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預(yù)混燃燒室的NOx與未燃碳?xì)浠衔锱欧判阅苎芯?/h1>
點擊次數(shù)：3319 發(fā)布時間：2016-06-29
隨著工業(yè)化程度的提高，燃?xì)廨啓C(jī)排放越來越多的污染物，對地球的危害越來越大。氣態(tài)的UHC（未燃碳?xì)浠衔铮┡cNOx 等破壞大氣環(huán)境，給人體和生物生長帶來嚴(yán)重危害。UHC主要是低工況下，燃燒不*產(chǎn)生的污染物。NOx 主要產(chǎn)生于燃燒主燃區(qū)高溫（或局部富氧）火焰區(qū)及下游。可以看出要想減少NOx 排放必須要降低主燃區(qū)火焰的溫度，但是此時就會減小燃燒室燃燒強(qiáng)度而導(dǎo)致UHC的排放增加。所以如何平衡燃燒強(qiáng)度與NOx排放之間的矛盾就成了目前的關(guān)注焦點。通過控制預(yù)混氣中燃料的濃度能夠有效的控制火焰溫度，有利于調(diào)節(jié)燃燒器的熱負(fù)荷，抑制NOx 的生成。前人對燃料-空氣預(yù)混來降低NOx進(jìn)行過很多的研究。分析出了燃料的化學(xué)性質(zhì)對CO與NOx排放的影響很小，但是燃料的物理性質(zhì)例如霧化質(zhì)量與蒸發(fā)速率對CO與NOx排放有影響。燃燒當(dāng)量比φ大于0.7～0.8而小于1.1時，NOx生成量減小，φ小于0.7～0.8時，NOx生產(chǎn)量增加。在1～30bar的壓力范圍下，壓力越大，NOx排放越多。本文研究了一系列過量空氣系數(shù)（0.6-1.3）下，NOx 與UHC的排放規(guī)律。
1 實驗設(shè)備及方法
實驗系統(tǒng)由燃?xì)庀到y(tǒng)、預(yù)混系統(tǒng)、測量系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)組成，流程圖見圖1。實驗儀器有測量丙烷和空氣的智能氣體流量計、測量火焰溫度的溫度變送器和測量煙氣成分的SV-5Q氣體分析儀。 
燃燒室由圓柱形預(yù)混段、矩形燃燒室、尾氣收集段三部分組成。丙烷與空氣同時通入預(yù)混段，預(yù)混段中空氣經(jīng)旋流器噴出后與丙烷混合均勻進(jìn)入燃燒室。在預(yù)混段出口處置有一分度為S的熱電偶，量程為0～1800℃。信號由動態(tài)數(shù)據(jù)采集卡采集、存儲、輸出。尾氣管進(jìn)口置有尾氣分析儀的采樣探針，后接軟管進(jìn)入SV-5Q分析儀中分析污染物濃度。實驗過量空氣系數(shù)a選擇為0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2和1.3八個值。進(jìn)口丙烷與空氣均為常溫，壓力常壓。
2 過量空氣系數(shù)對NOx與UHC排放的影響因素分析
2.1 過量空氣系數(shù)對NOx排放的影響
過量空氣系數(shù)為0.6～1.3范圍中，NOx排放量的變化曲線如圖2所示。可以看出，a=0.6時，NOx濃度較高，原因是燃料濃度過大，生成快速型NOx[2]；在a=0.6～0.9范圍中，隨著燃料濃度的降低，快速型NOx產(chǎn)生量降低，由于空氣較少燃燒不充分，燃燒溫度較低，熱力型NOx[2]生成量也較少；a在0.9～1.1的范圍中NOx迅速增加，因為此時燃料與空氣接近化學(xué)當(dāng)量比，燃燒的火焰溫度高，導(dǎo)致熱力型NOx產(chǎn)生；當(dāng)a>1.1時，空氣的稀釋作用導(dǎo)致燃燒溫度下降，NOx濃度隨著a的增加迅速降低。 
2.2 過量空氣系數(shù)對UHC排放的影響
圖3是過量空氣系數(shù)為0.6-1.3的范圍中UHC變化曲線。可以看出在此范圍中隨著過量空氣系數(shù)不斷增加，UHC排放量呈下降趨勢。因為a=0.6時，丙烷濃度過大燃燒不*，由UHC生成機(jī)理可知未燃碳?xì)浠衔锂a(chǎn)生于O2濃度過小時，所以此時UHC濃度很高。當(dāng)a>1.1時，濃度下降趨于平緩。因為隨著空氣進(jìn)氣量的增加，碳?xì)浠衔锶紵_始*。 
3 結(jié)論
本文通過在一套預(yù)混燃燒裝置上進(jìn)行實驗，研究了過量空氣系數(shù)對NOx與UHC排放規(guī)律的影響。主要結(jié)論如下：
（1）在過量空氣系數(shù)為0.6-1.3的范圍內(nèi)，NOx先降低到谷值，之后迅速增大到峰值，在a>1.1之后NOx濃度下降。在本實驗的條件下存在優(yōu)值a=0.9。
（2）UHC在過量空氣系數(shù)為0.6-1.3的范圍內(nèi)，先劇烈下降，在a>1.1之后變化平緩。在本實驗下，對于未燃碳?xì)浠衔飪?yōu)的a的取值范圍為a>1.1。
（3）綜合圖2和圖3，在a>1.1時，NOx濃度開始下降，此時UHC濃度變化也比較平緩。可見在給定進(jìn)氣速度的條件下存在一個優(yōu)的過量空氣系數(shù)1.1使得NOx和UHC濃度均降到較低。
隨著工業(yè)化程度的提高，燃?xì)廨啓C(jī)排放越來越多的污染物，對地球的危害越來越大。氣態(tài)的UHC（未燃碳?xì)浠衔铮┡cNOx 等破壞大氣環(huán)境，給人體和生物生長帶來嚴(yán)重危害。UHC主要是低工況下，燃燒不*產(chǎn)生的污染物。NOx 主要產(chǎn)生于燃燒主燃區(qū)高溫（或局部富氧）火焰區(qū)及下游。可以看出要想減少NOx 排放必須要降低主燃區(qū)火焰的溫度，但是此時就會減小燃燒室燃燒強(qiáng)度而導(dǎo)致UHC的排放增加。所以如何平衡燃燒強(qiáng)度與NOx排放之間的矛盾就成了目前的關(guān)注焦點。通過控制預(yù)混氣中燃料的濃度能夠有效的控制火焰溫度，有利于調(diào)節(jié)燃燒器的熱負(fù)荷，抑制NOx 的生成。前人對燃料-空氣預(yù)混來降低NOx進(jìn)行過很多的研究。分析出了燃料的化學(xué)性質(zhì)對CO與NOx排放的影響很小，但是燃料的物理性質(zhì)例如霧化質(zhì)量與蒸發(fā)速率對CO與NOx排放有影響。燃燒當(dāng)量比φ大于0.7～0.8而小于1.1時，NOx生成量減小，φ小于0.7～0.8時，NOx生產(chǎn)量增加。在1～30bar的壓力范圍下，壓力越大，NOx排放越多。本文研究了一系列過量空氣系數(shù)（0.6-1.3）下，NOx 與UHC的排放規(guī)律。
1 實驗設(shè)備及方法
實驗系統(tǒng)由燃?xì)庀到y(tǒng)、預(yù)混系統(tǒng)、測量系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)組成，流程圖見圖1。實驗儀器有測量丙烷和空氣的智能氣體流量計、測量火焰溫度的溫度變送器和測量煙氣成分的SV-5Q氣體分析儀。
燃燒室由圓柱形預(yù)混段、矩形燃燒室、尾氣收集段三部分組成。丙烷與空氣同時通入預(yù)混段，預(yù)混段中空氣經(jīng)旋流器噴出后與丙烷混合均勻進(jìn)入燃燒室。在預(yù)混段出口處置有一分度為S的熱電偶，量程為0～1800℃。信號由動態(tài)數(shù)據(jù)采集卡采集、存儲、輸出。尾氣管進(jìn)口置有尾氣分析儀的采樣探針，后接軟管進(jìn)入SV-5Q分析儀中分析污染物濃度。實驗過量空氣系數(shù)a選擇為0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2和1.3八個值。進(jìn)口丙烷與空氣均為常溫，壓力常壓。
2 過量空氣系數(shù)對NOx與UHC排放的影響因素分析
2.1 過量空氣系數(shù)對NOx排放的影響
過量空氣系數(shù)為0.6～1.3范圍中，NOx排放量的變化曲線如圖2所示。可以看出，a=0.6時，NOx濃度較高，原因是燃料濃度過大，生成快速型NOx[2]；在a=0.6～0.9范圍中，隨著燃料濃度的降低，快速型NOx產(chǎn)生量降低，由于空氣較少燃燒不充分，燃燒溫度較低，熱力型NOx[2]生成量也較少；a在0.9～1.1的范圍中NOx迅速增加，因為此時燃料與空氣接近化學(xué)當(dāng)量比，燃燒的火焰溫度高，導(dǎo)致熱力型NOx產(chǎn)生；當(dāng)a>1.1時，空氣的稀釋作用導(dǎo)致燃燒溫度下降，NOx濃度隨著a的增加迅速降低。
2.2 過量空氣系數(shù)對UHC排放的影響
圖3是過量空氣系數(shù)為0.6-1.3的范圍中UHC變化曲線。可以看出在此范圍中隨著過量空氣系數(shù)不斷增加，UHC排放量呈下降趨勢。因為a=0.6時，丙烷濃度過大燃燒不*，由UHC生成機(jī)理可知未燃碳?xì)浠衔锂a(chǎn)生于O2濃度過小時，所以此時UHC濃度很高。當(dāng)a>1.1時，濃度下降趨于平緩。因為隨著空氣進(jìn)氣量的增加，碳?xì)浠衔锶紵_始*。
3 結(jié)論
本文通過在一套預(yù)混燃燒裝置上進(jìn)行實驗，研究了過量空氣系數(shù)對NOx與UHC排放規(guī)律的影響。主要結(jié)論如下：
（1）在過量空氣系數(shù)為0.6-1.3的范圍內(nèi)，NOx先降低到谷值，之后迅速增大到峰值，在a>1.1之后NOx濃度下降。在本實驗的條件下存在優(yōu)值a=0.9。
（2）UHC在過量空氣系數(shù)為0.6-1.3的范圍內(nèi)，先劇烈下降，在a>1.1之后變化平緩。在本實驗下，對于未燃碳?xì)浠衔飪?yōu)的a的取值范圍為a>1.1。
（3）綜合圖2和圖3，在a>1.1時，NOx濃度開始下降，此時UHC濃度變化也比較平緩。可見在給定進(jìn)氣速度的條件下存在一個優(yōu)的過量空氣系數(shù)1.1使得NOx和UHC濃度均降到較低。
