甲烷-空氣燃燒過程氮化學(xué)基本原理

燃燒理論將NOx的生成分為熱力型NOx(Thermal NOx)、快速型NOx(Prompt NOx)和燃料型NOx(Fuel NOx)。天然氣中含氮量較低，因此燃料型NOx不是其主要的控制類型。熱力型NOx是指燃燒用空氣中的N2在高溫下氧化生成NOx。關(guān)于熱力型NOx的生成機理一般采用捷里道維奇機理：當(dāng)溫度低于1500℃時，熱力NOx的生成量很少；高于1500℃時，溫度每升高100℃，反應(yīng)速度將增大6-7倍，在實際燃燒過程中，由于燃燒室內(nèi)的溫度分布是不均勻的，如果有局部高溫區(qū)，則在這些區(qū)域會生成較多的NOx，它可能會對整個燃燒室內(nèi)的NOx生成起關(guān)鍵性作用�？焖傩蚇Ox在碳?xì)淙剂先紵�且富燃料的情況下，反應(yīng)區(qū)會快速生成NOx。在實際的燃燒過程中各種因素是單獨變化的，許多參數(shù)均處于不斷的變化中，即使是最簡單的氣體燃料的燃燒，也要經(jīng)歷燃料和空氣相混合，燃燒產(chǎn)生煙氣，直到最后離開爐膛。爐膛的溫度、燃料和空氣的混合程度、煙氣在爐內(nèi)停留時間等這些對NOx排放有較大影響的參數(shù) 均處于不斷的變化之中。

燃料和空氣混合物進(jìn)入爐膛后，由于受到周圍高溫?zé)煔獾膶α骱洼椛浼訜�，混合物氣流溫度很快上升。�?dāng)達(dá)到著火溫度時，燃料開始燃燒，這時溫度急劇上升到近于絕熱溫度水平。同時，由于煙氣與周圍介質(zhì)間的對流輻射換熱，溫度逐漸降低，直到與周圍介質(zhì)溫度相同，也即煙氣邊冷卻邊流過整個爐膛。由此可見，爐內(nèi)的火焰溫度分布實際上是不均勻的。通常，離燃燒器出口一定距離處的溫度最高，在其前后的溫度都較低，即存在局部高溫區(qū)。由于該區(qū)的溫度要比爐內(nèi)平均溫度水平高得多，因此它對NOx生成量有很大影響：溫度越高，NOx生成量越多。因此，在爐膛中，為抑制NOx的生成，除了降低爐內(nèi)平均溫度外，還必須設(shè)法使?fàn)t內(nèi)溫度分布均勻，避免局部高溫。