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天然氣燃燒NOx的生成及其影響因素

發布:hnhyhbsb 瀏覽:208次

  1. NOx的生成途徑

  NOx主要包括NO和NO2并且天然礦物燃料(天然氣、煤炭、石油)燃燒過程生成的NO主要是NO約占90%左右。因此研究燃燒過程中NO,的生成途徑研究NO的生成途徑。燃燒過程中NO的生成分為熱力型、快速型以及燃料型三種

  1.1 熱力型NOx生成是指烴類或非烴類燃料在過剩空氣系數a>1條件下和非烴類燃料在a<1條件下燃燒生成的。

  1.2 快速型NOx是指烴類燃料在過剩空氣系數<1條件下,即燃料過濃時燃燒生成的。

  1.3 燃料型NOx是指燃料中含氨化合物在燃燒過程中氧化而生成的。

  2. NOx的生成影響因素

  2.1熱力型NOx(T-NOx),熱力型NOx 是由空氣中的N2 在高溫下氧化生成的。影響因素主要是溫度、O2濃度和時間。

  2.1.1溫度影響:溫度對熱力型NOx的影響是非常明顯的,當燃燒溫度升高時,T-NOx生成量增加。下圖給出了NOx的生成量與燃燒溫度的關系


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  2.1.2 過量空氣系數的影響:熱力型NOx生成量與氧濃度的平方根成正比,但在實際過程中情況會更復雜些,因為過量空氣系數的增加,一方面會增加氧濃度,另一方面會使火焰溫度降低,從總的趨勢來看,隨著過量空氣系數的增加,NOx的生成量先增加,到一個極值后會下降。

  2.1.3 停留時間的影響:高溫下停留時間越長,NOx生成量越多。氣體在高溫區域的停留時間對熱力型NOx生成的影響主要是由NOx生成反應還沒有達到化學平衡而造成的,下圖是在不同溫度和不同停留時間情況下NOx 的生成量與其化學平衡濃度的關系。從下圖可以看出,延長氣體在高溫區停留時間或提高燃燒溫度,NOx生成量將迅速增加,達到其化學平衡濃度。

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  不同溫度和停留時間下熱力型NOx生成趨勢

  2.2快速型NOx(P-NOx):快速型NOx形成與以下三個因素有關 ①CH原子團的濃度及其形成過程 ②N2 反應生成氮化物的速率;③氮化物間的相互轉化率。通常情況下,在不含N的碳氫系燃料低溫且在富燃料燃燒時,才重點考慮快速型NOx。快速型NOx的生成對溫度的依賴性很低,與熱力型NOx和燃料型NOx生成量相比,其量很少,一般在5%(v)以下。

  2.3 燃料型NOx :實際工程中,特別是對于各種鍋爐、工業爐等較大型燃燒設備,其燃燒大都屬于擴散火焰,燃氣與空氣不預先混合,往往是邊混合邊燃燒。擴散火焰與預混火焰結構不同,NOx生成也不同

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  擴散火焰與預混火焰 T-NO 生成的比較

  影響NOx生成的因素很多,生成過程也很復雜,既有擴散過程影響,也有化學過程影響,同時,還有放熱和換熱過程的影響。此外,即使燃燒過程的平均過剩空氣系數大于理論值(α>1),也會由于混合狀況不同,而存在燃料過濃區。從而影響NOx的生成。 在諸多影響中,燃氣空氣的混合過程是主要影響因素。如果燃氣與空氣的混合過程屬平行氣流混合,并且混合強度較弱,這時燃燒過程進行緩慢,火焰較長,NOx生成受溫度影響小

  如果燃氣與空氣的混合過程屬相交氣流或旋轉氣流,則混合強度大,混合良好、燃燒過程快速進行,火焰較短,火焰下游存在高溫區,則NOx受溫度影響而容易生成。因此短火焰NO生成曲線較長,火焰向左上方移動。(如下圖)對于燃氣與空氣混合并不十分完善的擴散火焰,NOx生成最大值,多數出現在平均過剩空氣系數α=1.2~1.25條件下,這與預混火焰出現在α=1附近不同。

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  擴散火焰F-NOx生成特性曲線

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