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  气体燃料再燃对NOx还原的影响 【字体：小 大】
气体燃料再燃对NOx还原的影响
作者：网络    论文来源：网络    点击数：401    更新时间：2007/4/11
【摘要】气体燃料再燃是研究较多的降低烟气中NOx含量最有效的方法之一。本文以典型的一次燃烧区烟气成分为模拟烟气，研究了不同的气体燃料(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。通过计算发现，不同组分的气体燃料、再燃区空气过量系数及再燃区温度对NOx的再燃过程和NOx还原率都有重要的影响。

　1　引言

　　自从1983年三菱重工利用再燃技术成功降低烟气中NOx排放以后［1］，燃料再燃就成为降低NOx排放的诸多炉内方法中最有效的措施之一。许多研究结果表明，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的再燃率有重要的影响。在已有的报道中，气体燃料(尤其是天然气)是被认为最好、因而被采用最多的再燃燃料之一。NOx的再燃机理是燃料分解出来的碳氢基(CHi)与NOx反应，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的均相反应。本文通过化学反应动力学模型的计算，研究了不同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　计算模型简介

　　燃料再燃又称燃料分级，实际上是把炉内燃烧过程沿炉膛高度分为如下三个不同的燃烧区(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，其空气过量系数大于1.0。由于该区氧气充足，火焰温度较高，因此将形成较多的NOx。此外，如果在该区没有足够的停留时间，将有一定量的未完全燃烧产物与NOx一起进入再燃区。第二燃烧区：这是再燃区，再燃燃料在空气不足的条件下喷射到第一燃烧区的下游，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，在该区加入空气，形成富氧燃烧区，使所有的未完全燃烧产物燃尽。

419-1.gif (5160 bytes)

图1　再燃过程示意图

　　本文计算的物理对象是第二燃烧区，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％和平衡气体N2。计算中选择了低分子量的烃类燃料作为再燃燃料，它们分别是：CH4，C2H2，C2H4。通过计算分析，研究了所选择的三种气体燃料在不同的再燃工况下对NOx还原率的影响。计算中使用了在文献［4］中进行过详细讨论的化学反应动力学模型，该模型包含30种组分的118个可逆反应(附录A)。计算中使用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　化学反应动力学机理
反应动力学常数公式：k=A.TN.exp(-E/RT)
单位：mol, m3, s, K和cal/mol

　

化学反应方程

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

14

CH4 O2=CH3 HO2

.6000E 08

.0000

.5500E 05

15

CH4 OH=CH3 H2O

.3467E-02

3.0800

.2000E 04

16

CH4 H=CH3 H2

.1259E 09

.0000

.1190E 05

17

CH4 O=CH3 OH

.1585E 08

.0000

.9200E 04

18

CH3 O=H2CO H

.1288E 09

.0000

.2000E 04

19

CH3 OH=H2CO H2

.2100E 07

.0000

.0000E OO

20

CH3 H=CH2 H2

.2000E 08

.0000

.1240E 05

21

CH2 O2=HCO OH

.1000E 09

.0000

.3700E 04

22

CH2 OH=CH H2O

.2692E 06

.6700

.2570E 05

23

CH2 O=CH OH

.1960E 06

.6700

.2500E 05

24

CH2 H=CH H2

.2692E 06

.6700

.2570E 05

25

CH O2=HCO O

.1000E 08

.0000

.0000E 00

26

H2CO OH=HCO H2O

.7586E 07

.0000

.1700E 03

27

H2CO O2=HCO HO2

.3630E 10

.0000

.4606E 05

28

H2CO H=HCO H2

.3310E 09

.0000

.1050E 05

29

H2CO O=HCO OH

.5012E 08

.0000

.4600E 04

30

HCO O2=CO HO2

.3981E 07

.0000

.7000E 04

31

HCO H=H2 CO

.2000E 09

.0000

.0000E OO

32

HCO OH=CO H2O

.1000E 09

.0000

.0000E 00

33

HCO O=OH CO

.1000E 09

.0000

.0000E 00

34

CO OH=CO2 H

.1500E 02

1.3000

-.7700E 03

35

CO O M=CO2 M

.5888E 04

.0000

.4100E 04

36

CO H M=HCO M

.5000E OO

1.0000

.1550E 04

37

O O M=O2 M

.4677E 04

-.2800

.0000E 00

38

N N M=N2 M

.2500E 04

.0000

.0000E 00

39

N2 O=NO N

.1300E 09

.0000

.7550E 05

40

N O2=NO O

.6300E 04

1.0000

.6250E 04

41

N OH=NO H

.5000E 06

.5000

.5000E 04

42

HCN OH=CN H2O

.1450E 08

.0000

.1093E 05

43

HCN H=CN H2

.2000E 06

.6900

.1840E 05

44

HCN O=CN OH

.2700E 04

1.5800

.2660E 05

45

HCN OH=HNCO H

.4000E 06

.0000

.0000E 00

46

NH3 H=NH2 H2

.6360E 00

2.3900

.1017E 05

47

NH3 O=NH2 OH

.1300E 07

.0000

.6000E 04

48

NH3 OH NH2 H2O

.3300E 07

.0000

.2200E 04

49

CN O2=NCO O

.5600E 07

.0000

.0000E 00

50

CN OH=NCO H

.5600E 08

.0000

.0000E 00

51

NCO H=NH CO

.2000E 08

.0000

.0000E 00

52

HNCO H=NH2 CO

.1000E 08

.0000

.0000E 00

53

NH2 H=NH H2

.5000E 06

.5000

.2000E 04

54

NH2 O=NH OH

.2000E 08

.0000

.1000E 04

55

CN O=N CO

.6310E 06

.5000

.0000E 00

56

NH OH=N H2O

.5000E 06

.5000

.2000E 04

57

NH2 O OH=NO H H2O

.6630E 09

-.5000

.0000E 00

58

NH H=N H2

.1000E 07

.6800

.1900E 04

59

NH O=NO H

.5000E 06

.5000

.5000E 04

60

NH OH OH=NO H H2O

.2000E 08

.0000

.0000E 00

61

N2 CH=HCN N

3000E 06

.0000

.1360E 05

62

N2 CH2=HCN NH

.1000E 08

.0000

.7400E 05

63

NO NH=N2 OH

.2400E 07

.0000

.0000E 00

64

NO CH2=HCN OH

.1000E 09

.0000

.1200E 05

65

NO NH2=N2 H2O

.1260E 11

-1.2500

.0000E 00

66

NH N=N2 H

.6300E 06

.5000

.0000E 00

67

NH O2=NO OH

.7600E 05

.0000

.1530E 04

68

C2H4 M=C2H2 H2 M

.2950E 12

.0000

.7929E 05

69

C2H4 O=CH3 HCO

.3300E 07

.000

.1130E 04

70

C2H4 OH=H2CO CH3

.2000E 07

.0000

.9600E 03

71

C2H4 O=H2CO CH2

.2500E 08

.0000

.5000E 04

72

C2H2 OH=CH3 CO

.1200E 07

.0000

.5000E 03

73

C2H2 O=CH2 CO

.6760E 08

.0000

.4000E 04

74

CH4 M=CH3 H M

.2000E 12

.0000

,8840E 05

75

CH3 OH=CH2 H2O

.7500E 01

2.0000

.5000E 04

76

CH3 OH=H2CO H M

.5300E 07

.0000

.0000E 00

77

CH4 HO2=CH3 H2O2

.1800E 06

.0000

.1870E 05

78

H2O2 OH=H2O HO2

.1000E 08

.0000

.1800E 04

79

H2O2 O2=HO2 HO2

.3981E 08

.0000

.4264E 05

80

H2O2 M=OH OH M

.1300E 12

.0000

.4550E 05

81

H2O2 H=HO2 H2

.1698E 07

.0000

.3750E 04

82

H2CO HO2=HCO H2O2

.1000E 07

.0000

.8000E 04

83

H2O2 H=H2O OH

.3200E 09

.0000

.8900E 04

84

H2O2 O=HO2 OH

.2800E 08

.0000

.6400E 04

85

H2O2 O=H2O O2

.1400E 08

.0000

.6400E 04

86

HNCO M=NH CO M

.1140E 11

.0000

.8680E 05

87

NO CH=HCN O

.1100E 09

.0000

.0000E 00

88

NCO O=NO CO

.2000E 08

.0000

.0000E 00

89

NCO H2=HNCO H

.8580E 07

.0000

.9000E 04

90

NH2 OH=NH H2O

.4000E 01

2.0000

.1000E 04

91

HCN O=NH CO

.3450E-02

2.6400

.4980E 04

92

HCN O=NCO H

.1380E-01

2.6400

.4980E 04

93

CH3 N=HCN H H

.3000E 09

.0000

.2200E 05

94

CH2 N=HCN H

.5000E 08

.0000

.0000E 00

95

N2 O M=N2O M

.1820E 02

.0000

.2140E 05

96

N2O O=NO NO

.1995E 08

.0000

.2170E 05

97

N2O O=N2 O2

.1660E 08

.0000

.2090E 05

98

N2O H=N2 OH  

.7600E 08

.0000

                         

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