·1472. 工程科学学报，第38卷，第10期 试验结果有显著影响，因素A和因素B对试验结果没 2380 130 有影响，但A×C交互作用对试验结果有显著影响，交 2360 120 互作用A×B对试验结果有一定的影响. 2340 110 综上所述，方差分析表明：因素D、F和G水平的 2320 改变对NO,排放体积分数有高度显著的影响，方差分 100 2300 析下关于降低指标值NO,排放体积分数的较优水平 2280 组合为AB,C,DE,F,G2,与极差分析的差别在于B因 。一最高燃烧温度 2260 80 ·一出口NO,浓度 素的水平，但由表8可知B因素方差比空列方差还小， 224( 70 在分析过程中，认为它是试验误差，B因素变化对指标 2220 的改善几乎无影响 10 2:8 3:7 46 5:5 60 空气配比 3.2空气分级配比对NO,排放的影响研究 设定燃气分级配比为2：4：4，取一、二次风量配比 图4不同空气分级配比下燃烧区最高温度与出口NO,体积 为1：9、2：8、3：7、4：6和5：5时研究其对出口N0,体积 分数 Fig.4 Change of maximum temperature and outlet NO,concentration 分数的影响，空气系数取1.2.图4给出不同风量配比 in the combustion zone with air ratio 下最高燃烧温度与出口NO,体积分数的变化.结果表 明：一次风量逐渐增加时，燃烧区域向燃烧器处靠近， 排放体积分数以22%、23.2%、25.3%、27.2%、27.3% 燃烧高温区增大.一次风量由10%增加到30%，由于 和29.5%的速率增加，烟气循环抑制了N0,排放体积 一次空、燃气的量逐渐趋于化学当量比附近，且二、三 分数随温度升高而增加的速率，说明在满足排放要求 次燃烧时因为有回流烟气的稀释作用（与文献4]效 的情况下可适当提高空气预热温度以利用余热余能. 果类似)，此时的燃烧最为剧烈，最高燃烧温度由2231 K增大到2361K:一次风量在30%以上时，一次空气量 2500 一最高燃烧温度 220 出口NO浓度 200 远高于一次燃气量，有较强的稀释作用，最高燃烧温度 2450 180 稳定于2310K左右，不再有明显的变化. 2400 160 对于出▣NO,体积分数变化，可以看出，一次风 140 2350 量增加时出口处NO,体积分数增加，一次风量由10% 2300 100 增大到20%，最高燃烧温度的剧烈变大使得N0,生成 2250 80 骨 量也变大，由65.2×106增加到108.2×10-6，这也说 60 2200 明NO,的生成主要以热力型为主：一次风量增加到 40 500600700800900100011001200 30%以上时，出口N0.浓度增加缓慢约为3%，说明随 空气预热温度/K 着一次风量的增大，燃烧区域靠前，虽然燃烧高温区域 图5不同空气预热温度下最高燃烧温度与出口NO,体积分数 扩大，但最高燃烧温度因稀释作用而相对较低，趋于稳 Fig.5 Change of maximum combustion temperature and outlet NO. 定，热力型NO,生成量不再迅速增加. concentration with air preheating temperatures 3.3预热温度对NO,排放的影响研究 利用烟气余热对助燃空气进行加热以回收利用余 图6和图7分别为不同空气预热温度下辐射管内 热余能，降低排烟损失，但预热温度的升高会促进燃烧 轴向截面的燃烬率变化曲线和NO,生成体积分数变 的强度，引起辐射管内NO,排放量过高的问题，通过 化曲线.由Arrhenius定律k=Ae可知温度对燃烧速 设定不同空气预热温度对辐射管NO,排放规律进行 率具有重要影响.结合图6可看出，空气预热温度增 模拟及分析. 加使得燃烧剧烈程度增大，在辐射管内同一位置预热 设定空气预热温度为573,673，…，1173K七种 温度越高则燃料燃烬率越大.空气预热温度为573K 工况，研究出口NO,体积分数随不同空气预热温度的 时，在轴向位置x=1300mm附近处燃烬率为100%：空 变化规律.图5为不同空气预热温度下最高燃烧温度 气预热温度大于773K时，在轴向位置x=750mm附 与出口NO,体积分数变化曲线.由图可知，三级燃烧 近处燃烬率为100%；即空气预热温度处于573~773 器燃烧区最高温度基本随预热温度的增加而呈线性增 K范围时对增大燃烧速率的贡献较大，空气预热温度 加，空气预热温度每增加100℃，最高燃烧温度上升约 大于773K时燃烧速率不再明显变化.由图7可知，辐 50℃，辐射管出口NO,排放体积分数值也随空气预热 射管内NO,体积分数分布较均匀，以空气预热温度为 温度增加而增大，且增加幅度逐渐变大，当空气预热温 973K为例：在x=0~2000mm之间，未燃空气与燃气 度为573K时出口N0,排放体积分数为50.9×10-6， 稀释回流烟气的NO,体积分数，燃料燃烧高温使NO,工程科学学报，第 38 卷，第 10 期 试验结果有显著影响，因素 A 和因素 B 对试验结果没 有影响，但 A × C 交互作用对试验结果有显著影响，交 互作用 A × B 对试验结果有一定的影响． 综上所述，方差分析表明: 因素 D、F 和 G 水平的 改变对 NOx 排放体积分数有高度显著的影响，方差分 析下关于降低指标值 NOx 排放体积分数的较优水平 组合为 A1B2C2D1E1F1G2，与极差分析的差别在于 B 因 素的水平，但由表 8 可知 B 因素方差比空列方差还小， 在分析过程中，认为它是试验误差，B 因素变化对指标 的改善几乎无影响． 3. 2 空气分级配比对 NOx 排放的影响研究 设定燃气分级配比为 2∶ 4∶ 4，取一、二次风量配比 为 1∶ 9、2∶ 8、3∶ 7、4∶ 6和 5∶ 5时研究其对出口 NOx 体积 分数的影响，空气系数取 1. 2． 图 4 给出不同风量配比 下最高燃烧温度与出口 NOx 体积分数的变化． 结果表 明: 一次风量逐渐增加时，燃烧区域向燃烧器处靠近， 燃烧高温区增大． 一次风量由 10% 增加到 30% ，由于 一次空、燃气的量逐渐趋于化学当量比附近，且二、三 次燃烧时因为有回流烟气的稀释作用( 与文献［4］效 果类似) ，此时的燃烧最为剧烈，最高燃烧温度由 2231 K 增大到 2361 K; 一次风量在 30% 以上时，一次空气量 远高于一次燃气量，有较强的稀释作用，最高燃烧温度 稳定于 2310 K 左右，不再有明显的变化． 对于出口 NOx 体积分数变化，可以看出，一次风 量增加时出口处 NOx 体积分数增加，一次风量由 10% 增大到 20% ，最高燃烧温度的剧烈变大使得 NOx 生成 量也变大，由 65. 2 × 10 － 6增加到 108. 2 × 10 － 6，这也说 明 NOx 的生成主要以热力型为主; 一次风量增加到 30% 以上时，出口 NOx 浓度增加缓慢约为 3% ，说明随 着一次风量的增大，燃烧区域靠前，虽然燃烧高温区域 扩大，但最高燃烧温度因稀释作用而相对较低，趋于稳 定，热力型 NOx 生成量不再迅速增加． 3. 3 预热温度对 NOx 排放的影响研究 利用烟气余热对助燃空气进行加热以回收利用余 热余能，降低排烟损失，但预热温度的升高会促进燃烧 的强度，引起辐射管内 NOx 排放量过高的问题，通过 设定不同空气预热温度对辐射管 NOx 排放规律进行 模拟及分析． 设定空气预热温度为 573，673，…，1173 K 七种 工况，研究出口 NOx 体积分数随不同空气预热温度的 变化规律． 图 5 为不同空气预热温度下最高燃烧温度 与出口 NOx 体积分数变化曲线． 由图可知，三级燃烧 器燃烧区最高温度基本随预热温度的增加而呈线性增 加，空气预热温度每增加 100 ℃，最高燃烧温度上升约 50 ℃，辐射管出口 NOx 排放体积分数值也随空气预热 温度增加而增大，且增加幅度逐渐变大，当空气预热温 度为 573 K 时出口 NOx 排放体积分数为 50. 9 × 10 － 6， 图 4 不同空气分级配比下燃烧区最高温度与出口 NOx 体积 分数 Fig． 4 Change of maximum temperature and outlet NOx concentration in the combustion zone with air ratio 排放体积分数以 22% 、23. 2% 、25. 3% 、27. 2% 、27. 3% 和 29. 5% 的速率增加，烟气循环抑制了 NOx 排放体积 分数随温度升高而增加的速率，说明在满足排放要求 的情况下可适当提高空气预热温度以利用余热余能． 图 5 不同空气预热温度下最高燃烧温度与出口 NOx 体积分数 Fig． 5 Change of maximum combustion temperature and outlet NOx concentration with air preheating temperatures 图 6 和图 7 分别为不同空气预热温度下辐射管内 轴向截面的燃烬率变化曲线和 NOx 生成体积分数变 化曲线． 由 Arrhenius 定律 k = Ae － E ＲT 可知温度对燃烧速 率具有重要影响． 结合图 6 可看出，空气预热温度增 加使得燃烧剧烈程度增大，在辐射管内同一位置预热 温度越高则燃料燃烬率越大． 空气预热温度为 573 K 时，在轴向位置 x = 1300 mm 附近处燃烬率为 100% ; 空 气预热温度大于 773 K 时，在轴向位置 x = 750 mm 附 近处燃烬率为 100% ; 即空气预热温度处于 573 ～ 773 K 范围时对增大燃烧速率的贡献较大，空气预热温度 大于 773 K 时燃烧速率不再明显变化． 由图 7 可知，辐 射管内 NOx 体积分数分布较均匀，以空气预热温度为 973 K 为例: 在 x = 0 ～ 2000 mm 之间，未燃空气与燃气 稀释回流烟气的 NOx 体积分数，燃料燃烧高温使 NOx · 2741 ·