·634· 北京科技大学学报 第33卷 1000 7100 100 800 800 180 80 +一燃烧室出口 600外 一一燃烧室出口 600 一燃烧室温升 60 ·一计算破坏去除率 今 一燃烧室温升 60 400 一计算破坏去除率 400 40 40 200 20 200 0 506006070730 4 6 8 450500 有机物质量浓度(gm) 预热温度℃ 图3焚烧炉入口有机物质量浓度对破坏去除率的影响 图2废气预热温度对破坏去除率的影响 Fig.3 Effect of inlet VOC mass concentration on the destruction and Fig.2 Effect of preheat temperature on the destruction and removal removal efficiency efficiency 甲烷、一氧化碳浓度场计算结果显示，当废气预 率的直接因素；有机物质量浓度是通过影响燃烧室 热温度低于500℃时，未达到甲烷、一氧化碳的自燃 温升和燃烧室温度而间接影响破坏去除率. 温度，化学反应缓慢，甲烷、一氧化碳浓度场分布不 甲烷、一氧化碳浓度场计算结果显示，当燃烧室 均衡，甲烷、一氧化碳出口浓度较高：当废气预热温 入口有机物质量浓度5gm-3时，化学反应剧烈，燃 度高于550℃时，达到甲烷、一氧化碳的自燃温度， 烧室温度场分布均匀，燃烧室温升较高，达到甲烷、 化学反应加剧，甲烷、一氧化碳浓度场分布均匀，甲 一氧化碳的自燃温度，化学反应剧烈，甲烷、一氧化 烷、一氧化碳出口浓度低.一氧化碳浓度场计算结 碳浓度场分布均匀，甲烷、一氧化碳出口浓度低：当 果显示，一氧化碳是在甲烷氧化过程中先生成，随后 燃烧室入口有机物质量浓度3.75gm3时，燃烧室 又氧化消除的.与温度场计算结果对比显示，一 温度场分布不均衡，燃烧室温升较低且不均匀，未达 氧化碳得到充分氧化的燃烧室温度在700℃以上， 到一氧化碳的自燃温度，化学反应缓慢，甲烷、一氧 略高于一氧化碳的自燃温度652℃. 化碳浓度场分布不均衡，甲烷、一氧化碳出口浓度较 3.2焚烧炉入口有机物质量浓度对破坏去除率的 高.一氧化碳是在甲烷氧化过程中先生成，随后又 影响 氧化消除的：如果入口甲烷浓度较低时，即使达到甲 焚烧炉入口有机物质量浓度对破坏去除率的影 烷的自燃温度，但是燃烧室温升低，可能因未达到一 响如图3所示.当燃烧室入口有机物质量浓度低于 氧化碳的自燃温度而导致出口一氧化碳浓度极高 3.33g·m3时，燃烧室温升、燃烧室出口温度、有机 3.3氧质量分数对破坏去除率的影响 物破坏去除率都随入口质量浓度升高而缓慢升高： 在模拟中，还研究了氧质量分数变化对VOC破 当燃烧室入口有机物质量浓度在3.33~4.17gm-3 坏去除率的影响.焚烧炉入口氧质量分数对破坏去 时，燃烧室温升、燃烧室出口温度和有机物破坏去除 除率的影响如图4所示.当氧质量分数超过0.03 率随入口质量浓度升高而急剧升高：当燃烧室入口 时，即可保证有充足的氧气参加化学反应，氧质量分 有机物质量浓度高于4.17gm3时，燃烧室温升、燃 数不再影响VOC破坏去除率.在实际应用条件下， 烧室出口温度随入口质量浓度升高而缓慢升高，有 氧质量分数一般为0.05~0.21，始终满足有机物充 机物破坏去除率随入口温度变化而改变的幅度很 分燃烧的需要 小.当燃烧室入口有机物质量浓度较低时，有机物 破坏去除率较低是由一氧化碳未完全氧化引起的. 4工程应用状况 温度场计算结果显示当燃烧室入口有机物质量 北京科技大学蓄热式有机废气焚烧炉研制成功 浓度5g·m3时，化学反应剧烈，燃烧室温度场分布 以后，随即应用于北京市房山区的一家工厂.该工 均匀，燃烧室温升较高，导致有机物氧化效果好.当 厂生产精密抛光材料：蓄热式有机废气焚烧炉用于 燃烧室入口有机物质量浓度3.75g·m-3时，燃烧室 研磨带涂布生产过程产生的有机废气处理.厂中原 温度场分布不均衡，燃烧室温升较低且不均匀，未达 有催化氧化焚烧炉，存在处理效果不理想、能耗比较 到一氧化碳的自燃温度，化学反应缓慢，导致有机物 高、更换产品时需要停机和需要更换价格昂贵的催 破坏去除率较低.由此也验证温度是影响破坏去除 化剂等问题，目前己停止使用.蓄热式有机废气焚北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 图 2 废气预热温度对破坏去除率的影响 Fig． 2 Effect of preheat temperature on the destruction and removal efficiency 甲烷、一氧化碳浓度场计算结果显示，当废气预 热温度低于 500 ℃时，未达到甲烷、一氧化碳的自燃 温度，化学反应缓慢，甲烷、一氧化碳浓度场分布不 均衡，甲烷、一氧化碳出口浓度较高; 当废气预热温 度高于 550 ℃时，达到甲烷、一氧化碳的自燃温度， 化学反应加剧，甲烷、一氧化碳浓度场分布均匀，甲 烷、一氧化碳出口浓度低． 一氧化碳浓度场计算结 果显示，一氧化碳是在甲烷氧化过程中先生成，随后 又氧化消除的［11］． 与温度场计算结果对比显示，一 氧化碳得到充分氧化的燃烧室温度在 700 ℃ 以上， 略高于一氧化碳的自燃温度 652 ℃ ． 3. 2 焚烧炉入口有机物质量浓度对破坏去除率的 影响 焚烧炉入口有机物质量浓度对破坏去除率的影 响如图 3 所示． 当燃烧室入口有机物质量浓度低于 3. 33 g·m － 3 时，燃烧室温升、燃烧室出口温度、有机 物破坏去除率都随入口质量浓度升高而缓慢升高; 当燃烧室入口有机物质量浓度在 3. 33 ～ 4. 17 g·m － 3 时，燃烧室温升、燃烧室出口温度和有机物破坏去除 率随入口质量浓度升高而急剧升高; 当燃烧室入口 有机物质量浓度高于 4. 17 g·m － 3 时，燃烧室温升、燃 烧室出口温度随入口质量浓度升高而缓慢升高，有 机物破坏去除率随入口温度变化而改变的幅度很 小． 当燃烧室入口有机物质量浓度较低时，有机物 破坏去除率较低是由一氧化碳未完全氧化引起的． 温度场计算结果显示当燃烧室入口有机物质量 浓度 5 g·m － 3 时，化学反应剧烈，燃烧室温度场分布 均匀，燃烧室温升较高，导致有机物氧化效果好． 当 燃烧室入口有机物质量浓度 3. 75 g·m － 3 时，燃烧室 温度场分布不均衡，燃烧室温升较低且不均匀，未达 到一氧化碳的自燃温度，化学反应缓慢，导致有机物 破坏去除率较低． 由此也验证温度是影响破坏去除 图 3 焚烧炉入口有机物质量浓度对破坏去除率的影响 Fig． 3 Effect of inlet VOC mass concentration on the destruction and removal efficiency 率的直接因素; 有机物质量浓度是通过影响燃烧室 温升和燃烧室温度而间接影响破坏去除率． 甲烷、一氧化碳浓度场计算结果显示，当燃烧室 入口有机物质量浓度 5 g·m － 3 时，化学反应剧烈，燃 烧室温度场分布均匀，燃烧室温升较高，达到甲烷、 一氧化碳的自燃温度，化学反应剧烈，甲烷、一氧化 碳浓度场分布均匀，甲烷、一氧化碳出口浓度低; 当 燃烧室入口有机物质量浓度 3. 75 g·m － 3 时，燃烧室 温度场分布不均衡，燃烧室温升较低且不均匀，未达 到一氧化碳的自燃温度，化学反应缓慢，甲烷、一氧 化碳浓度场分布不均衡，甲烷、一氧化碳出口浓度较 高． 一氧化碳是在甲烷氧化过程中先生成，随后又 氧化消除的; 如果入口甲烷浓度较低时，即使达到甲 烷的自燃温度，但是燃烧室温升低，可能因未达到一 氧化碳的自燃温度而导致出口一氧化碳浓度极高． 3. 3 氧质量分数对破坏去除率的影响 在模拟中，还研究了氧质量分数变化对 VOC 破 坏去除率的影响． 焚烧炉入口氧质量分数对破坏去 除率的影响如图 4 所示． 当氧质量分数超过 0. 03 时，即可保证有充足的氧气参加化学反应，氧质量分 数不再影响 VOC 破坏去除率． 在实际应用条件下， 氧质量分数一般为 0. 05 ～ 0. 21，始终满足有机物充 分燃烧的需要． 4 工程应用状况 北京科技大学蓄热式有机废气焚烧炉研制成功 以后，随即应用于北京市房山区的一家工厂． 该工 厂生产精密抛光材料; 蓄热式有机废气焚烧炉用于 研磨带涂布生产过程产生的有机废气处理． 厂中原 有催化氧化焚烧炉，存在处理效果不理想、能耗比较 高、更换产品时需要停机和需要更换价格昂贵的催 化剂等问题，目前已停止使用． 蓄热式有机废气焚 ·634·