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天然气燃烧NOx的生成及其影响因素

发布:hnhyhbsb 浏览:344次

  1. NOx的生成途径

  NOx主要包括NO和NO2并且天然矿物燃料(天然气、煤炭、石油)燃烧过程生成的NO主要是NO约占90%左右。因此研究燃烧过程中NO,的生成途径研究NO的生成途径。燃烧过程中NO的生成分为热力型、快速型以及燃料型三种

  1.1 热力型NOx生成是指烃类或非烃类燃料在过剩空气系数a>1条件下和非烃类燃料在a<1条件下燃烧生成的。

  1.2 快速型NOx是指烃类燃料在过剩空气系数<1条件下,即燃料过浓时燃烧生成的。

  1.3 燃料型NOx是指燃料中含氨化合物在燃烧过程中氧化而生成的。

  2. NOx的生成影响因素

  2.1热力型NOx(T-NOx),热力型NOx 是由空气中的N2 在高温下氧化生成的。影响因素主要是温度、O2浓度和时间。

  2.1.1温度影响:温度对热力型NOx的影响是非常明显的,当燃烧温度升高时,T-NOx生成量增加。下图给出了NOx的生成量与燃烧温度的关系


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  2.1.2 过量空气系数的影响:热力型NOx生成量与氧浓度的平方根成正比,但在实际过程中情况会更复杂些,因为过量空气系数的增加,一方面会增加氧浓度,另一方面会使火焰温度降低,从总的趋势来看,随着过量空气系数的增加,NOx的生成量先增加,到一个极值后会下降。

  2.1.3 停留时间的影响:高温下停留时间越长,NOx生成量越多。气体在高温区域的停留时间对热力型NOx生成的影响主要是由NOx生成反应还没有达到化学平衡而造成的,下图是在不同温度和不同停留时间情况下NOx 的生成量与其化学平衡浓度的关系。从下图可以看出,延长气体在高温区停留时间或提高燃烧温度,NOx生成量将迅速增加,达到其化学平衡浓度。

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  不同温度和停留时间下热力型NOx生成趋势

  2.2快速型NOx(P-NOx):快速型NOx形成与以下三个因素有关 ①CH原子团的浓度及其形成过程 ②N2 反应生成氮化物的速率;③氮化物间的相互转化率。通常情况下,在不含N的碳氢系燃料低温且在富燃料燃烧时,才重点考虑快速型NOx。快速型NOx的生成对温度的依赖性很低,与热力型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 :实际工程中,特别是对于各种锅炉、工业炉等较大型燃烧设备,其燃烧大都属于扩散火焰,燃气与空气不预先混合,往往是边混合边燃烧。扩散火焰与预混火焰结构不同,NOx生成也不同

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  扩散火焰与预混火焰 T-NO 生成的比较

  影响NOx生成的因素很多,生成过程也很复杂,既有扩散过程影响,也有化学过程影响,同时,还有放热和换热过程的影响。此外,即使燃烧过程的平均过剩空气系数大于理论值(α>1),也会由于混合状况不同,而存在燃料过浓区。从而影响NOx的生成。 在诸多影响中,燃气空气的混合过程是主要影响因素。如果燃气与空气的混合过程属平行气流混合,并且混合强度较弱,这时燃烧过程进行缓慢,火焰较长,NOx生成受温度影响小

  如果燃气与空气的混合过程属相交气流或旋转气流,则混合强度大,混合良好、燃烧过程快速进行,火焰较短,火焰下游存在高温区,则NOx受温度影响而容易生成。因此短火焰NO生成曲线较长,火焰向左上方移动。(如下图)对于燃气与空气混合并不十分完善的扩散火焰,NOx生成最大值,多数出现在平均过剩空气系数α=1.2~1.25条件下,这与预混火焰出现在α=1附近不同。

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  扩散火焰F-NOx生成特性曲线