甲烷／富氧对向流火焰的结构以及NOx抑制方法的研究

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1、第14卷第1期重庆电力高等专科学校学报2009年3月V0I_l4No．1JournalofChongqingElectricPowerCollegeMar．20o9甲烷／富氧对向流火焰的结构以及NO抑制方法的研究鲁冠军，屈紫懿，姚昌模(重庆电力专科学校，重庆400053)【摘要】降低富氧火焰中的氮氧化物排放是富氧燃烧作为新型节能燃烧技术得以推广应用的关键之一。对对向流火焰形态研究发现，提高火焰速度梯度可以使火焰燃烧区域变薄，还可使NO、CO、CO：生成区域降低。从而证明提高速度梯度是在富氧燃烧下降低氮氧化物排放的有效方法。【

2、关键词】富氧燃烧；低NO；对向流火焰【中图分类号]TQ63；TK16【文献标识码】A【文章编号】1008—8032(2009)01．0006．040前言1NO形成机理随着经济的发展和世界人口的增加，能源的总燃烧生成产物中的NO一般是指NO和NO，消费量和人均消费量都在不断增长。长期以来大这其中几乎都是NO(NO占90％以上，NO占5％量化石能源的消费，使人们面临保护生态环境和保～10％)，NO是由一部分NO在火焰带下游或者障能源安全两大问题，因此，能源利用技术的高效排放后转化形成的，在富氧燃烧中由于火焰温度很率和低污染排放是

3、必须满足的两个条件。高，其中的氮氧化物主要是NO。NO按照其生成起富氧燃烧以显著提高燃烧效率和高温火焰的源和生成途径分类，主要分为热力型NO、快速型特点J，长久以来广泛应用在玻璃熔窑和金属冶NO以及燃料型NO，在本文研究的富氧燃烧中采用炼等需要高温操作的行业。随着膜法制氧技甲烷为燃料，只产生热力型NO和快速型NO，文中术、变压吸附PSA法(pressureswingadsorption)等主要对这两类氮氧化物进行说明。新型制氧技术的成熟和利用，富氧成本将会不断降1．1热力型NOJ低，使得富氧燃烧技术的应用领域不断扩大，在燃热

4、力型NO是由助燃空气中的N在高温下氧气发电系统、工业锅炉、生物质能和废弃物能的利化而生成的，其生成量与燃烧的火焰温度、残留的用等多方面都具有应用前景。0，浓度及反应物在高温区滞留的时间密切相关。但是，火焰的高温化引起氮氧化物大幅度增捷里多维奇(Zeldovich)于1946年提出的NO的反加，就参考文献所作的富氧扩散燃烧的数值计算应机理为：预测，30～40％的富氧空气时NO的生成比空气燃N，+ON0+N①烧增加约4倍。纯氧燃烧理论上是零NO排放，但N+02N0+O②实际的燃烧设备不可能做到完全封闭，氧浓度在N+OHm---N

5、O+H③99％时NO的排放也是普通空气燃烧的近6倍。反应①和②为捷里多维奇机理，加上③为扩大因此，当今富氧燃烧技术下最需迫切解决的是氮氧的捷里多维奇机理。热力型NO主要是在1800K化物排放的问题。以上的高温产生。捷里多维奇通过推导及试验测试，得到热力型NO生成速率为：收稿日期：2008—04—07作者简介：鲁冠军(1979一)，讲师，研究方向：热能动力第1期鲁冠军等：甲烷／富氧对向流火焰的结构以及NO抑制方法的研究7进入燃烧区；同时，定量的纯氧与氮气混合，制备成￡=3×1014[Ⅳ21[O：。]~．Sexp(＼一5420，

6、00)，所需氧含量的氧化剂经对向流燃烧器上桶体的内④桶，进入燃烧区，上桶体与下桶体间距15mm。点火式中：[NO]、[N]、[0]分别为3种气体的物质的后，在燃料与氧化剂的接触面形成对向流扩散火焰。量浓度，mol／cm；T为绝对温度，K；R为气体常数，燃料和氧化剂流量采用余兆流量计厂生产的J／(tool·K)。转子流量计测量，因测量条件和测量气体的不同，由公式④可知，燃烧后残留的O：浓度越大，高实际流量是表流量按照说明书中公式换算得到。温持续时间越长，火焰温度越高，则NO生成量越表1中给出的是计算得到的实际流量。火焰后尾多，

7、尤其以火焰温度的影响最为明显，燃烧温度大气中NO浓度的测量采用的是烟气分析仪(HORI—于1500~C～1600~C后，NO生成量将大幅度增加。BAPG一250)；火焰形态采用OLYMPUS(C一740)1．2快速型NO的数码相机进行拍照，其像素为300万。碳氢化合物燃料的过浓预混合燃烧火焰中，有起源于空气中的N，但又是以不同于捷里多维奇NO生成机理急速形成的NO，这部分NO称为快速型NO。快速型NO是经HCN、NH、N等中间产厂一物形成的，而HCN、NH、N等中间产物又是由碳氢化合物分解过程中形成的活性炭化氢(CH、CH，

8、_：=lj1jF等)与N：反应生成的：j＼CH+N2≠HcN+N⑤CH2+N2NH+CH+N⑥HCN和NH经一系列反应变成CN、N，再被氧化为NO。另外，N亦由②和③形成NO。快速型NO的生成量与同样起源于空气中N：的捷里多维图l试验装置示意图奇NO不同，对温度的依赖性低。随着温度的升注：