Wendt則強調(diào)燃料分級降低NOx排放機理中,HCN是一種十分重要的中間產(chǎn)物,并認為在富燃料情況下有以下反應:
CHi+NO→HCN+…(5)
然后HCN通過如下的反應還原為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)
并進一步指出反應(5)和(10)具有相互競爭性。
Wendt同時還認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的一個重要途徑:
NO+NHi→N2+…(11)
由此,再燃燃料在還原性氣氛下對主燃區(qū)煤粉燃燒生成的氮氧化物的還原反應中,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。實際應用中應使再燃區(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,以保證燃料分級燃燒對降低NOx排放的效果。燃料分級燃燒降低NOx的機理仍需進一步進行研究。
2 對燃料分級降低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,德國斯圖加特大學的研究者對氣體與固體燃料分別作為再 燃燃料對降低NOx排放的效果進行實驗研究比較,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比
根據(jù)目前資料,一般認為氣體燃料與NOx發(fā)生還原反應時,烴根是最有利于NOx還原的成分。Spliethoff等研究者的實驗結(jié)果表明[4],再燃燃料中不同碳氫化合物濃度的變化(20%~100%)對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可以產(chǎn)生大量的烴根且不含有N元素,因此相對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間),有一個最佳的過量空氣系數(shù),此時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],但最佳值應根據(jù)煤種、再燃燃料、溫度和停留時間等通過實驗來確定。
再燃區(qū)空氣過量系數(shù)α2的減小雖有利于NOx的降低,但同時會引起飛灰含碳量的增加。根據(jù)實際運行結(jié)果,當α2小于0.8時,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,容易造成爐膛水冷壁的高溫腐蝕;當爐內(nèi)氣流出現(xiàn)刷墻時,由于灰熔點的降低,加劇水冷壁的結(jié)渣,危及鍋爐的安全運行。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??紤]到熱力型NOx在1 500 ℃后 將呈指數(shù)規(guī)律升高,再燃區(qū)溫度應低于此溫度水平,以免燃盡區(qū)補充氧量后空氣中的氮氣與 氧生成熱力型NOx,導致鍋爐NOx排放整體水平的提高,從而降低分級燃燒降低NOx排 放的效果。
2.4再燃區(qū)停留時間
再燃區(qū)停留時間是由再燃燃料噴口和燃盡風噴口的位置決定的。為了延長再燃區(qū)停留時間, 如將再燃燃料噴口過于靠近主燃燒器,則會降低燃盡率與NOx的還原率;如將燃盡風噴口 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,針對具體的條件 ,再燃區(qū)停留時間存在最佳值,并由試驗確定。
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。實際應用中 應使再燃區(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 而保證燃料分級燃燒降低NOx排放的效果。
2)氣體再燃燃料中不同碳氫化合物濃度的變化對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。