作者: 钟北京 傅维标(清华年夜学工程力学系)
【摘要】气体燃料再燃是研究较多的降低烟气中NOx含量最有用的方式之一。本文以典型的一次燃烧区烟气成分为模拟烟气，研究了分歧的气体燃料(CH4，C2H2和C2H4)作为再燃燃料时，再燃区燃烧工况(空气过量系数和再燃温度)对NOx再燃过程和NOx还原率的影响。经过过程策画发现，分歧组分的气体燃料、再燃区空气过量系数及再燃区温度对NOx的再燃过程和NOx还原率都有主要的影响。
1 引言
自从1983年三菱重工行使再燃手艺成功降低烟气中NOx排放往后［1］，燃料再燃就成为降低NOx排放的诸多炉内方式中最有用的设施之一。许多研究效果注解，燃料再燃可使NOx的排放量降低50%以上［2］。在研究中发现，再燃燃料的种类对NOx的再燃率有主要的影响。在已有的报道中，气体燃料(尤其是自然气)是被感受最好、因而被接纳最多的再燃燃料之一。NOx的再燃机理是燃料分化出来的碳氢基(CHi)与NOx回响反映，从而使NOx还原成N2。虽然稍后也有煤或煤焦作为再燃燃料的报道［3］，但研究气体燃料作为再燃燃料是最为简单的，而且气体燃料也可以模拟煤作为再燃燃料时挥发份对NOx的均相回响反映。本文经过过程化学回响反映动力学模子的策画，研究了分歧气体燃料和再燃区的燃烧工况(如温度和空气过量系数)对烟气中NOx的再燃过程和NOx还原率的影响。
2 策画模子简介
燃料再燃又称燃料分级，现实上是把炉内燃烧过程沿炉膛高度分为如下三个分歧的燃烧区(如图1所示)。第一燃烧区：这是主燃烧区，约有80%的燃烧在该区燃烧，其空气过量系数年夜于1.0。因为该区氧气足够，火焰温度较高，是以将形成较多的NOx。此外，若是在该区没有充沛的勾留时刻，将有必然量的未完全燃烧产物与NOx一路进入再燃区。第二燃烧区：这是再燃区，再燃燃料在空气不足的前提下喷射到第一燃烧区的轻贱，形成碳氢基(CHi)，从而使来自第一燃烧区的NOx还原。第三燃烧区：这是燃尽区，在该区插手空气，形成富氧燃烧区，使全数的未完全燃烧产物燃尽。
图1 再燃过程暗示图
本文策画的物理器械是第二燃烧区，即再燃区。来自第一燃烧区的模拟烟气成分为：CO2＝16.8％，O2＝1.95％，NO＝0.1％安好衡气体N2。策画中选择了低分子量的烃类燃料作为再燃燃料，它们离别是：CH4，C2H2，C2H4。经过过程策画剖析，研究了所选择的三种气体燃料在分歧的再燃工况下对NOx还原率的影响。策画中行使了在文献［4］中进行过具体谈判的化学回响反映动力学模子，该模子包含30种组分的118个可逆回响反映(附录A)。策画中行使的再燃区空气过量系数为0.2～1.0，再燃区温度为1100℃～1300℃。
附录A 化学回响反映动力学机理
回响反映动力学常数公式：k=A.TN.exp(-E/RT)
单元：mol, m3, s, K和cal/mol
化学回响反映方程
A
N
E
1
H2＋OH＝H2O＋H
．1170E＋04
1．3000
．3650E＋04
2
H＋O2＝OH＋O
．1900E＋09
．0000
．1690E＋05
3
H2+O=OH+H
.1820E+05
1.0000
.8960E+04
4
H+O2+M=HO2+M
.2700E+07
-.8600
.0000E+00
5
HO2+H=OH+OH
.1400E+09
.0000
.1073E+04
6
HO2+H=H2O+O
.1050E+08
.0000
.1420E+04
7
HO2+H=H2+O2
.1250E+08
.0000
.0000E+00
8
OH+HO2=H2O+O2
.7500E+07
.0000
.0000E+00
9
O+HO2=OH+O2
.1400E+08
.0000
.1073E+04
10
H+H+M=H2+M
.3020E+04
.0000
.0000E+00
11
0H+H+M=H2O+M
.1413E+12
-2.0000
.0000E+00
12
H+O+M=OH+M
.1000E+05
.0000
.0000E+00
13
OH+OH=H2O+O
.3160E+07
.0000
.1100E+04
