Fluent工业锅炉氮氧化物生成规律的数值模拟研究(3)
限制氮氧化物污染物的技术可分为两大类：其中一种是一次措施，是经过各方面的技术，限制直接燃烧产生的氮氧化物；另一种是二次措施，是使产生的氮氧化物经过各种技术让其自烟气中去除，进而减少氮氧化物的排放。我国使用的一次措施是燃料分级燃烧技术、低NOx燃烧技术、空气分段燃烧技术等，而二次措施中包含了选择性非催化还原技术、选择性催化还原技术等。其中燃料分级燃烧技术也称做再燃技术，它归在一次措施中，相对来说常见的再燃燃料中包含了天然气、石油气等各种易燃气体，但天然气的运用往往各种各样限制，天然气价格不断增加而且供应得不到保证，想要大规模地在燃煤中应用天然气再燃技术降低氮氧化物污染物的排放，具有相当大的困难。由于生物质气化后的气体主要是还原性气体，如果运用生物质气化后的产物也可以取得很好的氮氧化物减排效果的话，也会是很好的一种技术方法，目前国内外有人已经开始研究使用生物质气化再燃降低氮氧化物的排放，但是经过文献调研可以看出研究才刚取得初步进展，许多方面可以深入研究探讨的。其中一方面是生物质能是可再生能源，是取之不尽、用之不竭的；而另一方面，使用生物质能也可以减少现有的氮氧化物污染物的排放。所以使用生物质气化后的产物对再燃技术进行研究有着十分重要的意义，使用可再生能源对使用化石能源所产生的污染物进行控制，既符合我国目前能源结构的现状，又能减轻燃煤带来的环境污染，此项技术存在广泛的应用前景。[6]
氮氧化物的研究现状
氮氧化物的生成机理
⑴热力型NOx（Thermal NOx）:
它是由供燃烧用的空气中的氮气在高温下氧化而生成的氮氧化物 ,约占总氮氧化物排放量的20%左右。热力型氮氧化物的生成速率强烈依赖于反应温度，呈指数关系。在燃烧温度低于1500℃时，我们很难观察到热力型氮氧化物的生成，而热力型氮氧化物的生成只有当温度高于1500℃时才明显起来。其中影响热力型氮氧化物生成的主要因素包括氧浓度、温度和其停留时间。由此而得到控制热力氮氧化物生成量的方法概括为：减少燃烧的温度，可以有效的避免局部高温;降低氧气浓度;燃烧在偏离理论空气量的条件下进行;缩短在高温区内的停留时间。
⑵燃料型NOx（Fuel NOx）:
燃料型氮氧化物是燃料中含有的氮化合物在燃烧的过程中分解从、进而氧化而生成氮氧化物。煤在燃烧时约75%的氮氧化物是燃料型氮氧化物。因此，燃料型氮氧化物是煤燃烧时所产生的氮氧化物的主要来源之一。燃料型氮氧化物的生成机理十分复杂。这是因为燃料型氮氧化物的产生和破坏过程不仅与煤的各种特性、煤的结构、燃料中的氮受热分解后在挥发分和焦炭中的比例、成分和分布有关，而且在反应的过程中还与燃烧条件比如氧气和温度等各种成分的浓度等相关。在一般的燃烧条件下，燃料中的氮的有机化合物首先热分解成氰化氢、氨和CN等中间产物，它们随挥发分一起从燃料中析出，称之为挥发分氮。挥发分氮在析出后残留在炭中的氮化合物称之为焦炭氮。煤燃烧时因为挥发分而生成的氮氧化物占燃料型氮氧化物的60%至80%，而焦炭所产生的氮氧化物占到20%至40%。
(3) 快速型NOx（Prompt NOx）:
由费尼莫尔在1971年通过试验发现碳氢化合物在燃烧是，燃料浓度过大会在反应区快速的产生氮氧化物。它是燃料燃烧时产生的烃（CHi）等撞击燃烧空气中的N2分子而生成CN、HCN然后HCN等再被氧化成NOx。快速温度NOx只有在比较富燃的情况下，即在碳氢化合物CH较多，氧浓度相对较低时才发生，其生成量很小，一般在总NOx排放量的5%以下。因它的生成速度快，就在火焰面上形成，欲降低快速温度型NOx只要保持足够的氧量供应便可以。研究表明，快速型NOx对温度的依赖性很弱。一般情况下对不含氮的碳氢燃料在较低温度燃烧时，才重点考虑快速型NOx。