- 相關推薦
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(qū)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(qū)燃燒工況(空氣過量系數(shù)和再燃溫度)對NOx再燃過程和NOx還原率的影響。通過計算發(fā)現(xiàn),不同組分的氣體燃料、再燃區(qū)空氣過量系數(shù)及再燃區(qū)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排放的諸多爐內(nèi)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(fā)現(xiàn),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(fā)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(qū)的燃燒工況(如溫度和空氣過量系數(shù))對煙氣中NOx的再燃過程和NOx還原率的影響。
2 計算模型簡介
燃料再燃又稱燃料分級,實際上是把爐內(nèi)燃燒過程沿爐膛高度分為如下三個不同的燃燒區(qū)(如圖1所示)。第一燃燒區(qū):這是主燃燒區(qū),約有80%的燃燒在該區(qū)燃燒,其空氣過量系數(shù)大于1.0。由于該區(qū)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(qū)沒有足夠的停留時間,將有一定量的未完全燃燒產(chǎn)物與NOx一起進入再燃區(qū)。第二燃燒區(qū):這是再燃區(qū),再燃燃料在空氣不足的條件下噴射到第一燃燒區(qū)的下游,形成碳氫基(CHi),從而使來自第一燃燒區(qū)的NOx還原。第三燃燒區(qū):這是燃盡區(qū),在該區(qū)加入空氣,形成富氧燃燒區(qū),使所有的未完全燃燒產(chǎn)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(qū),即再燃區(qū)。來自第一燃燒區(qū)的模擬煙氣成分為:CO2=16.8%,O2=1.95%,NO=0.1%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(qū)空氣過量系數(shù)為0.2~1.0,再燃區(qū)溫度為1100℃~1300℃。
附錄A 化學反應動力學機理
反應動力學常數(shù)公式:k=A.TN.exp(-E/RT)
單位:mol, m3, s, K和cal/mol
化學反應方程
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
【氣體燃料再燃對NOx還原的影響 一】相關文章:
氣體燃料再燃對NOx還原的影響 (二)04-12
氣體燃料再燃對NOx還原的影響 (二)04-12
高一化學《氧化還原》教案11-16
氧化還原反應08-17
高一化學氧化還原反應教案04-24
高一化學氧化還原反應教案11-03
液化石油氣低NOx燃燒技術探討08-06
還原漢語的甘醇作文08-06
氧化還原反應說課稿08-24