第8期 冯俊小等：W型辐射管低NO排放的数值研究 ·1099· -次风以N,为稀释剂 在1×10-4以下. 100 -一次风以C0,为稀释剂 00 次风以、，为稀释剂 800 ·一次风以C0为稀释剂 一稀释体积分数为15 80 80 700 ·一释体积分数为20保 1 60) ▲稀释体积分数为25% ★一稀释体积分数为% 60 60 》 500 一次 次 40 40 燃烧 燃烧 300 20 20 200 100 100200300400500600 距离燃气喷口沿轴向位置/mm H 1(0N00 1100 1200) 1300 图8不同稀释剂和风次下燃尽率随轴向距离的变化 空气预热温度小 Fig.8 Bum-out rate along axial position of different diluents in the primary or secondary air 图10不同稀释体积分数下出口NO,的体积分数随空气预热温 度变化 能解决这一难题.本节就辐射管高温低氧燃烧进行 Fig.10 Nitric oxides emissions as a function of air preheating tem- 了分析 perature and diluted volume fraction 图9和图10分别给出了不同空气预热温度情 况下，辐射管燃烧区最高温度以及出口NO的曲 4 结论 线图 (1)稀释助燃空气可以降低燃烧中心温度，从 从图9中可以看出，随空气预热温度的提高，辐 而抑制NO,生成，而CO,稀释对NO,的抑制作用要 射管燃烧区最高温度几乎呈线性增长，空气预热温 强于N2,燃烧中心温度和NO,排放的体积分数都会 度每升高100℃，燃烧区最高温度升高约60℃.空 随着稀释体积分数的增加而降低，但是降低幅度会 气预热温度相同时，随K增加，燃烧区最高温度大 逐渐趋于缓和，且当稀释的体积分数达到25%以上 致呈线性降低，K每增长5%，燃烧区最高温度降低 时，辐射管NO,排放的体积分数可以降低到4× 约50℃. 105以下. 2400 。-稀释体积分数为15年 一。-稀释体积分数为209： (2)燃烧区温度处于1000K温度以下时，NO, 2350 -稀释体积分数为25% 生成量仍然很低，而超过1500K时，NO,生成体积 2300 女稀释体积分数为30% 分数攀升越来越明显，烟气温度每增加100K,NO, 2250 生成量增加约50%. 2200 (3)对于与燃气平行进入的烧嘴结构，在二次 2150 风中添加稀释剂时要比在一次风中添加稀释剂的情 2100 况更具有改善NO,排放的优越性. 2050 △ (4)燃烧区最高温度随空气预热温度提高约呈 2000 900 11 1100 1200 1300 线性增长，随稀释体积分数的增加大致呈线性递减： 空气顶热温度K 某一稀释的体积分数下，出口NO.的体积分数随空 图9不同稀释体积分数下燃烧区最高温度随空气预热温度 气预热温度的提升而增加，并且温度越高，出口NO 变化 的体积分数增加越明显.工程实际中，在提高空气 Fig.9 Peak flame temperature as a function of air preheating temper- 预热温度的同时适当增加稀释体积分数，仍可以控 ature and diluted volume fraction 制N0,体积分数在1×10-4以下. 从图10中可以看出，某一稀释体积分数下，出 参考文献 口NO,排放体积分数随空气预热温度的提升而增 加，并且增长幅值逐渐变大.由图10还可以看出提 [1]Normann F,Andersson K,Leckner B,et al.High-emperature 高空气预热温度的同时增加K,可以解决NO,排放 reduction of nitrogen oxides in oxy-fuel combustion.Fuel,2008, 87:17 过高的问题，即使空气预热温度达到1000℃以上， Coppens F H V,De Ruyck J.Konnov AA.The effects of compo- 也可以通过采用较高的K值将出口NO,排放控制 sition on burning velocity and nitric oxide formation in laminar第 8 期 冯俊小等: W 型辐射管低 NOx 排放的数值研究 图 8 不同稀释剂和风次下燃尽率随轴向距离的变化 Fig． 8 Burn-out rate along axial position of different diluents in the primary or secondary air 能解决这一难题． 本节就辐射管高温低氧燃烧进行 了分析． 图 9 和图 10 分别给出了不同空气预热温度情 况下，辐射管燃烧区最高温度以及出口 NOx 的曲 线图． 从图 9 中可以看出，随空气预热温度的提高，辐 射管燃烧区最高温度几乎呈线性增长，空气预热温 度每升高 100 ℃，燃烧区最高温度升高约 60 ℃ ． 空 气预热温度相同时，随 K 增加，燃烧区最高温度大 致呈线性降低，K 每增长 5% ，燃烧区最高温度降低 约 50 ℃ ． 图 9 不同稀释体积分数下燃烧区最高温度随空气预热温度 变化 Fig． 9 Peak flame temperature as a function of air preheating temper￾ature and diluted volume fraction 从图 10 中可以看出，某一稀释体积分数下，出 口 NOx 排放体积分数随空气预热温度的提升而增 加，并且增长幅值逐渐变大． 由图 10 还可以看出提 高空气预热温度的同时增加 K，可以解决 NOx 排放 过高的问题，即使空气预热温度达到 1000 ℃ 以上， 也可以通过采用较高的 K 值将出口 NOx 排放控制 在 1 × 10 － 4以下． 图 10 不同稀释体积分数下出口 NOx 的体积分数随空气预热温 度变化 Fig． 10 Nitric oxides emissions as a function of air preheating tem￾perature and diluted volume fraction 4 结论 ( 1) 稀释助燃空气可以降低燃烧中心温度，从 而抑制 NOx 生成，而 CO2稀释对 NOx 的抑制作用要 强于 N2，燃烧中心温度和 NOx 排放的体积分数都会 随着稀释体积分数的增加而降低，但是降低幅度会 逐渐趋于缓和，且当稀释的体积分数达到 25% 以上 时，辐射管 NOx 排放的体积分数可以降低到 4 × 10 － 5以下． ( 2) 燃烧区温度处于 1000 K 温度以下时，NOx 生成量仍然很低，而超过 1500 K 时，NOx 生成体积 分数攀升越来越明显，烟气温度每增加 100 K，NOx 生成量增加约 50% ． ( 3) 对于与燃气平行进入的烧嘴结构，在二次 风中添加稀释剂时要比在一次风中添加稀释剂的情 况更具有改善 NOx 排放的优越性． ( 4) 燃烧区最高温度随空气预热温度提高约呈 线性增长，随稀释体积分数的增加大致呈线性递减; 某一稀释的体积分数下，出口 NOx 的体积分数随空 气预热温度的提升而增加，并且温度越高，出口 NOx 的体积分数增加越明显． 工程实际中，在提高空气 预热温度的同时适当增加稀释体积分数，仍可以控 制 NOx 体积分数在 1 × 10 － 4以下． 参 考 文 献 ［1］ Normann F，Andersson K，Leckner B，et al． High-temperature reduction of nitrogen oxides in oxy-fuel combustion． Fuel，2008， 87: 17 ［2］ Coppens F H V，De Ｒuyck J，Konnov A A． The effects of compo￾sition on burning velocity and nitric oxide formation in laminar · 9901 ·