液化石油氣低NOx燃燒技術(shù)探討

1、液化石油氣低NOx燃燒技術(shù)討論液化石油氣低NOx燃燒技術(shù)討論 液化石油氣低NOx燃燒技術(shù)討論 化學(xué)與化工論文 更新：2022-4-11 閱讀： 液化石油氣低NOx燃燒技術(shù)討論隨著燃?xì)馐聵I(yè)的開(kāi)展，我國(guó)燃料構(gòu)造發(fā)生了很大的變化，燃煤向燃?xì)廪D(zhuǎn)換，天然氣置換人工煤氣，既滿足了人民生活程度進(jìn)步的要求，也使環(huán)境質(zhì)量有了很大的改善。一直以來(lái)，液化石油氣就是燃?xì)夤?yīng)中不可缺少的重要組成局部，特別是在城市煤氣管網(wǎng)達(dá)不到的地方以及城市煤氣的開(kāi)展不能及時(shí)滿足供應(yīng)的城鄉(xiāng)地區(qū)，都需要大量使用液化石油氣。光化學(xué)煙霧污染和酸雨不僅對(duì)人有嚴(yán)重危害，對(duì)植物、建筑物、水源等都有嚴(yán)重的污染和損害?？梢?jiàn)，NOx對(duì)環(huán)境污染及人體安康的

2、危害是極其嚴(yán)重的。影響NOx生成的因素有很多，不同燃?xì)鈿赓|(zhì)對(duì)NOx生成有重要的影響，在焦?fàn)t氣、天然氣、液化石油氣三種氣源中，燃燒液化石油氣產(chǎn)生的NOx最多，其數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它兩種氣體。因此，減少液化石油氣燃具NOx的排放量更具有重要的意義。1 NOx的生成機(jī)理煙氣中的NOx主要是NO，約占90左右，排入大氣后局部再氧化成NO2，故研究NOx的生成機(jī)理，主要是研究NO的生成機(jī)理。NO的生成形式有燃料型、溫度型和快速溫度型三種。燃燒過(guò)程生成的NO，主要是溫度型NO(TNO)，還有一局部快速溫度型NO(PNO)，亦稱(chēng)瞬時(shí)NO。11 TNO生成機(jī)理TNO是空氣中的氮?dú)夂脱鯕庠诟邷叵律傻?，其生成機(jī)理是

3、由前蘇聯(lián)科學(xué)家Zeldvich于1964年提出的。當(dāng)燃?xì)夂涂諝獾幕旌蠚馊紵龝r(shí)，生成NO的主要反響過(guò)程如下：N2+ONO+N N+O2=NO+O 按化學(xué)反響動(dòng)力學(xué)方程和Zeldvich的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，NO的生成速度可以表示為：式中：NO，N2，O2-NO，N2，O2的濃度(gmol/cm2)t一時(shí)間(s)T一反響絕對(duì)溫度(K)R一通用氣體常數(shù)(JgmolK)對(duì)氧氣濃度大，燃料少的預(yù)混合火焰，用(3)式計(jì)算的NO生成量，其計(jì)算結(jié)果與實(shí)際結(jié)果相當(dāng)一致。但在小于化學(xué)當(dāng)量比，即燃料過(guò)濃時(shí)，還存在下述反響：N+OH=NO+H從(3)式可知，NO生成速度與T、N2、O2有關(guān)，由于燃?xì)庠诳諝庵腥紵龝r(shí)，氮?dú)鉂舛茸兓?/p>

4、很小，故N2對(duì)NO生成速度影響很小，(3)式中O2取決于燃燒過(guò)程中燃?xì)馀c空氣的當(dāng)量比，所以燃燒過(guò)程的溫度及當(dāng)量比對(duì)NO的生成影響很大，如圖l、圖2所示：另外，由于(1)式即原子氧哦O和氮分子N，反響的活化能比原子氧和燃料中可燃成分反響的活化能大，故NO的生成速度比燃燒反響慢，所以在火焰中不會(huì)生成大量的NO，NO的生成過(guò)程是在火焰帶的后端進(jìn)展的，也就是說(shuō)在火焰下游大量生成的。綜上所述，影響TN0生成的主要因素是溫度、氧氣濃度和停留時(shí)間。12 PNO生成機(jī)理快速溫度型NO是碳?xì)湎等剂显谶^(guò)量空氣系數(shù)為0708并預(yù)混燃燒時(shí)生成的，其生成地點(diǎn)不是在火焰面的下游，而是在火焰內(nèi)部。它的生成機(jī)理至今還沒(méi)有明確

5、的結(jié)論。Bowman認(rèn)為PNO的產(chǎn)生，是由于氧原子濃度遠(yuǎn)超過(guò)氧分子離解的平衡濃度的緣故Fenimore認(rèn)為PNO是在碳?xì)浠衔锶剂线^(guò)濃燃燒時(shí)，先通過(guò)燃料產(chǎn)生的CH原子團(tuán)撞擊N2分子，生成CN類(lèi)化合物，生成的中間產(chǎn)物N、CN、NCH等，再進(jìn)一步被氧化而生成NO。通常，PNO的生成量受溫度影響不大，且比TNO生成量小一個(gè)數(shù)量級(jí)。13 FNO的生成FNO是以化合物形式存在于燃料中的氮原子，在燃燒過(guò)程中被氧化而生成的。燃料中的氮比空氣中的氮更容易生成NO，其生成溫度為600700。氣體燃料燃燒，由于其氮含量很低，燃燒過(guò)程所生成的燃料型NO很少，可以忽略不計(jì)。14 NO，的生成NO2是由NO氧化而成，其

6、過(guò)程按如下反響進(jìn)展：NO十HO2=NO2+OH (5)一般在預(yù)混火焰及擴(kuò)散火焰的反響區(qū)或火焰面下游的低溫區(qū)能檢測(cè)出NO2的存在，而火焰面下游的高溫區(qū)產(chǎn)生極少。大量的NO轉(zhuǎn)化為NO2是在煙氣排入大氣后進(jìn)展的。上式反響速度與空氣中NO的濃度關(guān)系很大，濃度高那么NO2轉(zhuǎn)化快，否那么轉(zhuǎn)化慢。2 燃?xì)馊紵龝r(shí)NOx的抑制方法燃?xì)庵械繕O小，燃燒時(shí)幾乎沒(méi)有燃料型NOx產(chǎn)生，快速型NOx的生成量比溫度型NOx小一個(gè)數(shù)量級(jí)，因此降低煙氣中的NOx排放主要應(yīng)抑制TNOx的生成。根據(jù)TNOx的生成機(jī)理，其相應(yīng)的抑制手段有：(1)降低燃燒溫度，注意減少燃燒局部高溫區(qū)；(2)降低氧氣濃度；(3)使燃燒過(guò)程在遠(yuǎn)離理論空

7、氣比條件下進(jìn)展；(4)縮短煙氣在高溫區(qū)內(nèi)的停留時(shí)間。3 NOx生成影響因素的實(shí)驗(yàn)及理論分析影響NOx生成的因素有很多，本文對(duì)一次空氣系數(shù)、火孔形狀與NOx生成的關(guān)系進(jìn)展研究，建立如以以下圖所示試驗(yàn)系統(tǒng)。本試驗(yàn)所用氣源為液化石油氣，燃燒器為大氣式(為設(shè)計(jì)計(jì)算方便，選用純丙烷氣)，壓力為3KPa，熱負(fù)荷為11KW，燃燒氣分內(nèi)外兩圈，火孔采用豎向矩形狀，內(nèi)側(cè)開(kāi)孔，火孔不易堵塞，且有利于熱效率的進(jìn)步。31 混合特性對(duì)NOx生成量的影響氣體燃料預(yù)混燃燒和擴(kuò)散燃燒的NOx生成特性不同，從降低生成量的角度看，預(yù)混燃燒比擴(kuò)散燃燒有優(yōu)越性。預(yù)混火焰中NOx生成量受空氣、燃?xì)饣旌媳雀淖兌鸬臏囟群蚈2濃度變化的

8、綜合影響。對(duì)試驗(yàn)中內(nèi)外圈調(diào)風(fēng)板不同開(kāi)度下NOx及CO生成量進(jìn)展測(cè)試，結(jié)果如下表：(所測(cè)得的值均已換算到過(guò)?？諝庀禂?shù)為1.0的狀態(tài)，并以干煙氣計(jì)，對(duì)不同調(diào)風(fēng)板開(kāi)度下的混合氣進(jìn)展取樣，用色譜分析混合氣成分，計(jì)算出一次空氣系數(shù))不同內(nèi)外圈開(kāi)度下NOx及CO生成量32 矩形火孔對(duì)降低NOx生成量的作用理論分析和試驗(yàn)觀察，豎向矩形火孔有利于降低NOx的生成量。當(dāng)豎向矩形火孔燃燒時(shí)，外火孔與內(nèi)圈燃燒器頭部外側(cè)之間、內(nèi)火孔與中心軸線之間都存在一溫度場(chǎng)，它們之間的間隔 越大，溫度梯度越小，間隔 越小，溫度梯度越大，但是，在逼近火焰面處，無(wú)論間隔 大小，溫度梯度都非常大。齊浮升力的作屈下，煙氣向上運(yùn)行，同時(shí)，由

9、于吸附效應(yīng)及濃度擴(kuò)散原理，煙氣貼著火孔壁向上運(yùn)行。因此，由于這種煙氣的擾動(dòng)作用，火焰溫度降低，從而抑制了的NOx生成。隨著內(nèi)外圈環(huán)縫、內(nèi)圈火孔與中心軸線之間的間隔 加大，擾動(dòng)作用減小，內(nèi)外圈環(huán)縫、內(nèi)圈火孔與中心軸線之間的間隔 越小，擾動(dòng)作用增加，但間隔 過(guò)小，二次空氣二次空氣缺乏將導(dǎo)致CO的大量產(chǎn)生，因此，合理選取豎向矩形火孔的長(zhǎng)度、內(nèi)外圍燃燒器頭部直徑對(duì)控制NOx面積過(guò)小，及CO的產(chǎn)生都是至關(guān)重要的。通過(guò)對(duì)人工煤氣、天然氣、液化石油氣三種氣體的試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)豎向矩形火孔對(duì)降低液化石油氣燃具的NOx生成量效果尤為顯著。4結(jié)論與建議41合理選擇一次空氣系數(shù)將降低預(yù)混火焰的NOx生成量；42豎向矩形火孔有利于降低NOx生成量，特別是對(duì)降低液化石油氣燃具NOx的排放，效果顯著。同時(shí)，應(yīng)注意豎向矩形火孔長(zhǎng)度、內(nèi)外圈頭部直徑的選取。43影響NOx生成的因素有很多，有些因素不但影響NOx生成，且對(duì)CO及熱效率也有影響，因此，設(shè)計(jì)液化石油氣低NOx燃具時(shí)必須綜合考慮N