·1098 北京科技大学学报 第36卷 管内燃烧的最高温度远高于1500℃，由热力型N0, 释剂不同对NO,排放量的影响差异，而本节将对一 生成机理可知，燃烧区的最高温度每降低100℃，热 次风和二次风考虑分别稀释，探索一二次风对稀释 力型NO,的生成速率降低6~7倍.在相同稀释体 剂的敏感度. 积分数下，CO2稀释时燃烧最高温度明显比N2稀释 图7是一次风和二次风分别加入不同稀释剂的 时燃烧最高温度低，所以CO2稀释下NO的生成量 出口NO,排放情况.从图中可以看出，在二次风中 明显低于N2稀释下NO.的生成量. 添加稀释剂对NO.的抑制情况要明显优于一次风 图6给出了C02和N2稀释时，在相同K值情况 中加稀释剂的情况，相同K值时，在二次风中加入 下，随辐射管轴向位置不同，烟气温度以及出口NO 稀释剂要比一次风中加稀释剂的出口NO,排放的 体积分数分布的曲线.从图中可以看出：一次燃烧 体积分数少5×10-5~9×105.K从8%增加到 阶段（距离燃气喷口位置0~100mm区域）烟气温 24%过程中，一次风中添加C02或N2,分别使N0 度很低，基本处于500K以下，相应的NO,产生量很 排放的体积分数降低了65.4%和47.3%，而相应地 少；在二次燃烧初阶段（距离燃气喷口位置100~ 在二次风中添加CO2或N2,分别使NO.排放体积分 500mm区域)，烟气温度逐渐升高，处于500~ 数降低了78.9%和69.3%，平均K值每增加1%， 10O0K范围内，此时由于温度较低，NO,生成量依然 可以使N0.排放体积分数降低8×10-6~1×10-5. 很少；在二次燃烧后阶段（距离燃气喷口位置500~ 300 A量一次风以、，为稀释剂 700mm区域)，烟气温度急剧升高，此时高温下NO, B●- 一次风以C0,为稀释剂 250 CD-二次风以、为稀释剂 生成量也大幅度增加，具体表现为当烟气温度超过 D-- 次风以G0,为稀释剂 1500K时，烟气温度每增加100K,两种稀释情况的 200 N0,生成量都增加了约50%；距离燃气喷口位置 700mm后区域，由于此时燃气己经基本耗尽，故烟 150 气温度逐渐变低，并且不同稀释引起的烟气温度差 异越来越明显，这也导致了相应的NO,生成体积分 数差异越来越大，具体表现为在距离燃气喷口位置 50 0 ● 700mm位置C02稀释时NO.生成体积分数比N2稀 101214161820222426 稀释体积分数/% 释时少3.9×10-，而在距离燃气喷口位置1800mm 位置则相差8.3×10-5 图7不同稀释剂和风次下出口NO,体积分数随稀释体积分数 综合以上分析，在辐射管内的氯氧化物以受温 的变化 Fig.7 Nitric oxides emissions as a function of different diluents in 度影响明显的热力型NO,为主. the primary or secondary air 180,一以C0,为稀释剂N0的体积分数 12500 16s 以N,为稀释剂NO的体积分数 图8给出了相同K值下，距离燃气喷口不同轴 150 2000 135 向距离的燃尽率情况.从图中可以看出参与一次燃 120 烧的燃气量很少，只占5%左右.当进入二次燃烧 105 90 f250 后，燃气消耗逐渐增加，在距离燃气喷口约300mm 75 二次燃烧 1000要 处，燃料消耗达到50%，之后燃料消耗量急剧增加， 60 45 并在之后的100mm范围内再次迅速消耗掉40%燃 30 --以C0,为稀释剂烟气温度500 气，说明此段范围内燃烧反应最剧烈.对比相同稀 15 0二达燃烧 一一以N,为稀释剂烟气温度 释剂下不同风次情况，在二次风中掺入稀释剂要比 20040060080010001200140016001800 距离燃气喷口位置mm 在一次风掺入稀释剂的情况燃烧速率更快，更剧烈 图6不同稀释剂下烟气温度和NO,生成的体积分数沿轴向距 而对比相同风次下不同稀释剂情况，可以发现燃气 离的变化 的消耗量分布只与掺入稀释剂的风次有关，与掺入 Fig.6 Nitric oxides generation and gas temperature as a function of 稀释剂的种类几乎没有关系 axial position and different diluts 3.3高温空气燃烧与低氧稀释共同作用 工程实际中为了提高余热余能利用，通常会将 3.2一次风和二次风对N,和C0,稀释敏感度对比 空气预热到很高温度，甚至1000℃以上，但这样就 3.1节研究了在一二次风K值相同情况下，稀 会造成辐射管NO,排放量过高，而高温低氧燃烧则北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 管内燃烧的最高温度远高于 1500 ℃，由热力型 NOx 生成机理可知，燃烧区的最高温度每降低 100 ℃，热 力型 NOx 的生成速率降低 6 ～ 7 倍． 在相同稀释体 积分数下，CO2稀释时燃烧最高温度明显比 N2稀释 时燃烧最高温度低，所以 CO2稀释下 NOx 的生成量 明显低于 N2稀释下 NOx 的生成量． 图 6 给出了 CO2和 N2稀释时，在相同 K 值情况 下，随辐射管轴向位置不同，烟气温度以及出口 NOx 体积分数分布的曲线． 从图中可以看出: 一次燃烧 阶段( 距离燃气喷口位置 0 ～ 100 mm 区域) 烟气温 度很低，基本处于 500 K 以下，相应的 NOx 产生量很 少; 在二次燃烧初阶段( 距离燃气喷口位置 100 ～ 500 mm 区 域) ，烟气温度逐渐升高，处 于 500 ～ 1000 K范围内，此时由于温度较低，NOx 生成量依然 很少; 在二次燃烧后阶段( 距离燃气喷口位置 500 ～ 700 mm 区域) ，烟气温度急剧升高，此时高温下 NOx 生成量也大幅度增加，具体表现为当烟气温度超过 1500 K 时，烟气温度每增加 100 K，两种稀释情况的 NOx 生成量都增加了约 50% ; 距离燃气喷口位置 700 mm 后区域，由于此时燃气已经基本耗尽，故烟 气温度逐渐变低，并且不同稀释引起的烟气温度差 异越来越明显，这也导致了相应的 NOx 生成体积分 数差异越来越大，具体表现为在距离燃气喷口位置 700 mm 位置 CO2稀释时 NOx 生成体积分数比 N2稀 释时少 3. 9 × 10 － 5，而在距离燃气喷口位置 1800 mm 位置则相差 8. 3 × 10 － 5 ． 综合以上分析，在辐射管内的氮氧化物以受温 度影响明显的热力型 NOx 为主． 图 6 不同稀释剂下烟气温度和 NOx 生成的体积分数沿轴向距 离的变化 Fig． 6 Nitric oxides generation and gas temperature as a function of axial position and different diluts 3. 2 一次风和二次风对 N2和 CO2稀释敏感度对比 3. 1 节研究了在一二次风 K 值相同情况下，稀 释剂不同对 NOx 排放量的影响差异，而本节将对一 次风和二次风考虑分别稀释，探索一二次风对稀释 剂的敏感度． 图 7 是一次风和二次风分别加入不同稀释剂的 出口 NOx 排放情况． 从图中可以看出，在二次风中 添加稀释剂对 NOx 的抑制情况要明显优于一次风 中加稀释剂的情况，相同 K 值时，在二次风中加入 稀释剂要比一次风中加稀释剂的出口 NOx 排放的 体积分数少 5 × 10 － 5 ～ 9 × 10 － 5 ． K 从 8% 增加到 24% 过程中，一次风中添加 CO2 或 N2，分别使 NOx 排放的体积分数降低了 65. 4% 和 47. 3% ，而相应地 在二次风中添加 CO2或 N2，分别使 NOx 排放体积分 数降低了 78. 9% 和 69. 3% ，平均 K 值每增加 1% ， 可以使 NOx 排放体积分数降低 8 × 10 － 6 ～ 1 × 10 － 5 ． 图 7 不同稀释剂和风次下出口 NOx 体积分数随稀释体积分数 的变化 Fig． 7 Nitric oxides emissions as a function of different diluents in the primary or secondary air 图 8 给出了相同 K 值下，距离燃气喷口不同轴 向距离的燃尽率情况． 从图中可以看出参与一次燃 烧的燃气量很少，只占 5% 左右． 当进入二次燃烧 后，燃气消耗逐渐增加，在距离燃气喷口约 300 mm 处，燃料消耗达到 50% ，之后燃料消耗量急剧增加， 并在之后的 100 mm 范围内再次迅速消耗掉 40% 燃 气，说明此段范围内燃烧反应最剧烈． 对比相同稀 释剂下不同风次情况，在二次风中掺入稀释剂要比 在一次风掺入稀释剂的情况燃烧速率更快，更剧烈． 而对比相同风次下不同稀释剂情况，可以发现燃气 的消耗量分布只与掺入稀释剂的风次有关，与掺入 稀释剂的种类几乎没有关系． 3. 3 高温空气燃烧与低氧稀释共同作用 工程实际中为了提高余热余能利用，通常会将 空气预热到很高温度，甚至 1000 ℃ 以上，但这样就 会造成辐射管 NOx 排放量过高，而高温低氧燃烧则 · 8901 ·