1、氣體燃料再燃對NOx還原的影響 （一）    作者: 鐘北京傅維標(清華大學工程力學系) 【摘要】氣體燃料再燃是研究較多的降低煙氣中NOx含量最有效的方法之一。本文以典型的一次燃燒區煙氣成分為模擬煙氣，研究了不同的氣體燃料(CH4，C2H2和C2H4)作為再燃燃料時，再燃區燃燒工況(空氣過量系數和再燃溫度)對NOx再燃過程和NOx還原率的影響。通過計算發現，不同組分的氣體燃料、再燃區空氣過量系數及再燃區溫度對NOx的再燃過程和NOx還原率都有重要的影響。1引言自從1983年三菱重工利用再燃技術成功降低煙氣中NOx排放以后1，燃料再燃就成為降低NOx排放的

2、諸多爐內方法中最有效的措施之一。許多研究結果表明，燃料再燃可使NOx的排放量降低50%以上2。在研究中發現，再燃燃料的種類對NOx的再燃率有重要的影響。在已有的報道中，氣體燃料(尤其是天然氣)是被認為最好、因而被采用最多的再燃燃料之一。NOx的再燃機理是燃料分解出來的碳氫基(CHi)與NOx反應，從而使NOx還原成N2。雖然稍后也有煤或煤焦作為再燃燃料的報道3，但研究氣體燃料作為再燃燃料是最為簡單的，而且氣體燃料也可以模擬煤作為再燃燃料時揮發份對NOx的均相反應。本文通過化學反應動力學模型的計算，研究了不同氣體燃料和再燃區的燃燒工況(如溫度和空氣過量系數)對煙氣中NOx的再燃過程和NOx還原率

3、的影響。2計算模型簡介燃料再燃又稱燃料分級，實際上是把爐內燃燒過程沿爐膛高度分為如下三個不同的燃燒區(如圖1所示)。第一燃燒區：這是主燃燒區，約有80%的燃燒在該區燃燒，其空氣過量系數大于1.0。由于該區氧氣充足，火焰溫度較高，因此將形成較多的NOx。此外，如果在該區沒有足夠的停留時間，將有一定量的未完全燃燒產物與NOx一起進入再燃區。第二燃燒區：這是再燃區，再燃燃料在空氣不足的條件下噴射到第一燃燒區的下游，形成碳氫基(CHi)，從而使來自第一燃燒區的NOx還原。第三燃燒區：這是燃盡區，在該區加入空氣，形成富氧燃燒區，使所有的未完全燃燒產物燃盡。圖1再燃過程示意圖本文計算的物理對象是第二燃燒區

4、，即再燃區。來自第一燃燒區的模擬煙氣成分為：CO216.8，O21.95，NO0.1和平衡氣體N2。計算中選擇了低分子量的烴類燃料作為再燃燃料，它們分別是：CH4，C2H2，C2H4。通過計算分析，研究了所選擇的三種氣體燃料在不同的再燃工況下對NOx還原率的影響。計算中使用了在文獻4中進行過詳細討論的化學反應動力學模型，該模型包含30種組分的118個可逆反應(附錄A)。計算中使用的再燃區空氣過量系數為0.21.0，再燃區溫度為11001300。附錄A化學反應動力學機理N.exp(-E/RT)單位：mol, m3, s, K和cal/mol化學反應方程ANE1H2OHH2OH1170E04130

5、003650E042HO2OHO1900E0900001690E053H2+O=OH+H.1820E+05.8960E+044H+O2+M=HO2+M.2700E+07.0000E+005HO2+H=OH+OH.1400E+09.0000.1073E+046HO2+H=H2O+O.1050E+08.0000.1420E+047HO2+H=H2+O2.1250E+08.0000.0000E+008OH+HO2=H2O+O2.7500E+07.0000.0000E+009O+HO2=OH+O2.1400E+08.0000.1073E+0410H+H+M=H2+M.3020E+04.0000.000

6、0E+00110H+H+M=H2O+M.1413E+12.0000E+0012H+O+M=OH+M.1000E+05.0000.0000E+0013OH+OH=H2O+O.3160E+07.0000.1100E+0414CH4+O2=CH3+HO2.6000E+08.0000.5500E+0515CH4+OH=CH3+H2O.3467E-02.2000E+0416CH4+H=CH3+H2.1259E+09.0000.1190E+0517CH4+O=CH3+OH.1585E+08.0000.9200E+0418CH3+O=H2CO+H.1288E+09.0000.2000E+0419CH3+OH

7、=H2CO+H2.2100E+07.0000.0000E+OO20CH3+H=CH2+H2.2000E+08.0000.1240E+0521CH2+O2=HCO+OH.1000E+09.0000.3700E+0422CH2+OH=CH+H2O.2692E+06.6700.2570E+0523CH2+O=CH+OH.1960E+06.6700.2500E+0524CH2+H=CH+H2.2692E+06.6700.2570E+0525CH+O2=HCO+O.1000E+08.0000.0000E+0026H2CO+OH=HCO+H2O.7586E+07.0000.1700E+0327H2CO+O

8、2=HCO+HO2.3630E+10.0000.4606E+0528H2CO+H=HCO+H2.3310E+09.0000.1050E+0529H2CO+O=HCO+OH.5012E+08.0000.4600E+0430HCO+O2=CO+HO2.3981E+07.0000.7000E+0431HCO+H=H2+CO.2000E+09.0000.0000E+OO32HCO+OH=CO+H2O.1000E+09.0000.0000E+0033HCO+O=OH+CO.1000E+09.0000.0000E+0034CO+OH=CO2+H.1500E+02-.7700E+0335CO+O+M=CO2

9、+M.5888E+04.0000.4100E+0436CO+H+M=HCO+M.5000E+OO.1550E+0437O+O+M=O2+M.4677E+04.0000E+0038N+N+M=N2+M.2500E+04.0000.0000E+0039N2+O=NO+N.1300E+09.0000.7550E+0540N+O2=NO+O.6300E+04.6250E+0441N+OH=NO+H.5000E+06.5000.5000E+0442HCN+OH=CN+H2O.1450E+08.0000.1093E+0543HCN+H=CN+H2.2000E+06.6900.1840E+0544HCN+O

10、=CN+OH.2700E+04.2660E+0545HCN+OH=HNCO+H.4000E+06.0000.0000E+0046NH3+H=NH2+H2.6360E+00.1017E+0547NH3+O=NH2+OH.1300E+07.0000.6000E+0448NH3+OH+NH2+H2O.3300E+07.0000.2200E+0449CN+O2=NCO+O.5600E+07.0000.0000E+0050CN+OH=NCO+H.5600E+08.0000.0000E+0051NCO+H=NH+CO.2000E+08.0000.0000E+0052HNCO+H=NH2+CO.1000E+

11、08.0000.0000E+0053NH2+H=NH+H2.5000E+06.5000.2000E+0454NH2+O=NH+OH.2000E+08.0000.1000E+0455CN+O=N+CO.6310E+06.5000.0000E+0056NH+OH=N+H2O.5000E+06.5000.2000E+0457NH2+O+OH=NO+H+H2O.6630E+09.0000E+0058NH+H=N+H2.1000E+07.6800.1900E+0459NH+O=NO+H.5000E+06.5000.5000E+0460NH+OH+OH=NO+H+H2O.2000E+08.0000.000

12、0E+0061N2+CH=HCN+N3000E+06.0000.1360E+0562N2+CH2=HCN+NH.1000E+08.0000.7400E+0563NO+NH=N2+OH.2400E+07.0000.0000E+0064NO+CH2=HCN+OH.1000E+09.0000.1200E+0565NO+NH2=N2+H2O.1260E+11.0000E+0066NH+N=N2+H.6300E+06.5000.0000E+0067NH+O2=NO+OH.7600E+05.0000.1530E+0468C2H4+M=C2H2+H2+M.2950E+12.0000.7929E+0569C2

13、H4+O=CH3+HCO.3300E+07.000.1130E+0470C2H4+OH=H2CO+CH3.2000E+07.0000.9600E+0371C2H4+O=H2CO+CH2.2500E+08.0000.5000E+0472C2H2+OH=CH3+CO.1200E+07.0000.5000E+0373C2H2+O=CH2+CO.6760E+08.0000.4000E+0474CH4+M=CH3+H+M.2000E+12.0000,8840E+0575CH3+OH=CH2+H2O.7500E+01.5000E+0476CH3+OH=H2CO+H+M.5300E+07.0000.0000

14、E+0077CH4+HO2=CH3+H2O2.1800E+06.0000.1870E+0578H2O2+OH=H2O+HO2.1000E+08.0000.1800E+0479H2O2+O2=HO2+HO2.3981E+08.0000.4264E+0580H2O2+M=OH+OH+M.1300E+12.0000.4550E+0581H2O2+H=HO2+H2.1698E+07.0000.3750E+0482H2CO+HO2=HCO+H2O2.1000E+07.0000.8000E+0483H2O2+H=H2O+OH.3200E+09.0000.8900E+0484H2O2+O=HO2+OH.28

15、00E+08.0000.6400E+0485H2O2+O=H2O+O2.1400E+08.0000.6400E+0486HNCO+M=NH+CO+M.1140E+11.0000.8680E+0587NO+CH=HCN+O.1100E+09.0000.0000E+0088NCO+O=NO+CO.2000E+08.0000.0000E+0089NCO+H2=HNCO+H.8580E+07.0000.9000E+0490NH2+OH=NH+H2O.4000E+01.1000E+0491HCN+O=NH+CO.3450E-02.4980E+0492HCN+O=NCO+H.1380E-01.4980E+04