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大气环境是人们赖以生存的基础,其质量的好坏直接影响着人类的健康。VOCs是大气的一个主要的污染源,随着工业的发展,其对大气环境造成破坏越来越大,人们密切的关注对其处理的情况,我国已经出台对甲苯、二甲苯限排的标准。基于此,本文提出以流化床焚烧的技术处置VOCs,并对该技术展开实验研究,同时运用基于基元反应机理的化学动力学方法计算,得到了一些具有现实指导意义的研究结果和结论。 选用空心氧化铝小球作为床料,大大降低了流化风速,有利于增加停留时间、减小炉膛尺寸,减小排烟热量损失。 本文分别在鼓泡床上和循环流化床上进行了焚烧乙烯和甲苯的实验。通过对温度,停留时间,浓度等因素的分析,得到了一些可供日后实际应用参考的结论。用鼓泡床焚烧乙烯时,空气流量为30m3.h-1下,炉膛温度分别为600℃和700℃时乙烯的转化率在95%以上,700℃工况最佳;炉温越高,乙烯转化率越高。特别是高乙烯浓度时,升高温度对乙烯的转化率促进作用明显;高乙烯浓度下,小风速时乙烯燃烧效果相对差些,CO含量较高,提高风速后好转,所以当废气浓度升高时,适当提高风速有利于充分燃烧。延长停留时间促进乙烯转化,但随着时间的增加,对转化率的影响逐渐变小,当时间足够大时,影响微乎其微。在高浓度下停留时间对转化率的影响更为明显,所以浓度较高时,须保证较长的停留时间。以循环流化床焚烧甲苯时,50m3.h-1,850℃工况下,甲苯的分解率在94%以上。转化率的主要决定因素是温度,局部达到970℃-1000℃可以达到较好的效果;低温阶段焚烧效果很差,温度过低时会产生黑烟,炉温750℃为临界温度,炉温大于该温度的情况下焚烧效果较好;850℃下,在0.63s到0.75s的范围内,停留时间越长,转化率越高。流化床比固定床更有助于甲苯的分解,床料强化了炉内扰动和换热条件,有利于甲苯燃烧;CO的浓度来大致判断VOC焚烧的情况。无论是采用鼓泡床还是循环流化床,烟气中的NOx含量都很低。 采用P.Dagaut et al提出的反应机理,以CHEMKIN4.0内置Closed Homogeneous Batch Reactor作为反应器模型,计算了甲苯高温氧化的反应,通过对不同初始条件的改变,得到了一系列的结论,甲苯在氧化反应初期生成多种中间体,之后再由中间体氧化生成CO2,所以CO2的生成相对于甲苯的分解有一个滞后的时间;反应温度愈高,甲苯达到较低的浓度所需的反应时间愈短,在950K-1060K区间,每升高20K,甲苯达到稳定的时间缩短一半,1080-1240K区间,温度升高40K才达到相同的效果;随着停留时间的增加,甲苯达到较低浓度所需的温度降低;在低温阶段,温度的提高对转化率较明显,而在高温阶段,增加停留时间效果较明显;在停留时间不足大时,分解率整体上是随着浓度的增大而减小的,只是在很小的浓度范围内,分解率随着浓度增大而增大。随着停留时间的增大,浓度对分解率的影响越来越小。在停留时间不足够大时,转化率在浓度较低时随着浓度的增大而增大,在浓度达到一定值以后迅速减小,并且,停留时间越短,减小幅度越大。随着停留时间的增大,浓度对转化率的影响越来越小。