周期内,T810N的高温耐磨性能是ZG40Cr28Ni16的1.6倍。
4 结论
本文介绍了热工分公司为提高燃烧器头部组件的使用寿命而研发出一种新型的碳化物强化奥氏体耐热钢,通过添加W、V、Ti、Nb等元素来形成高强度、高硬度、高熔点的碳化物,从而提高材质的高温耐磨性能。
通过一系列的试验研究表明,T810N较ZG40Cr28Ni16在高温抗氧化性能、室温及高温拉伸性能、高温耐磨性能方面都有显著提高,能够满足提高燃烧器头部组件使用寿命的要求。
摘要：本文介绍了中材装备集团有限公司热工分公司为提高燃烧器使用寿命而研发的一种碳化物强化奥氏体耐热钢T810N。通过添加W、V、Ti、Nb等元素来形成高硬度、高熔点的碳化物,从而提高材质的高温耐磨性能。试验研究表明,T810N在高温抗氧化性能、室温及高温拉伸性能、高温耐磨性能方面较ZG40Cr28Ni16有显著提高,能够满足提高燃烧器头部组件使用寿命的要求。
高温燃烧法 篇6
为了克服纳米催化剂的缺点, 怎样制备低成本, 高活性的多相催化材料呢?向结晶金属或金属氧化物中引入丰富的纳米多孔结构尤其是介孔结构是解决问题的关键, 丰富的纳米多孔结构和大的比表面积大大提高催化剂的催化性能和材料的抗烧结能力。
纳米多孔材料的研究热源自于规则介孔MCM-41的成功制备, 其具有大的比表面积, 均一的孔径分布, 可调变的孔尺寸很丰富的骨架组成, 上述特点使得其在催化、吸附、分离、药物缓释和有机污染物消除等领域得到了广泛的应用[], 介孔材料按照其骨架组成一般包含氧化硅、炭、高分子和介孔金属氧化物等骨架结构。合成过程一般是通过前驱体与模板剂之间的协同自组装过程完成, 再经过进一步的水热合成实现孔壁的进一步缩合、晶化[4,7], 水热处理温度一般为100~140℃, 然而较低的水热处理温度使得制备的材料孔壁为无定形结构, 该特点导致了传统合成方法得到的介孔材料的水热稳定性较差[29]。限制了其广泛的工业应用。所以, 如何有效提高介孔材料孔壁的水热稳定性成为介孔材料研究领域的重点。
最近, 肖丰收教授等首次利用高温水热合成的方法制备了一系列具有优异水热稳定性的介孔材料, 主要包括介孔氧化硅和介孔酚醛树脂材料, 最高合成温度可以达到260℃[11,29], 他们的合成方法为高温水热制备稳定的介孔材料提供了新路径。该方法为高温水热技术合成介孔金属氧化物的提供了很大的机遇, 而介孔金属氧化物, 尤其是具有多晶孔壁结构介孔金属氧化物在光电、催化尤其是催化氧化VOCs等领域具有特别优异的性能, 而传统制备介孔金属氧化物的合成温度较低, 较低的合成温度使得产物的孔壁呈现无定形的结构, 在焙烧除去模板剂的过程中由于孔壁发生晶化导致了大部分介孔结构塌陷, 限制了其应用[30]。
我们在这里利用新颖的高温水热合成技术制备具有结晶孔壁结构的介孔氧化钴材料, 材料的制备主要通过硝酸钴与聚四乙烯吡啶模板剂之间的酸碱自组装来实现, 再经过高温 (180~200℃) 水热处理即可实现孔壁的晶化, 结晶的孔壁结构大大提高了材料的骨架稳定性和纳米多孔结构的稳定性。克服了传统低温水热制备介孔金属氧化稳定性差的缺点。测试发现我们得到的介孔氧化钴具有很高的结晶度, 丰富的介孔结构。该特点使得该材料在催化氧化苯等VOCs污染物是显示了优异的催化性能, 在很温和的条件下即可实现苯完全氧化, 这对于结晶纳米氧化钴系列材料在催化VOCs消除领域的广泛应用具有重要的潜在应用价值。
1 实验步骤
1.1 聚四乙烯基吡啶模板剂溶液的合成
准确称取0.1 g偶氮二异丁腈 (AIBN) 引发剂, 然后加入15 m L无水乙醇, 再加入4.5 g 4-乙烯基吡啶, 搅拌混匀后, 在80℃的水浴中回流于6 h, 即可得到聚四乙烯基吡啶模板剂的乙醇溶液待用。
1.2 晶体孔壁的介孔氧化钴的制备
将上述得到的聚四乙烯基吡啶模板剂溶液补充乙醇至100 m L, 补加入5 m L水, 强力搅拌条件下加入40 mmol的硝酸钴, 立即产生红色沉淀, 继续搅拌24 h, 开盖挥发48 h, 即可得到氧化钴-模板剂混合物干胶, 将上述得到的干胶转入不锈钢反应釜中, 180℃水热处理24 h, 即可得到晶体孔壁介孔氧化钴初产物。将得到的介孔氧化钴初产物于550℃空气条件下焙烧5 h, 即可得到孔道开放的晶体孔壁氧化钴材料。
1.3 样品的表征
粉末X射线衍射采用Siemens-D5005衍射仪测试。电子显微镜测试主要采用日本电子JEOL 6335F型场发射扫描电子显微镜, 加速电压为5 k V, 透射电镜采用日立公司生产的H-8100透射电子显微镜, 加速电压为200 k V。
1.4 催化剂活性评价方法及装置
催化剂活性评价在天津先权仪器有限公司生产的催化剂评价装置 (WFS-3010) 上进行, 在控制空速为20 000 h-1的条件下, 反应器进出口中VOCs的浓度采用GC1690气相色谱 (FID) 在线检测 (色谱工作条件:汽化室温度120℃, 柱温120℃) , 由N2000色谱数据工作站记录分析数据。
反应物和产物通过定量六通阀 (1 m L) 进样, 催化剂经过筛, 选取40~60目的样品用作活性测试, 催化剂体积为0.35 m L, 在每次评价前催化剂需在400℃下活化0.5 h。
2 结果与讨论
图1给出了我们高温水热法得到的介孔氧化钴的小角XRD谱图, 从图中可以看出, 未经过焙烧过的氧化钴表现出了一系列较强的衍射峰, 说明材料具有很高的结晶度。其中较强的衍射峰分别对应 (111) , (220) , (311) , (400) , (511) 和 (440) , 晶面, 对立方相的Co3O4。上述结果表明通过高温水热方法可以制备出高度晶化的介孔氧化钴材料。
图2给出了高温水热方法制备的介孔氧化钴的扫描电子显微镜照片, 可以看出该方法的到的氧化钴材料具有块状的纳米形貌和粗糙的表面, 块状结构尺寸主要集中在5μm左右。进一步对样品表面放大, 我们可以发现样品具有丰富的纳米多孔结构, 纳米孔主要来源于无机前驱体和模板剂之间的自组装形成, 孔径尺寸主要集中在10~20 nm之间;结合制备的介孔氧化钴材料高度晶化的孔壁和丰富的多级纳米孔结构, 该结构特点对于大幅度提高其催化性能非常有利。
图3给出了高温水热方法制备的介孔氧化钴的透射电子显微镜照片, 从图3中可以看出该方法的到的氧化钴材料呈块状形貌, 与扫描电镜结果相一致。可以看出, 材料具有丰富、大小不一的纳米多孔结构, 孔径分布不均一, 集中在10~20 nm, 2~5 nm之间, 主要源自于不同尺寸粒子的堆积作用。丰富的多级纳米孔结构有利于反应物的扩散和传输, 提高了活性中心暴露度, 大大提高了催化剂的催化性能和再生能力。
图4给出了我们制备的晶体孔壁介孔氧化钴材料在不同温度下催化燃烧苯的催化性能曲线。从图中可以看出, 当反应温度为300℃时, 苯的转化率很高, 几乎达到100%转化, 主要燃烧生成二氧化碳和水。逐步降低反应温度到280℃时, 苯的转化率仍然可以达到60%。但反应温度降低到260℃时, 该材料仍然具有催化活性, 催化氧化苯的转化率仍可达到15%左右, 上述结果表明通过我们高温水热合成制备的介孔氧化钴材料在不担载任何活性组分的条件下对催化燃烧苯等VOCs污染物显示了非常优异的催化氧化活性。这一特点主要来源于其高度晶化的孔壁, 稳定和丰富的纳米多孔结构, 该结构特点有利于提高材料活性中心与反应物的充分接触, 促进反应物在催化剂中的快速吸附和反应物的脱附过程, 降低反应过程中的传质阻力, 进而有利于提高其对氧化消除VOCs的催化性能;同时高度晶化的孔壁结构大幅度提高材料的抗烧结能力。该材料的成功制备开辟了高温水热制备功能化结晶介孔金属氧化物的新途径, 对于功能化的结晶氧化钴系列材料在VOCs消除领域的广泛应用具有重要的研究意义, 为简单、低成本制备高效的环保材料提供了新途径。
3 结论
燃烧法处理有机废气的探讨 篇7
在绝大多数处理有机废气的场合.废气中VOC的浓度一般都很低, 而且风量相当大。因此, 往往因为回收废气中的有机溶剂在经济上不合算, 或难以使回收后的溶剂重复使用, 以及在回收过程中可能产生二次污染等问题, 才采用燃烧法来净化有机废气。
1 直接燃烧法
直接燃烧是将有机废气作燃料来燃烧。通常适用于废气中所含可燃物的浓度非常高, 其浓度般高于爆炸浓度上限, 而且它具有相应高的燃烧热值, 即不需添加辅助燃料也能维持燃烧所需的温度。直接燃烧时产生明亮的火焰, 故也称火烟燃烧。在一般含碳氢化台物的有机废气情况下, 直接燃烧后的产物主要是CO2和H2O。另一种情况, 即虽然废气中的可燃物浓度很低, 但有时也可将其选到生产中已有的燃烧室中直接接燃烧.例如将有机废气代替锅炉燃烧室所需的空气;否则只能采用热力燃烧, 即添加辅助燃料来燃烧。直接燃烧法不适用于大风量, 低浓度的有机废气净化。
要实现完全燃烧的先决条件是:除了要有足够高的温度外, 还要使可燃物与空气获得良好的混合, 以及具有足够的空气量 (氧气) 。当空气量不足时, 则燃烧不完全, 在废气中还存在未燃尽的有机物, 若空气过剩量太高, 则温度降低, 燃烧同样也不完全或低于着火点而熄火。此外, 要使使一种可燃物/空气馄合物能着火, 可燃物的浓度必须在着火界限范围内。着火下限表示可燃物的量不足, 着火上限表示可燃物过剩。这表示:在采用直接燃烧法时?若可燃物/空气混合物的浓度处于爆炸极限范围之内, 则存在易燃、易爆和火焰可能经管道回火的危险性, 因此必须采取相应的安全措施;若废气中可燃物的浓度超过爆炸上限, 则必须补充空气, 借以保证有机废气在氧量充足的条件下达到完全燃烧。若浓度处于爆炸范围内, 一般可用空气或惰性气体将其稀释至爆炸下限以下但此时也必然增加了辅助燃料的消耗。
直接燃烧法的火烟燃烧温度一般约在1100℃左右。
直接燃烧法常用的设备有炉、窑以及像炼油和石化工业中常见的火炬。应该指出, 火炬燃烧只是生产工艺过程中的一种安全措施。火炬是敞开式的燃烧器, 燃烧是不完全的, 它不仅造成燃料能量的损失, 而且还会产生大量有害气体和烟尘, 以及热辐射。
2 热力燃烧法
热力燃烧法因为有机废气中所含可燃物的浓度极低, 不能着火和依靠自身来维持燃烧, 所以必须借辅助燃料燃烧产生的热量来提高废气温度使废气中VOC氧化并转化为无害物质。经典的有机废气热力燃烧设备主要由辅助燃烧器和燃烧室组成, 当燃烧室的温度达到可以点燃有机废气时, 才将废气引入燃烧室中进行氧化燃烧, 然后净化后气体经烟囱排入大气。根据废气中空气含量的大小, 采用不同的燃烧器:若废气中氧大于16%, 则用配烟燃烧器;若小于16%, 则用离烟燃烧器, 即必须补充助燃空气。为保证VOC能完全氧化, 废气在燃烧室中要有足够的停留时间。
上述经典的有机废气热力焚烧炉, 由于结构简单、投资费用少、操作方便, 而且几乎可以处理一切有机废气和达到法规的排放要求。
3 蓄热式燃烧法
在热力燃烧装置的操作费中, 主要部分来自辅助燃料的消耗, 在许多情况下, 常用废气预热器来降低燃料消耗, 即通过冷却净化气来预热废气, 使得达到燃烧窒温度只需少量燃料。当预热温度足够高时, 如果废气中可燃物的燃烧热值足以达到反应温度而不需添加辅助燃料, 则称为自供热操作。但是如果废气中可燃物的含量很低, 这就表示要求选用更高的预热温度。这对常用的间壁式换热器而言, 无论在结构上或是在材料上都难以做到。为此, 借鉴多年来在冶金、化工和工业炉等领域中业已获得成功应用的蓄热炉经验, 将其用于有机废气净化, 即蓄热式热力氧化器。
在有机废气净化的诸方法中, 蓄热燃烧法应用较广, 一方面是因为只要充分满足燃烧过程的必要条什, 燃烧法可以使有害物质达到完全燃烧氧化而变为无害物质, 即达到规定的排放要求;另一方面, 燃烧法的终济性主要取决于过程热量的回收和利用程度, 特别在蓄热燃烧法的情况下, 由于过程的热效率很高, 通常只需补充少量辅助燃料;而当废气中有机物浓度达到一定值时, 即可实现自供热操作, 而不必添加助燃料。此外, 蓄热燃烧法的操作维护十分简单、可靠, 不需经常更换零部件和使用寿命较长, 此外, 有些净化方法在处理后, 常常还要用蓄热燃烧法作最后处理才能达到排放要求。当然, 其缺点是:容积较大, 一次性投资费用较高。
4 催化燃烧法
催化燃烧法采用催化剂可以降低有机物氧化所需的活化能, 并提高反应速率, 从而可以在较低的温度下进行氧化燃烧.使有机物转化为无害物质。在催化燃烧时, 一般都采用固体催化剂, 因此涉及的是非均相催化反应。常用的催化剂主要是载体催化剂, 即将催化剂的活性组分沉积于陶瓷或金属载体上。有机废气催化燃烧时所用的催化剂大多以陶瓷材料作为载体, 并做成颗粒、圆柱或空心圆柱体和蜂窝等形状。
虽然催化燃烧与非催化热力燃烧相比其氧化温度明显要低得多, 使有害物质的转化操作更为经济。但其缺点是:对所处理的有机废气有一定要求, 即不能含有使催化剂中毒、抑制反应、堵塞或覆盖催化剂活性中心的物质;此外, 催化剂的费用和经常需要更换也制约了其应用。
5 结束语
对于有机气体的净化处理, 无论是广泛采用的传统处理方法, 还是新开发的处理技术, 都要考虑到应用的实效性。目前, 除了推广传统工艺外, 应重点开发新的技术, 以达到提高去除效率、降低投资运行费用, 减少二次污染的目的。随着有机产品的大量使用, 有机物污染已引起世界各国的高度重视, 控制该类污染已成为各国的一项义不容辞且刻不容缓的任务。我国是一个发展中国家, 面临经济发展和环境保护的双重任务。为促使经济、社会、环境的协调发展, 开发经济有效的有机物的净化处理技术已成为我国解决有机物污染的重要课题。在目前已经开发应用的处理技术中, 先进氧化方法降解有机气体适合我国国情, 在国内有机废气治理领域更具发展前途。S
参考文献