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气体燃料再燃对NOx还原的影响（一） [论文资料库为您搜集整理]作者: 钟北京　傅维标(清华大学工程力学系) 【摘要】气体燃料再燃是研究较多的降低烟气中NOx含量最有效的方法之一本文以典型的一次燃烧区烟气成分为模拟烟气，研究了不同的气体燃料(CH4，C2H2和C2H4)作为再燃燃料时，再燃区燃烧工况(空气过量系数和再燃温度)对NOx再燃过程和NOx还原率的影响通过计算发现，不同组分的气体燃料、再燃区空气过量系数及再燃区温度对NOx的再燃过程和NOx还原率都有重要的影响　1　引言　　自从1983年三菱重工利用再燃技术成功降低烟气中NOx排放以后［1］，燃料再燃就成为降低NOx排放的诸多炉内方法中最有效的措施之一许多研究结果表明，燃料再燃可使NOx的排放量降低50%以上［2］在研究中发现，再燃燃料的种类对NOx的再燃率有重要的影响在已有的报道中，气体燃料(尤其是天然气)是被认为最好、因而被采用最多的再燃燃料之一NOx的再燃机理是燃料分解出来的碳氢基(CHi)与NOx反应，从而使NOx还原成N2虽然稍后也有煤或煤焦作为再燃燃料的报道［3］，但研究气体燃料作为再燃燃料是最为简单的，而且气体燃料也可以模拟煤作为再燃燃料时挥发份对NOx的均相反应。

本文通过化学反应动力学模型的计算，研究了不同气体燃料和再燃区的燃烧工况(如温度和空气过量系数)对烟气中NOx的再燃过程和NOx还原率的影响2　计算模型简介　　燃料再燃又称燃料分级，实际上是把炉内燃烧过程沿炉膛高度分为如下三个不同的燃烧区(如图1所示)第一燃烧区：这是主燃烧区，约有80%的燃烧在该区燃烧，其空气过量系数大于1.0由于该区氧气充足，火焰温度较高，因此将形成较多的NOx此外，如果在该区没有足够的停留时间，将有一定量的未完全燃烧产物与NOx一起进入再燃区第二燃烧区：这是再燃区，再燃燃料在空气不足的条件下喷射到第一燃烧区的下游，形成碳氢基(CHi)，从而使来自第一燃烧区的NOx还原第三燃烧区：这是燃尽区，在该区加入空气，形成富氧燃烧区，使所有的未完全燃烧产物燃尽图1　再燃过程示意图　　本文计算的物理对象是第二燃烧区，即再燃区来自第一燃烧区的模拟烟气成分为：CO2＝16.8％，O2＝1.95％，NO＝0.1％和平衡气体N2计算中选择了低分子量的烃类燃料作为再燃燃料，它们分别是：CH4，C2H2，C2H4通过计算分析，研究了所选择的三种气体燃料在不同的再燃工况下对NOx还原率的影响计算中使用了在文献［4］中进行过详细讨论的化学反应动力学模型，该模型包含30种组分的118个可逆反应(附录A)。

计算中使用的再燃区空气过量系数为0.2～1.0，再燃区温度为1100℃～1300℃附录A　化学反应动力学机理反应动力学常数公式：k=A.TN.exp(-E/RT)单位：mol, m3, s, K和cal/mol　化学反应方程ANE1H2＋OH＝H2O＋H．1170E＋041．3000．3650E＋042H＋O2＝OH＋O．1900E＋09．0000．1690E＋053H2+O=OH+H.1820E+051.0000.8960E+044H+O2+M=HO2+M.2700E+07-.8600.0000E+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+04.0000.0000E+00110H+H+M=H2O+M.1413E+12-2.0000.0000E+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-023.0800.2000E+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=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+O2=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+021.3000-.7700E+0335CO+O+M=CO2+M.5888E+04.0000.4100E+0436CO+H+M=HCO+M.5000E+OO1.0000.1550E+0437O+O+M=O2+M.4677E+04-.2800.0000E+0038N+N+M=N2+M.2500E+04.0000.0000E+0039N2+O=NO+N.1300E+09.0000.7550E+0540N+O2=NO+O.6300E+041.0000.6250E+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=CN+OH.2700E+041.5800.2660E+0545HCN+OH=HNCO+H.4000E+06.0000.0000E+0046NH3+H=NH2+H2.6360E+002.3900.1017E+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+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-.5000.0000E+0058NH+H=N+H2.1000E+07.6800.1900E+0459NH+O=NO+H.5000E+06.5000.5000E+0460NH+OH+OH=NO+H+H2O.2000E+08.0000.0000E+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+11-1.2500.0000E+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+0569C2H4+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+012.0000.5000E+0476CH3+OH=H2CO+H+M.5300E+07.0000.0000E+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+。