Wendt則強(qiáng)調(diào)燃料分級(jí)降低NOx排放機(jī)理中,HCN是一種十分重要的中間產(chǎn)物,并認(rèn)為在富燃料情況下有以下反應(yīng):
CHi+NO→HCN+…(5)
然后HCN通過如下的反應(yīng)還原為N2:
HCN+O→NCO+H(6)
NCO+H→NH+CO(7)
NH+H→N+H2(8)
N+NO→N2+O(9)
在貧燃料情況下,烴根通過下式氧化為CO:
CHi+O→CO+H+…(10)
并進(jìn)一步指出反應(yīng)(5)和(10)具有相互競(jìng)爭(zhēng)性。
Wendt同時(shí)還認(rèn)為部分再燃燃料在還原性氣氛下的中間產(chǎn)物氨基也是還原主燃區(qū)內(nèi)已生成NOx的一個(gè)重要途徑:
NO+NHi→N2+…(11)
由此,再燃燃料在還原性氣氛下對(duì)主燃區(qū)煤粉燃燒生成的氮氧化物的還原反應(yīng)中,再燃燃料 中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物氰基、氨基和烴根等起到分解氮氧化物的作用。同一再燃燃料中烴類物質(zhì)在燃料的貧富氣氛中起到完全不同的作用。實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)使再燃區(qū)內(nèi)各處處于還原性氣氛,并盡量使烴根CHi與NO相接觸,避免CHi與O接觸,以保證燃料分級(jí)燃燒對(duì)降低NOx排放的效果。燃料分級(jí)燃燒降低NOx的機(jī)理仍需進(jìn)一步進(jìn)行研究。
2 對(duì)燃料分級(jí)降低NOx排放的影響因素的初步探討
2.1再燃燃料種類
2.1.1氣體與固體燃料作為再燃燃料降低NOx排放的效果比較
以甲烷和煤作為代表性再燃燃料,德國斯圖加特大學(xué)的研究者對(duì)氣體與固體燃料分別作為再 燃燃料對(duì)降低NOx排放的效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究比較,氣體燃料(甲烷)作為再燃燃料的效果要比固體燃料(煤)好的多。
2.1.2氣體作為再燃燃料的效果對(duì)比
根據(jù)目前資料,一般認(rèn)為氣體燃料與NOx發(fā)生還原反應(yīng)時(shí),烴根是最有利于NOx還原的成分。Spliethoff等研究者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明[4],再燃燃料中不同碳?xì)浠衔餄舛鹊淖兓?0%~100%)對(duì)NOx的還原率沒有太大的影響。因此,中國各種工業(yè)副產(chǎn)氣均可以考慮用來作為再燃燃料以降低燃煤鍋爐NOx的排放水平。但由于天然氣在燃燒時(shí)可以產(chǎn)生大量的烴根且不含有N元素,因此相對(duì)來說天然氣是最佳的再燃燃料。
2.2再燃區(qū)過量空氣系數(shù)
再燃區(qū)中過量空氣系數(shù)對(duì)NOx的濃度影響很大。在一定的條件下(如一定的溫度和停留時(shí)間),有一個(gè)最佳的過量空氣系數(shù),此時(shí)NOx的濃度值最低。一般來說,再燃區(qū)過量空氣系數(shù)α2選在0.7~1之間[5],但最佳值應(yīng)根據(jù)煤種、再燃燃料、溫度和停留時(shí)間等通過實(shí)驗(yàn)來確定。
再燃區(qū)空氣過量系數(shù)α2的減小雖有利于NOx的降低,但同時(shí)會(huì)引起飛灰含碳量的增加。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行結(jié)果,當(dāng)α2小于0.8時(shí),飛灰含碳量急劇增加。另外,再燃區(qū)過量空氣系數(shù)越低,其還原性氣氛越強(qiáng),容易造成爐膛水冷壁的高溫腐蝕;當(dāng)爐內(nèi)氣流出現(xiàn)刷墻時(shí),由于灰熔點(diǎn)的降低,加劇水冷壁的結(jié)渣,危及鍋爐的安全運(yùn)行。因此,從提高燃燒效率和飛灰的綜合利用以及鍋爐安全運(yùn)行方面來考慮,再燃區(qū)過量空氣系數(shù)不宜選得過低。
2.3再燃區(qū)溫度水平
隨著再燃區(qū)中α2的降低,NOx的濃度也很快降低。高溫度水平下主燃區(qū)生成的高NO x濃度隨再燃區(qū)內(nèi)過量空氣系數(shù)的減小,NOx的 降低率加大。考慮到熱力型NOx在1 500 ℃后 將呈指數(shù)規(guī)律升高,再燃區(qū)溫度應(yīng)低于此溫度水平,以免燃盡區(qū)補(bǔ)充氧量后空氣中的氮?dú)馀c 氧生成熱力型NOx,導(dǎo)致鍋爐NOx排放整體水平的提高,從而降低分級(jí)燃燒降低NOx排 放的效果。
2.4再燃區(qū)停留時(shí)間
再燃區(qū)停留時(shí)間是由再燃燃料噴口和燃盡風(fēng)噴口的位置決定的。為了延長再燃區(qū)停留時(shí)間, 如將再燃燃料噴口過于靠近主燃燒器,則會(huì)降低燃盡率與NOx的還原率;如將燃盡風(fēng)噴口 上移,將使飛灰含碳量升高,降低燃燒效率并危及飛灰的綜合利用。因此,針對(duì)具體的條件 ,再燃區(qū)停留時(shí)間存在最佳值,并由試驗(yàn)確定。
3結(jié)論
1)再燃燃料中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物氰基、氨基和烴根等起到分解氮氧化物的作用。實(shí)際應(yīng)用中 應(yīng)使再燃區(qū)內(nèi)各處處于還原性氣氛下,以使烴根CHi與NO相接觸,避免CHi與O接觸,從 而保證燃料分級(jí)燃燒降低NOx排放的效果。
2)氣體再燃燃料中不同碳?xì)浠衔餄舛鹊淖兓瘜?duì)NOx的還原率沒有太大的影響。
3)在滿足NOx排放水平前提下,再燃區(qū)內(nèi)盡量選取較高的空氣過量系數(shù),以同時(shí)降低飛灰 含碳量、減輕爐內(nèi)高溫腐蝕和結(jié)渣程度。
4)合理選取再燃燃料噴入?yún)^(qū)位置和爐膛溫度水平,以保證最佳的降低NOx排放效果和較 低的飛灰含碳量。