氧氣濃度調節對NOx生成影響的試驗研究

韓子玉，田 亮，段潤澤

（1．冀中能源集團有限責任公司，河北 邢臺054000；2.河北工業大學 能源與環境工程學院，天津300132）

隨著我國能源結構的調整，天然氣在能源結構中 的比重越來越大。其主要成分甲烷在燃燒過程中生成的NOx是主要大氣污染污染源之一[1-2]。降低NOx排放的途徑有兩種：一是煙氣后處理[3]；二是改進燃燒組織形式[4]。前者技術成熟，但存在設備龐大、能耗大、二次污染等問題；后者在一定程度上能夠有效降低NOx生成，但對于超低排放仍存在很大的技術難度。本文針對燃燒組織方式開展研究，探討氧氣濃度調節對NOx生成的影響。

一般工業和民用燃氣爐中的NOx生成以熱力型為主，因此在這些設備中主要通過控制主燃區溫度和燃料駐留時間降低NOx生成[5-8]。

基于擴散燃燒過程中溫度型NOx的生成機理，針對不同的燃燒設備，各國學者相繼研究了空氣分級燃燒（Air Staged Combustion，ASC）[9]、煙氣再循環（Exhaust Gas Recirculation，EGR）[10]以及溫和燃燒（Moderate and Intensive Low-Oxygen Diluted，MILD）[11]等低NOx燃燒技術，通過降低火焰溫度或主燃區內的氧濃度、縮短氧氣在高溫區的逗留時間、或將NOx還原等措施，來達到降低溫度型NOx的目的。但是，上述技術在實施過程中，均存在因局部C/O 濃度比控制不當所誘發的CO 或SOOT 排放量提高的問題。

對于預混燃燒而言，燃氣輪機多采用貧燃預混燃燒技術（Lean Premixed Combustion，LPC）[12-13]來控制預混燃燒過程中NOx的生成，即通過降低整體當量比來控制火焰溫度，抑制溫度型NOx的生成。但是，LPC 的工作條件處于貧燃熄火極限附近，且旋流燃燒過程中不穩定的漩渦進動過程極有可能造成局部C/O 濃度比失調，從而誘發局部熄火，導致火焰熱釋放發生劇烈脈動，并最終誘導產生火焰熱聲振蕩現象[14]。……