PDF《高温条件下 N2O 分解转换对 NO 生成的影响》

50 kW 下行燃烧炉中开展的高级空气分级燃烧 过程中发现了 NO 和N2O 沿程浓度变化关系. 为此, 本文深入研究这一变化关系对空气分级燃烧中 NO 的生成的影响. 文中主要采用高温固定床模拟空气 分级燃烧过程中还原区及燃尽风送入位置附近的气 氛温度等条件对 N2O 分解及与 NO 转化的关系特 性. 在此基础上, 进行了相应条件的化学动力学模拟 和机理分析, 对已有的 N2O 均相生成和分解机理提 出N2O 通过 NCO 的逆向生成 NO 的机理. 该机理较 好地解释了还原区喷入燃尽风时 NO 浓度上升的现 象, 并得到了固定床实验的验证.

1 50 kW下行燃烧炉实验结果 笔者与东方锅炉研究人员合作, 在其实验室的

50 kW 下行燃烧炉实验台上开展了寿阳贫煤分级燃 烧实验, 煤质分析见表 1. 试验台全貌如图

1 所示, 主炉体竖直布置, 其一侧由上到下布置

23 个采样 口, 在50 kW 示范燃烧装置运行时, 由炉体一侧由上 到下布置的

23 个采样口抽出烟气, 进行采样. 被抽 出的烟气首先经过快速冷却到 100~200 ℃, 保证烟 气各成分停止反应变化而又不产生冷凝, 通过保温软 管再流经过滤器除去飞灰颗粒, 最后送入烟气分析仪 前处理器进一步除尘和除水而后进行烟气组分浓度 分析. 烟气分析仪 ABBAO2000 误差为量程的 1% , 即体积分数为 2*10 -6 . 图150 kW下行燃烧试验台系统实炉图 Fig.1 Photograph of

50 kW downlink combustion pilot plant 表1寿阳贫煤工业分析和元素分析结果 Tab.1 Proximate and ultimate analysis results for Shouyang coal used in the experiments 工业分析/% 元素分析/% Mad Mar Aar Var Vdaf FC,ar wC,ar wH,ar wN,ar wSt,ar wO,ar 灰分 Fe2O3/% Qgr,ar/ (MJ・kg-1 ) Qnet,ar/ (MJ・kg-1 ) 1.51 6.15 28.58 12.15 18.61 53.12 57.65 2.75 0.86 0.43 3.58 1.46 26.65 26.00 图2给出了两个不同燃尽风送入位置下的 NO 和N2O 体积分数的分布规律. 如图

2 所示, 定义 L 为燃烧器喷口标高至炉膛出口标高之间的距离, 定义 Ls 为燃尽风喷口至燃烧器喷口之间的距离, 采用 Ms 表示燃尽风的位置比, 其具体定义为燃尽风喷口与燃 烧器喷口之间的距离和炉膛长度 L 的比值, Ms= Ls/L. 工况 a 和b的燃尽风位置 Ms 比分别为 0.44 和0.27. 在还原区, 寿阳贫煤燃烧产生的 NO 被还原, 最 燃烧科学与技术 第25 卷第1期―90 ― 低浓度(体积分数)低于 100*10 -6 ;

对应的炉内位置, 测量发现燃料在还原区燃烧生成的 N2O 却达到了 300*10 -6 . 但在燃尽风喷入炉膛后, NO 体积分数出 现了显著的回升, 从100*10 -6 跃升到 200*10 -6 以上, 随后炉膛内 NO 的体积分数保持相对稳定, 在200*10 -6 上下波动, 直至出炉膛口处的. 最终排放浓 度远远高于还原区的浓度;

相反, N2O 浓度随着燃尽 风的喷入迅速降为 0, 随后一直维持在接近

0 的水平. (a)Ms=0.44 (b)Ms=0.27 图230% 燃尽风条件下, 不同燃尽风位置处的沿程 NO 和N2O 体积分数分布 Fig.2 NO and N2O concentration profiles along the fur- nace at different OFA positions under 30% OFA condition Kristensen 等[6] 曾在小型石英气流反应器上研究 O2 体积分数等参数在燃尽区对 NOx 体积分数的影 响, 发现在温度低于

1 300 K 时, NO 的还原过程伴随 着N2O 的大量生成, 但并未指出 N2O 向NO 转换的 具体机理. 而国内学者对于 N2O 的研究多集中于低 温流化床出口处浓度[7-10] . 当温度高于