高浓度丙酮VOCs高温预热近极限贫燃预混火焰特性的数值分析

郑仕杰，钱研，杨朋辉，王学斌

（1 西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室，陕西西安710049；2 陕西宝昱科技工业有限公司，陕西西安710065）

电子制造工业是近年来迅速增长的挥发性有机化合物（volatile organic compounds, VOCs）污染的重要源头之一，多数VOCs 具有刺激性、毒性和致癌性，长期吸入会损害人的血液和神经系统，且能在光照下与氮氧化物作用形成光化学烟雾而危害生态环境[1−2]。近二十年来，冷凝、化学洗涤、活性炭吸附和焚烧等多种方法被广泛用于处理有机废气。而在印制电路板的基本材料覆铜板的生产加工过程中，有机的树脂胶液在上胶工艺后受热挥发，产生大量的含高浓度丙酮（＞5000μL/L）的VOCs废气。对于此类高浓度（热值）和不易回收的相对高浓度VOCs 混合气，热力焚烧为目前应用较多的处理方法，炉膛温度常在800℃以上，可实现95%以上的VOCs 高脱除率，同时还节约了整个系统的能耗成本[3]。本文的研究对象是某电子厂生产工艺过程中产生的高浓度丙酮VOCs 废气的焚烧过程。该工艺废气中的空气约占总体积分数的99%，丙酮占0.5%～1%，该VOCs预混气体的化学当量比仅为0.1～0.2，属于典型的近贫燃极限工况，当预混废气的化学当量比低于贫燃极限后，极易发生设备灭火和燃烧效率差等问题[4]。

关于燃料可燃极限的基础研究已较为广泛。Zeldovich[5]最早提出了热损失理论，即可燃极限源于火焰对环境的热损失，与Frank−Kameneskii 等[6]理论推导得到热损失和火焰传播速度的直接关系，并推算出可燃极限条件下的CH4/空气的火焰传播速度约在1.2～1.9cm/s之间。……