当前课程知识点：大气污染控制工程 > 第十章 挥发性有机物控制技术 > 10-5 燃烧法控制VOCs污染 > Video
同学们好！这一讲我们学习燃烧法净化含VOCs废气
将有害气体、蒸气、液体或烟尘
通过燃烧转化为无害物质的过程
称为燃烧法净化
这种方法主要适用于净化可燃或高温分解的有机物
有机物在燃烧过程中释放出大量燃烧热，因此可以回收热量
燃烧法净化时发生的化学反应主要是氧化和高温热解
产物为CO2和H2O
这里给出了汽油、苯和硫化氢燃烧的热化学方程式
其中Q是每摩尔燃料燃烧时所释放出的热量，称为燃烧热
这些热化学方程式是进行物料衡算
热量衡算及设计燃烧装置的依据
燃烧装置的大小是有限的
要在燃烧装置中完成燃烧反应
就需要有较高的燃烧反应速率
我们假设有这样一个燃烧反应，它的燃烧反应速率
即单位时间内VOC浓度的减少量
可以用反应常数乘以VOC浓度的级数
再乘以氧气浓度的级数来计算
一般情况下氧气浓度是远远高于VOC浓度
因此可以认为氧气浓度在反应前后不变
这个公式就简化为只与VOC浓度的级数有关
其中燃烧动力学速率常数k主要受到反应温度和活化能的影响
可以用阿累尼乌斯方程来进行计算
我们一起来看一个例子。用燃烧法去除废气中99.9%的苯
当燃烧温度分别为538、649和760度时
燃烧所需要的时间是多少呢
我们假设苯的燃烧反应是一级反应，反应级数n=1
燃烧速率方程进行积分
就可以得到得到任意时间浓度和初始浓度比值
温度为538度时，燃烧动力学速率常数k很小
计算得到的反应时间为17.4h，这个时间太长了
在现实中是不可能实现的
同样，我们可以计算得到温度为649度时
去除99.9%的苯所需的燃烧时间分别为49s
温度为760度时
所需要的时间为0.2s，这时燃烧的方法就可行了
这个例子也说明，对一级动力学反应而言
燃烧时间与起始VOCs浓度无关，只和温度有关
但是，大家需要注意的是，对非一级反应
燃烧所需时间是和VOCs的起始浓度相关的
使用燃烧法的时候要特别注意爆炸的问题
当物质浓度达到爆炸极限范围内，就会发生爆炸
因此燃烧的极限浓度范围，就是爆炸极限浓度范围
这个表给出了部分有机蒸气的爆炸浓度上限和下限
但实际生产中碰到的是多种可燃气体的混合物
这时的混合物爆炸极限范围可以用这个公式来进行计算
这里ci是i组分的爆炸极限浓度，a,b,m是各组分的百分含量
在化工、喷漆、绝缘材料等行业中
所排出的有机废气经常采用燃烧法净化
常见的燃烧工艺有直接燃烧、热力燃烧和催化燃烧三种
我们这里看到的是直接燃烧工艺
当可燃有机废气中有害组分浓度较大或燃烧热较高时
可以把废气中有害可燃成分当作燃料直接燃烧
含有VOC的废气，进入燃烧器，在1100度左右的温度下燃烧
这个燃烧器可以是专用燃烧器，也可以是普通的锅炉
如果可燃组分的浓度高于燃烧上限，可以混入空气后燃烧
如果可燃组分的浓度低于燃烧下限
就需要加入辅助燃料维持燃烧
此外要注意的是，这种情况需要设置灭火空气口
一旦出现问题，可加大空气量来灭火
当可燃有机组分的含量较低时，本身不能维持燃烧
直接燃烧工艺就不适用了
这时可以利用煤气、天然气等作为助燃气体
把废气温度提高到热力燃烧所需要的温度
使气态污染物氧化分解
这里给出了热力燃烧的工艺流程示意图
热力燃烧的过程可以分为三个步骤
首先辅助燃料燃烧来提供热量；之后废气与高温燃气混合
达到反应的温度
最后，在反应温度下，保持废气有足够长的停留时间
使废气中可燃的有害组分氧化分解
因此，在热力燃烧过程中
被净化的废气不是作为燃烧所用的燃料
而是在含氧足够高的时候作为助燃气体
在不含氧时作为燃烧的对象
在供氧充分的情况下，反应温度、停留时间
湍流混合构成了热力燃烧的必要条件
这里给出了部分含有机物的废气
在燃烧净化时所需的反应温度和停留时间
我们可以看出，大部分碳氢化合物在590～820℃
0.3～0.5s停留时间内即可反应完全
但是不同的污染物
完全燃烧所需的反应温度和停留时间也不完全相同
例如碳烟粒子就需较高的温度和较长的停留时间
第三类燃烧工艺是催化燃烧
催化燃烧是在系统中使用催化剂
使废气中的VOCs在较低温度下氧化分解的方法
这种方法的优点是无火焰燃烧，安全性好
燃烧温度低，大部分烃类在300～450℃之间就可以完全燃烧
同时它的助燃燃料消耗少，对可燃组分和热值的限制较小
催化燃烧的去除效率高，可以达到90%~99.5%
另外，催化燃烧还能消除恶臭
但采用催化燃烧时，为防止催化剂中毒
我们需要对烟气进行除尘等预处理
同时，烟气温度也需要预热到所用催化剂的操作温度
这种方法主要适用于金属印刷、绝缘材料、漆包线
炼焦、油漆、化工等行业的废气处理和恶臭气体处理
但不能用于处理含有机氯和有机硫的化合物
因为这些化合物燃烧后会造成二次污染并使催化剂中毒
催化燃烧工艺包括分建式和组合式两种
这里给出的是，分建式的催化燃烧系统
烟气首先经过预处理，进入初级换热器
使烟气被预热，同时回收燃气的热量
之后通入燃烧系统，加热到催化剂所需要的温度后
进入催化床发生催化反应，最后经换热后排出
分建式的催化燃烧系统适合处理气流量较大的情况
对于烟气量比较小的情况，我们可采用组合式催化燃烧器
相比于分建式，这种工艺结构更加紧凑
废气经过预处理之后，进入换热器，接着进入预燃烧器
辅助燃料的燃烧使之温度达到催化所需的温度
经过催化床发生反应
反应后的气体经过换热器加热新的废气
最后排入到大气当中
用于VOCs催化燃烧的催化剂包括贵金属催化剂和稀土催化剂
载体选择氧化铝或者镍、铬、不锈钢等金属或者合金
催化剂主要呈蜂窝状、粒状、网状
这里给出了各种催化剂的活性组分及其适用的操作温度
我们刚才介绍的这三种燃烧工艺
都适用于可燃的或在高温下可以分解的有害物质
处理的有机废气浓度一般较高，去除效率通常在95％以上
三种燃烧工艺可以说各有优缺点
直接燃烧法运行费用低，但燃烧温度高
容易在燃烧过程中发生爆炸
并且浪费热能、容易产生二次污染
因此目前已经较少采用
热力燃烧法通过热交换器回收了热能，降低了燃烧温度
但在VOC浓度较低时需要加入辅助燃料，增加了运行费用
催化燃烧法的燃烧温度最低，降低了燃烧费用
但催化剂较贵，导致投资成本高
并且如果烟气中含有重金属和粉尘，会引起催化剂中毒
因此它对预处理的要求更为严格
需要注意的是在燃烧过程中，不完全燃烧是个永久的难题
燃烧过程形成的乙醛、二噁英、呋喃等中间产物
是比初始废气危害更大的污染物
这一讲就介绍到这里，同学们再见
-1-1 大气污染的定义和分类
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-第一章 绪论--1-1 大气污染的定义和分类
-1-2 大气污染物和排放源
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-第一章 绪论--1-2 大气污染物和排放源
-1-3 大气污染的影响
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-第一章 绪论--1-3 大气污染的影响
-1-4 大气污染防治法规及标准体系
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-第一章 绪论--1-4 大气污染防治法规及标准体系
-第一章 绪论--第一章 作业习题
-2-1 燃料的性质与分类
-第二章 燃烧与大气污染--2-1 燃料的性质与分类
-2-2 燃烧过程和计算
--燃烧过程和计算
-第二章 燃烧与大气污染--2-2 燃烧过程和计算
-2-3 硫氧化物的生成
--硫氧化物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-3 硫氧化物的生成
-2-4 氮氧化物的生成
--氮氧化物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-4 氮氧化物的生成
-2-5 颗粒物的生成
-2-5 颗粒物的生成--作业
-2-6 其他污染物的生成
--其他污染物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-6 其他污染物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--第二章 作业习题
-3-1 概述
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-第三章 大气污染气象学--3-1 概述
-3-2 大气的垂直结构
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-第三章 大气污染气象学--3-2 大气的垂直结构
-3-3 大气的热力过程
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-第三章 大气污染气象学--3-3 大气的热力过程
-3-4 大气稳定度与逆温
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-3-4 大气稳定度与逆温--作业
-3-5 大气的运动和风
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-第三章 大气污染气象学--3-5 大气的运动和风
-第三章 大气污染气象学--第三章 作业习题
-4-1 概述
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-1 概述
-4-2 点源扩散的高斯模式
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-2 点源扩散的高斯模式
-4-3 特殊气象和地形条件下的高斯扩散模式（选修）
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-第四章--4-3 特殊气象和地形条件下的高斯扩散模式（选修）
-4-4 点源扩散浓度的估算
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-4 点源扩散浓度的估算
-4-5 线源和面源扩散模式（选修）
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-第四章--4-5 线源和面源扩散模式（选修）
-4-6 空气质量模型的研究进展
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-4-7 区域空气质量模型的应用案例（选修）
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-第四章--4-7 区域空气质量模型的应用案例（选修）
-第四章 大气污染浓度估算模式--第四章 作业习题
-5-1 粒径与粒径分布
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-1 粒径与粒径分布
-5-2 颗粒物的形貌特征
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-2 颗粒物的形貌特征
-5-3 化学组成和光学性质
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-5-3 化学组成和光学性质--作业
-5-4 粉尘的物理性质
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-4 粉尘的物理性质
-5-5 净化装置的性能
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-5 净化装置的性能
-5-6 流体阻力和颗粒的沉降
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-第五章--5-6 流体阻力和颗粒的沉降
-5-7 惯性碰撞、机械拦截和扩散（选修）
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-5-7 惯性碰撞、机械拦截和扩散（选修）--作业
-第五章 颗粒污染物控制技术基础--第5章 作业习题
-6-1 重力沉降室
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-第六章 除尘装置--6-1 重力沉降室
-6-2 旋风除尘器
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-6-2 旋风除尘器--作业
-6-3 电晕放电和粒子荷电（选修）
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-6-3 电晕放电和粒子荷电（选修）--作业
-6-4 荷电颗粒的运动和捕集
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-第六章 除尘装置--6-4 荷电颗粒的运动和捕集
-6-5 电除尘器的结构和设计
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-第六章 除尘装置--6-5 电除尘器的结构和设计
-6-6 袋式除尘器的工作原理
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-6-6 袋式除尘器的工作原理--作业
-6-7 袋式除尘器的压力损失和清灰（选修）
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-第六章--6-7 袋式除尘器的压力损失和清灰（选修）
-6-8 袋式除尘器的设计和应用
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-6-8 袋式除尘器的设计和应用--作业
-6-9 湿式除尘器的工作原理
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-第六章 除尘装置--6-9 湿式除尘器的工作原理
-6-10 文丘里洗涤器（选修）
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-第六章 除尘装置--6-10 文丘里洗涤器（选修）
-6-11 除尘器的选择与发展
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-6-11 除尘器的选择与发展--作业
-第六章 除尘装置--第六章 作业习题
-期中测试--期中测试
-7-1 物理吸收传质计算
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-第七章 --7-1 物理吸收传质计算
-7-2 化学吸收传质计算
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-7-2 化学吸收传质计算--作业
-7-3 吸收设备和工艺
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-7-3 吸收设备和工艺--作业
-7-4 气体吸附原理与速率
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-7-4 气体吸附原理与速率--作业
-7-5 吸附设备与工艺
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-7-5 吸附设备与工艺--作业
-7-6 吸附器的设计计算
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-第七章 --7-6 吸附器的设计计算
-7-7 催化原理
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-7-7 催化原理--作业
-7-8 气固催化反应动力学
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-7-8 气固催化反应动力学--作业
-7-9 气固相催化反应器的设计
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-7-9 气固相催化反应器的设计--作业
-第七章 气态污染物控制技术基础（选修）--第七章 作业习题
-8-1 概述
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-8-1 概述--作业
-8-2 燃烧前燃料脱硫
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-第八章 硫氧化物控制技术--8-2 燃烧前燃料脱硫
-8-3 流化床燃烧脱硫
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-8-3 流化床燃烧脱硫--作业
-8-4 高浓度二氧化硫回收
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-8-4 高浓度二氧化硫回收--作业
-8-5 石灰石/石灰湿法烟气脱硫技术
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-第八章 --8-5 石灰石/石灰湿法烟气脱硫技术
-8-6 氧化镁湿法烟气脱硫技术（选修）
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-8-6 氧化镁湿法烟气脱硫技术（选修）--作业
-8-7 海水烟气脱硫技术（选修）
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-8-7 海水烟气脱硫技术（选修）--作业
-8-8 湿式氨法烟气脱硫技术（选修）
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-8-8 湿式氨法烟气脱硫技术（选修）--作业
-8-9 喷雾干燥法烟气脱硫技术（选修）
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-8-9 喷雾干燥法烟气脱硫技术（选修）--作业
-8-10 循环流化床干法烟气脱硫
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-8-10 循环流化床干法烟气脱硫--作业
-8-11 烟气脱硫技术的综合比较
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-8-11 烟气脱硫技术的综合比较--作业
-8-12 二氧化硫控制策略（访谈）（选修）
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--参考链接
-第八章 硫氧化物控制技术--第八章 作业习题
-9-1 概述
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-9-1 概述--作业
-9-2 低氮氧化物燃烧技术
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-第九章 固定源氮氧化物控制技术--9-2 低氮氧化物燃烧技术
-9-3 选择性催化还原技术
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-第九章 固定源氮氧化物控制技术--9-3 选择性催化还原技术
-9-4 选择性非催化还原技术
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-第九章--9-4 选择性非催化还原技术
-9-5 SNCR-SCR联合烟气脱硝技术（选修）
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-9-5 SNCR-SCR联合烟气脱硝技术（选修）--作业
-9-6 烟气同时脱硫脱硝技术（选修）
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-9-6 烟气同时脱硫脱硝技术（选修）--作业
-9-7 固定源氮氧化物控制技术评价
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-9-7 固定源氮氧化物控制技术评价--作业
-9-8 超低排放技术访谈
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-第九章 固定源氮氧化物控制技术--第九章作业习题
-10-1 概述
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-10-1 概述--作业
-10-2 蒸气压及蒸发
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-第十章 挥发性有机物控制技术--10-2 蒸气压及蒸发
-10-3 VOCs污染预防
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-第十章 挥发性有机物控制技术--10-3 VOCs污染预防
-10-4 冷凝法控制VOCs污染
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-10-4 冷凝法控制VOCs污染--作业
-10-5 燃烧法控制VOCs污染
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-第十章--10-5 燃烧法控制VOCs污染
-10-6 生物法控制VOCs污染（选修）
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-10-6 生物法控制VOCs污染（选修）--作业
-第十章 挥发性有机物控制技术--第十章作业习题
-11-1 机动车污染概述
--11-1-1
--11-1-2
--11-1-3
-11-1 机动车污染概述--作业
-11-2 内燃机工作原理和污染物生成机制
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--11-2-2
-第十一章--11-2 内燃机工作原理和污染物生成机制
-11-3 机动车排放控制技术
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-第十一章 机动车污染控制--11-3 机动车排放控制技术
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--11-4-2
-第十一章--11-4 先进车辆技术和清洁替代燃料技术
-11-5 交通规划与交通管理（选修）
--11-5
-11-5 交通规划与交通管理（选修）--作业
-第十一章 机动车污染控制--第十一章作业习题
-12-1 全球气候变化与温室效应
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-12-1 全球气候变化与温室效应--作业
-12-2 气候变化的应对措施
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-12-2 气候变化的应对措施--作业
-12-3 臭氧层破坏问题
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-12-4 臭氧层破坏的应对措施
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-第十二章 全球性大气环境问题--第十二章作业习题
-Lecture 01
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-Lecture 02
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-Conversation
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-附加：--Exercise
