化工学报 ›› 2019, Vol. 70 ›› Issue (8): 3121-3131.DOI: 10.11949/0438-1157.20190111
王志宁1,2(),杨协和2,张扬2(),金燕1,张海2,吕俊复2
收稿日期:
2019-03-05
修回日期:
2019-05-13
出版日期:
2019-08-05
发布日期:
2019-08-05
通讯作者:
张扬
作者简介:
王志宁(1990—),男,硕士研究生,13485485840@163.com
基金资助:
Zhining WANG1,2(),Xiehe YANG2,Yang ZHANG2(),Yan JIN1,Hai ZHANG2,Junfu LYU2
Received:
2019-03-05
Revised:
2019-05-13
Online:
2019-08-05
Published:
2019-08-05
Contact:
Yang ZHANG
摘要:
天然气燃烧过程主要污染物是NO和NO2。针对部分燃气锅炉NO2排放较高的情况,开展了中试实验和数值模拟,研究天然气燃烧过程NO2生成规律。结果表明当锅炉采用“燃烧器分级燃烧+烟气再循环”的低氮燃烧策略时,如果燃烧器的伴流风与燃料的混合被推迟,则NO2的生成量较大,最高超过总NO x 生成量的50%,空气和燃料充分混合的条件下NO2生成量较少。NO2在热燃烧产物与冷空气碰撞的交界面上大量生成,NO2生成的温度窗口是800~900 K。NO2主要通过NO与HO2的反应生成,NO2分解后又生成NO,NO2的生成不会显著影响燃烧过程总NO x 的排放。
中图分类号:
王志宁, 杨协和, 张扬, 金燕, 张海, 吕俊复. 燃气锅炉中NO2的生成规律研究[J]. 化工学报, 2019, 70(8): 3121-3131.
Zhining WANG, Xiehe YANG, Yang ZHANG, Yan JIN, Hai ZHANG, Junfu LYU. NO2 formation in natural gas-fired boilers[J]. CIESC Journal, 2019, 70(8): 3121-3131.
参数 | 锅炉Ⅰ(boiler Ⅰ) | 锅炉Ⅱ(boiler Ⅱ) |
---|---|---|
运行地点 | 北京某生活小区 | 河北某汽车修理厂 |
用途 | 供热用热水锅炉 | 工业用蒸汽锅炉 |
容量 | 2 t/h | 1 t/h |
当地NO x 排放要求 | < 30 mg/m3 | < 80 mg/m3 |
低氮技术 | 分级燃烧 烟气再循环 | 分级燃烧 烟气再循环 |
再循环烟气取气位置 | 烟囱底部 | 烟囱底部 |
过量空气系数(α) | 1.20~1.25 | 1.3~1.4 |
排烟温度 | 70~100℃ | 150~200℃ |
表1 现场测试的两台燃气锅炉概况
Table 1 Specifications of two natural gas-fired boilers in field tests
参数 | 锅炉Ⅰ(boiler Ⅰ) | 锅炉Ⅱ(boiler Ⅱ) |
---|---|---|
运行地点 | 北京某生活小区 | 河北某汽车修理厂 |
用途 | 供热用热水锅炉 | 工业用蒸汽锅炉 |
容量 | 2 t/h | 1 t/h |
当地NO x 排放要求 | < 30 mg/m3 | < 80 mg/m3 |
低氮技术 | 分级燃烧 烟气再循环 | 分级燃烧 烟气再循环 |
再循环烟气取气位置 | 烟囱底部 | 烟囱底部 |
过量空气系数(α) | 1.20~1.25 | 1.3~1.4 |
排烟温度 | 70~100℃ | 150~200℃ |
图7 不同温度和过量空气系数下全混流反应器中甲烷燃烧NO与NO2生成规律(常压,3.5% O2标准)
Fig. 7 NO and NO2 emissions of CH4/air combustion in perfectly stirred reactor under various temperatures and excess air ratios (ambient pressure, 3.5% O2 standard)
组分 | α = 0.8 | α = 1.0 | α = 1.2 |
---|---|---|---|
CO | 5.20×10-2 | 1.85×10-2 | 5.80×10-3 |
CO2 | 7.04×10-2 | 7.90×10-2 | 7.82×10-2 |
H | 1.70×10-3 | 1.91×10-3 | 1.04×10-3 |
H2O | 2.17×10-1 | 1.82×10-1 | 1.52×10-1 |
HO2 | 8.74×10-8 | 6.48×10-7 | 3.92×10-7 |
N | 6.68×10-9 | 5.35×10-9 | 8.99×10-10 |
O2 | 1.54×10-4 | 7.55×10-3 | 3.80×10-2 |
N2 | 6.59×10-1 | 7.13×10-1 | 7.50×10-1 |
NO | 3.51×10-5 | 3.51×10-5 | 3.51×10-5 |
NO2 | 4.46×10-9 | 1.28×10-8 | 5.08×10-9 |
表2 对冲火焰计算中热烟气来流组分摩尔分数
Table 2 Species mole fraction of hot product stream in opposed-flame computation
组分 | α = 0.8 | α = 1.0 | α = 1.2 |
---|---|---|---|
CO | 5.20×10-2 | 1.85×10-2 | 5.80×10-3 |
CO2 | 7.04×10-2 | 7.90×10-2 | 7.82×10-2 |
H | 1.70×10-3 | 1.91×10-3 | 1.04×10-3 |
H2O | 2.17×10-1 | 1.82×10-1 | 1.52×10-1 |
HO2 | 8.74×10-8 | 6.48×10-7 | 3.92×10-7 |
N | 6.68×10-9 | 5.35×10-9 | 8.99×10-10 |
O2 | 1.54×10-4 | 7.55×10-3 | 3.80×10-2 |
N2 | 6.59×10-1 | 7.13×10-1 | 7.50×10-1 |
NO | 3.51×10-5 | 3.51×10-5 | 3.51×10-5 |
NO2 | 4.46×10-9 | 1.28×10-8 | 5.08×10-9 |
图11 不同过量空气系数的热燃烧产物与冷空气对撞后NO和NO2的分布规律
Fig.11 NO and NO2 mole fraction distribution in hot combustion products-air opposed flow at different excess air ratios
图15 不同过量空气系数的热燃烧产物与冷空气对撞后HO2生成速率的分布规律
Fig.15 HO2 production rate distribution in hot combustion products-air opposed flow at different excess air ratios
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