PDF《高温条件下 N2O 分解转换对 NO 生成的影响》

相反地, 在Ar+N2O+O2 的气氛中, 10% 的O2 对N2O 分解的温度没有影响, 但出口处的 NO 浓度有明 显提高. N2O 在一定条件下可以通过如下反应产生 一定量的 NO[13] :

2 N O+ O 2NO (1) 但此工况下的反应产物仍以 N2 为主. 在模拟燃尽风喷入的气氛条件即 CO+O2+Ar 的工况下, 图中可发现一方面 N2O 的分解温度明显 下降, 在1373 K 时就完全分解完毕;

另一方面, 在固 定床的出口处检测到大量的 NO, 体积分数高达 128*10 -6 . 这与

50 kW 下行炉燃煤在通入燃尽风之后 NO 体积分数升高的现象一致, 对应的 N2O 几乎全部 分解. 由于固定床实验中采用的 Ar 为平衡气, 排除 了热力型 NOx 的影响. N2O 作为整个实验中唯一的 含氮源, 可以判断固定床实验所产生的高浓度 NO 来 源于入口处的 N2O 分解. 这与传统的 N2O 在1200 K 以上的高温流化床均相分解理论有所冲突[9,14-18] . 一 般认为, 热力型分解[13] 为22NO+ M N + O+ M (2) 它是 N2O 高温分解的主要路径, 由于 N≡N 非 常稳定[19] , N2O 高温分解以 N2 为主, 高温下生成 NO 量非常少. 固定床出口处的大量 NO 一种可能的推测是由 于CO 和O2 燃烧释放大量的热导致的, 如在管式炉 内形成局部超过热力型 NO 生成的温度(1

773 K)条件, 从而加快了反应(1)的进行. 于是, 笔者重复开展 了以 N2 为平衡气的上述实验, 如果反应过程中局部 确实有超过

1 773 K 的高温, 那么在以 N2 为平衡气 的情况下, 就会产生大量的热力型 NO, 导致 N2 氛围 下的 NO 浓度要比 Ar 氛围的 NO 浓度高. 但实验结 果显示, 无论在 N2 还是在 Ar 的氛围中, 只要在 1.5% CO+10% O2 的工况下, 两次生成的 NO 浓度几 乎一致. 于是说明 NO 的生成不可能是由于 CO+O2 反应放出大量热造成的. 随后, 又继续以 Ar 为平衡气, 在1.5% CO+3% O2 +Ar、 3% CO+1.5% O2 +Ar、 3% CO+10% O2 + Ar、 1.7% CO+10% O2+Ar 这4种工况下重复了实 验, 以探究不同的 CO 和O2 的比例关系对固定床出 口处 NO 浓度的影响. 如图

6 所示, 在上述

4 种工况 下, N2O 在1373 K 温度时均快速分解. 但在 10% O2 情况下, 出口处的 NO 体积分数远远高于 1.5% O2 体 积分数下的 NO 体积分数, 且在

1 223~1

473 K 的温 度区间内 NO 体积分数都始终维持在一个较高的水 平;

当温度超过

1 473 K 时, NO 体积分数迅速下降, 超过 90%的N2 O 转化成 N2. 此外, 10%O2 工况下, 燃烧科学与技术 第25 卷第1期―92 ― CO 浓度越高, 生成的 NO 峰值越高. 当1.5% O2 条件 下, NO 体积分数随温度变化的趋势与 10%O2 情况时 保持一致, 但其生成的 NO 的绝对值远远小于 10% O2 工况下的值. (a)N2Oout/N2Oin (b)NOout/N2Oin 图6不同 CO 和O2 比例下, NOout/N2Oin 和N2Oout/N2Oin 随温度变化曲线(入口处 N2O 体积分数 400*10 -6 , 平衡气 Ar) Fig.6 NOout/N2Oin and N2Oout/N2Oin as a function of reac- tor set temperature(inlet reactant concentration : 400*10-6 N2O, balance gas A........