含氮生物质气化气燃烧的NOx排放特性研究

摘要

生物质气化燃气的直接燃烧在基于生物质的中小规模供热以及和生物质气化耦合燃煤混燃发电等领域较为常见。生物质气化气中的含氮成分在燃烧时会造成的NOx排放污染问题值得深入研究。本文通过搭建含氮生物质气化气燃烧试验平台，对含氮可燃气在不同燃烧条件下NOx的排放特性进行了研究，为控制生物质气化燃气燃烧过程中NOx的排放提供理论指导。 本文对生物质气化气中各种可燃成分对NOx排放特性的影响进行了单独研究。结果表明，在不含NH3条件下，可燃成分热值越高NOx排放量越大；燃气中含NH3时，CO和CH4能够促进NH3氧化为NO，H2的燃烧产生的水蒸气会抑制NO的生成，CH4中含有的H使得燃烧过程中NOx的排放量低于相同可燃成分浓度下的CO燃烧产生的NOx；通过各种可燃成分燃烧时NOx排放规律可以对含氮生物质气化气的NOx排放趋势进行预测。 本文对含氮生物质气化气在燃烧室内有组织燃烧条件下的NOx排放特性进行了研究，探讨了预混燃烧和强制对流扩散燃烧条件下NOx排放的变化规律。研究发现，预混燃烧NOx排放量显著高于强制对流扩散燃烧NOx排放量。过量空气系数升高增加扩散燃烧NOx排放量而对预混燃烧影响较小；燃烧温度升高会增加预混燃烧NOx排放量，而强制对流扩散燃烧时NOx排放量在800-900℃会随温度升高而升高，在900-1100℃温度区间规律则相反；通过分级燃烧对燃烧温度800℃，NH3浓度460mg/m3，总过量空气系数1.15条件下的含氮生物质气化气进行低氮燃烧优化，使得NOx排放量降低到81mg/m3。是相同条件下预混燃烧NOx排放量的17%，扩散燃烧NOx排放量的30%。 本文还对含氮生物质气化气在自然对流燃烧条件下的NOx排放特性进行了研究。试验研究了NH3浓度、燃气预热温度以及燃气流速和燃气出口截面变化对NOx排放的影响。试验结果表明，燃烧产生的NOx主要为燃料型NOx，污染物种类以NO为主，少量的NO2通过NO与烟气中过量的氧反应生成。燃气预热到400℃以上时，由于NH3在还原性气氛下发生反应，可以降低自然对流燃烧的NOx排放；稳定燃烧条件下，由于流速增加会增加燃气与空气的接触面积，燃气流速增加会使得NOx排放量增加，燃气出口截面的变化对NOx排放影响较小。

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