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1. NOx的生成途徑
NOx主要包括NO和NO2并且天然礦物燃料(天然氣、煤炭、石油)燃燒過(guò)程生成的NO主要是NO約占90%左右。因此研究燃燒過(guò)程中NO,的生成途徑研究NO的生成途徑。燃燒過(guò)程中NO的生成分為熱力型、快速型以及燃料型三種
1.1 熱力型NOx生成是指烴類(lèi)或非烴類(lèi)燃料在過(guò)??諝庀禂礱>1條件下和非烴類(lèi)燃料在a<1條件下燃燒生成的。
1.2 快速型NOx是指烴類(lèi)燃料在過(guò)??諝庀禂?lt;1條件下,即燃料過(guò)濃時(shí)燃燒生成的。
1.3 燃料型NOx是指燃料中含氨化合物在燃燒過(guò)程中氧化而生成的。
2. NOx的生成影響因素
2.1熱力型NOx(T-NOx),熱力型NOx 是由空氣中的N2 在高溫下氧化生成的。影響因素主要是溫度、O2濃度和時(shí)間。
2.1.1溫度影響:溫度對熱力型NOx的影響是非常明顯的,當燃燒溫度升高時(shí),T-NOx生成量增加。下圖給出了NOx的生成量與燃燒溫度的關(guān)系
2.1.2 過(guò)量空氣系數的影響:熱力型NOx生成量與氧濃度的平方根成正比,但在實(shí)際過(guò)程中情況會(huì )更復雜些,因為過(guò)量空氣系數的增加,一方面會(huì )增加氧濃度,另一方面會(huì )使火焰溫度降低,從總的趨勢來(lái)看,隨著(zhù)過(guò)量空氣系數的增加,NOx的生成量先增加,到一個(gè)值后會(huì )下降。
2.1.3 停留時(shí)間的影響:高溫下停留時(shí)間越長(cháng),NOx生成量越多。氣體在高溫區域的停留時(shí)間對熱力型NOx生成的影響主要是由NOx生成反應還沒(méi)有達到化學(xué)平衡而造成的,下圖是在不同溫度和不同停留時(shí)間情況下NOx 的生成量與其化學(xué)平衡濃度的關(guān)系。從下圖可以看出,延長(cháng)氣體在高溫區停留時(shí)間或提高燃燒溫度,NOx生成量將迅速增加,達到其化學(xué)平衡濃度。
不同溫度和停留時(shí)間下熱力型NOx生成趨勢
2.2快速型NOx(P-NOx):快速型NOx形成與以下三個(gè)因素有關(guān) ①CH原子團的濃度及其形成過(guò)程 ②N2 反應生成氮化物的速率;③氮化物間的相互轉化率。通常情況下,在不含N的碳氫系燃料低溫且在富燃料燃燒時(shí),才考慮快速型NOx??焖傩蚇Ox的生成對溫度的依賴(lài)性很低,與熱力型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 :實(shí)際工程中,特別是對于各種鍋爐、工業(yè)爐等較大型燃燒設備,其燃燒大都屬于擴散火焰,燃氣與空氣不預先混合,往往是邊混合邊燃燒。擴散火焰與預混火焰結構不同,NOx生成也不同
擴散火焰與預混火焰 T-NO 生成的比較
影響NOx生成的因素很多,生成過(guò)程也很復雜,既有擴散過(guò)程影響,也有化學(xué)過(guò)程影響,同時(shí),還有放熱和換熱過(guò)程的影響。此外,即使燃燒過(guò)程的平均過(guò)??諝庀禂荡笥诶碚撝?α>1),也會(huì )由于混合狀況不同,而存在燃料過(guò)濃區。從而影響NOx的生成。 在諸多影響中,燃氣空氣的混合過(guò)程是主要影響因素。如果燃氣與空氣的混合過(guò)程屬平行氣流混合,并且混合強度較弱,這時(shí)燃燒過(guò)程進(jìn)行緩慢,火焰較長(cháng),NOx生成受溫度影響小
如果燃氣與空氣的混合過(guò)程屬相交氣流或旋轉氣流,則混合強度大,混合良好、燃燒過(guò)程快速進(jìn)行,火焰較短,火焰下游存在高溫區,則NOx受溫度影響而容易生成。因此短火焰NO生成曲線(xiàn)較長(cháng),火焰向左上方移動(dòng)。(如下圖)對于燃氣與空氣混合并不十分完善的擴散火焰,NOx生成大值,多數出現在平均過(guò)??諝庀禂郸?1.2~1.25條件下,這與預混火焰出現在α=1附近不同。
擴散火焰F-NOx生成特性曲線(xiàn)