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(jī)理一般采用捷里道維奇機(jī)理：當(dāng)溫度低于1500℃時(shí)，熱力NOx的生成量很少；高于1500℃時(shí)，溫度每升高100℃，反應(yīng)速度將增大6~7倍。在實(shí)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(huì)生成較多的NOx，它可能會(huì)對(duì)整個(gè)燃燒室內(nèi)的NOx生成起關(guān)鍵性的作用。快速型NOx在碳?xì)淙剂先紵腋蝗剂系那闆r下，反應(yīng)區(qū)會(huì)快速生成NOx。在實(shí)際的燃燒過程中各種因素是單獨(dú)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(shí)間等這些對(duì)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?duì)流和輻射加熱，混合物氣流溫度很快上升。當(dāng)達(dá)到著火溫度時(shí)，燃料開始燃燒，這時(shí)溫度急劇上升到近于絕熱溫度水平。同時(shí)，由于煙氣與周圍介質(zhì)間的對(duì)流和輻射換熱，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(gè)爐膛。由此可見，爐內(nèi)的火焰溫度分布實(shí)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(duì)NOx生成量有很大的影響：溫度越高，NOx生成量越多。因此，在爐膛中，為了抑制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。

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