沈平虹，范衛(wèi)東，吳曉峰，王?勇，陳?燦

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高溫條件下N2O分解轉(zhuǎn)換對(duì)NO生成的影響

沈平虹1，范衛(wèi)東1，吳曉峰1，王?勇2, 3，陳?燦2, 3

(1. 上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，上海 200240； 2. 清潔燃燒與煙氣凈化四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 611731； 3. 東方電氣集團(tuán)東方鍋爐股份有限公司，自貢 643001)

根據(jù)50kW下行燃燒爐中燃燒過(guò)程中的NO和N2O生成及還原規(guī)律，采用高溫固定床模擬了空氣分級(jí)燃燒過(guò)程的還原及燃盡階段的氣氛對(duì)N2O高溫分解及對(duì)NO生成影響的實(shí)驗(yàn)，測(cè)量了多種氣氛模擬工況下的N2O高溫分解等特性，得到了N2O高溫分解及對(duì)NO生成轉(zhuǎn)化的影響規(guī)律．實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在CO＋O2＋平衡氣的氣氛條件下，N2O分解生成大量NO，有別于傳統(tǒng)的N2O分解理論．利用基于MB89機(jī)理的化學(xué)動(dòng)力學(xué)模擬方法模擬了對(duì)應(yīng)氣氛下N2O分解規(guī)律及產(chǎn)物特性，分析N2O分解生成NO的基元反應(yīng)．根據(jù)模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生成的大量NO一是來(lái)源于CO燃燒產(chǎn)生大量的O自由基與N2O反應(yīng)的產(chǎn)物，二是N2O逆向生成的NCO進(jìn)一步分解成NO．

分級(jí)燃燒；N2O分解；固定床實(shí)驗(yàn)；化學(xué)動(dòng)力學(xué)模擬

空氣分級(jí)技術(shù)是現(xiàn)在煤粉鍋爐最為常見(jiàn)的低NO排放燃燒方法之一[1]．該技術(shù)先將燃燒需要的空氣量分為兩部分，其中一部分先與燃料一起進(jìn)入爐膛燃燒，剩余的空氣分一級(jí)或多級(jí)隨后送入爐膛中上部．主燃燒器之上和燃盡風(fēng)送入之前的區(qū)域被稱(chēng)作還原區(qū)，燃料在還原區(qū)燃燒時(shí)，NO的生成被明顯抑制，同時(shí)一部分NO還會(huì)被HCN、NH3、NCO等物質(zhì)還原成N2[2]，以達(dá)到減排的目的．隨后在燃盡區(qū)，過(guò)量的空氣投入爐內(nèi)以完成燃燒．

實(shí)踐證明，分級(jí)燃燒是一種行之有效的降低NO排放的方法，過(guò)去對(duì)此已開(kāi)展了大量的研究，例如，Ribeirete等[3]在工業(yè)鍋爐上，研究了分級(jí)燃燒中影響NO排放的因素，這些因素包括燃盡風(fēng)的投入位置、還原區(qū)的空氣過(guò)量系數(shù)(pz)、煤的種類(lèi)、一級(jí)燃盡風(fēng)風(fēng)口的布置．改變這些因素，鍋爐出口的NO濃度也會(huì)隨之改變．Spliethoff等[1]通過(guò)電熱反應(yīng)爐來(lái)比較主燃區(qū)空氣過(guò)量系數(shù)和停留時(shí)間對(duì)反應(yīng)爐最終出口處的NO濃度的影響．他們認(rèn)為燃燒產(chǎn)生的煙氣在主燃區(qū)停留時(shí)間越長(zhǎng)，NO、NH3等含氮物質(zhì)越容易分解成N2，從而使得尾部NO的排放量大大降低．Li等[4]在1MW四角切圓鍋爐上對(duì)自固硫煤進(jìn)行分級(jí)燃燒，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，提高燃盡風(fēng)噴入位置的高度，能有效降低鍋爐出口處的NO濃度．同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，雖然空氣分級(jí)燃燒能夠有效降低NO的排放，但是出口處飛灰含碳量的增加也應(yīng)得到相應(yīng)的重視．

上述的研究大都把關(guān)注點(diǎn)放在了爐膛出口處NO的濃度和影響因素的關(guān)系上，對(duì)NO等氮氧化物在爐膛內(nèi)燃燒過(guò)程中的變化規(guī)律少有涉及．為此筆者所在課題組對(duì)氮氧化物在爐內(nèi)的分布特性開(kāi)展了深入研究[5]，并發(fā)現(xiàn)了與NO生成相關(guān)的新現(xiàn)象，如在50kW下行燃燒爐中開(kāi)展的高級(jí)空氣分級(jí)燃燒過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了NO和N2O沿程濃度變化關(guān)系．為此，本文深入研究這一變化關(guān)系對(duì)空氣分級(jí)燃燒中NO的生成的影響．文中主要采用高溫固定床模擬空氣分級(jí)燃燒過(guò)程中還原區(qū)及燃盡風(fēng)送入位置附近的氣氛溫度等條件對(duì)N2O分解及與NO轉(zhuǎn)化的關(guān)系特性．在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了相應(yīng)條件的化學(xué)動(dòng)力學(xué)模擬和機(jī)理分析，對(duì)已有的N2O均相生成和分解機(jī)理提出N2O通過(guò)NCO的逆向生成NO的機(jī)理．該機(jī)理較好地解釋了還原區(qū)噴入燃盡風(fēng)時(shí)NO濃度上升的現(xiàn)象，并得到了固定床實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證．

1?50kW下行燃燒爐實(shí)驗(yàn)結(jié)果

筆者與東方鍋爐研究人員合作，在其實(shí)驗(yàn)室的50kW下行燃燒爐實(shí)驗(yàn)臺(tái)上開(kāi)展了壽陽(yáng)貧煤分級(jí)燃燒實(shí)驗(yàn)，煤質(zhì)分析見(jiàn)表1．試驗(yàn)臺(tái)全貌如圖1所示，主爐體豎直布置，其一側(cè)由上到下布置23個(gè)采樣口，在50kW示范燃燒裝置運(yùn)行時(shí)，由爐體一側(cè)由上到下布置的23個(gè)采樣口抽出煙氣，進(jìn)行采樣．被抽出的煙氣首先經(jīng)過(guò)快速冷卻到100～200℃，保證煙氣各成分停止反應(yīng)變化而又不產(chǎn)生冷凝，通過(guò)保溫軟管再流經(jīng)過(guò)濾器除去飛灰顆粒，最后送入煙氣分析儀前處理器進(jìn)一步除塵和除水而后進(jìn)行煙氣組分濃度分析．煙氣分析儀ABBAO2000誤差為量程的1%，即體積分?jǐn)?shù)為2×10-6．

圖1?50kW下行燃燒試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)實(shí)爐圖

表1?壽陽(yáng)貧煤工業(yè)分析和元素分析結(jié)果

Tab.1?Proximate and ultimate analysis results for Shouyang coal used in the experiments

圖2給出了兩個(gè)不同燃盡風(fēng)送入位置下的NO和N2O體積分?jǐn)?shù)的分布規(guī)律．如圖2所示，定義為燃燒器噴口標(biāo)高至爐膛出口標(biāo)高之間的距離，定義s為燃盡風(fēng)噴口至燃燒器噴口之間的距離，采用s表示燃盡風(fēng)的位置比，其具體定義為燃盡風(fēng)噴口與燃燒器噴口之間的距離和爐膛長(zhǎng)度的比值，s＝s/.工況a和b的燃盡風(fēng)位置s比分別為0.44和0.27．在還原區(qū)，壽陽(yáng)貧煤燃燒產(chǎn)生的NO被還原，最低濃度(體積分?jǐn)?shù))低于100×10-6；對(duì)應(yīng)的爐內(nèi)位置，測(cè)量發(fā)現(xiàn)燃料在還原區(qū)燃燒生成的N2O卻達(dá)到了300×10-6．但在燃盡風(fēng)噴入爐膛后，NO體積分?jǐn)?shù)出現(xiàn)了顯著的回升，從100×10-6躍升到200×10-6以上，隨后爐膛內(nèi)NO的體積分?jǐn)?shù)保持相對(duì)穩(wěn)定，在200×10-6上下波動(dòng)，直至出爐膛口處的．最終排放濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于還原區(qū)的濃度；相反，N2O濃度隨著燃盡風(fēng)的噴入迅速降為0，隨后一直維持在接近0的水平.

圖2 30%燃盡風(fēng)條件下，不同燃盡風(fēng)位置處的沿程N(yùn)O和N2O體積分?jǐn)?shù)分布

Kristensen等[6]曾在小型石英氣流反應(yīng)器上研究O2體積分?jǐn)?shù)等參數(shù)在燃盡區(qū)對(duì)NO體積分?jǐn)?shù)的影響，發(fā)現(xiàn)在溫度低于1300K時(shí)，NO的還原過(guò)程伴隨著N2O的大量生成，但并未指出N2O向NO轉(zhuǎn)換的具體機(jī)理．而國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)于N2O的研究多集中于低溫流化床出口處濃度[7-10]．當(dāng)溫度高于1300K時(shí)，由于流化床出口處檢測(cè)不到N2O，因此，缺乏高溫條件下N2O轉(zhuǎn)化的研究．

2?固定床實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

為了更準(zhǔn)確地控制溫度、氣氛等條件，本文借助高溫固定床系統(tǒng)模擬研究了空氣分級(jí)燃燒過(guò)程中的N2O分解及其對(duì)NO的轉(zhuǎn)換關(guān)系．高溫固定床實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖3所示．關(guān)于實(shí)驗(yàn)臺(tái)架的更詳細(xì)描述，可參閱課題組先前發(fā)表的文章[11]．

實(shí)驗(yàn)工況模擬高溫狀態(tài)下鍋爐還原區(qū)的氣氛條件，其中CO體積分?jǐn)?shù)為1.5%和3%，N2O初始體積分?jǐn)?shù)為400×10-6．模擬燃盡風(fēng)噴入點(diǎn)附近處的O2體積分?jǐn)?shù)分別為1.5%和10%，為防止熱力型NO生成的影響，選擇Ar作為平衡氣．反應(yīng)器出口處連接GASMET傅里葉變換紅外光譜儀來(lái)分析煙氣成分(包括NO、N2O、NO2、CO、CO2等)濃度．模擬反應(yīng)的氣體在固定床內(nèi)停留時(shí)間大約為2.0～2.5s．在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)固定床通入的氣流穩(wěn)定后，出口處GASMET自動(dòng)連續(xù)采集1min內(nèi)反應(yīng)后的氣體成分，進(jìn)行組分的濃度測(cè)量．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重復(fù)3次求平均值．考慮到反應(yīng)氣體在固定床內(nèi)停留時(shí)間為2.0～2.5s，1min的時(shí)間跨度可以有效避免氣流擾動(dòng)、偶然性等因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響．實(shí)驗(yàn)采用的GASMET以及配套的采樣庫(kù)對(duì)于NOout、N2Oin的濃度誤差是1×10-6(體積分?jǐn)?shù))，由于固定床入口的N2O體積分?jǐn)?shù)絕對(duì)值為400×10-6，對(duì)于本文最終采用的NOout/N2Oin和N2Oout/N2Oin等數(shù)據(jù)，絕對(duì)誤差小于0.25%．固定床溫度設(shè)定區(qū)間為1073～1773K，通過(guò)S型熱電偶檢測(cè)了爐內(nèi)實(shí)際的溫度沿程分布特性，如圖4所示，在距爐管入口140mm處達(dá)到設(shè)定溫度，隨后穩(wěn)定在設(shè)定溫度，該設(shè)定溫度的區(qū)域占爐管全長(zhǎng)的50%以上．

圖3?固定床實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

圖4?固定床管式爐內(nèi)沿程溫度分布

筆者通過(guò)固定床裝置，首先研究了Ar氣氛中N2O隨溫度變化的分解規(guī)律；隨后又在Ar中分別添加了10%的O2和1.5%的CO，以觀(guān)察單一氣體組分對(duì)N2O分解的影響；最后模擬鍋爐燃燒過(guò)程中送入燃盡風(fēng)后在還原區(qū)和燃盡區(qū)的過(guò)渡區(qū)域內(nèi)1.5%CO和10%O2混合燃燒工況條件下N2O的分解規(guī)律，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示．圖5(a)中，縱坐標(biāo)N2Oout/N2Oin表示固定床出口處N2O體積分?jǐn)?shù)與固定床入口處N2O體積分?jǐn)?shù)之比；圖5(b)中縱坐標(biāo)NOout/N2Oin表示固定床出口處NO體積分?jǐn)?shù)與入口處N2O體積分?jǐn)?shù)之比．橫坐標(biāo)表示設(shè)定的爐內(nèi)溫度．圖5顯示了在純Ar的氣氛下，N2O隨著溫度的升高逐步分解．當(dāng)溫度達(dá)到1473K時(shí)，N2O全部分解完畢，在固定床出口處檢測(cè)到了少量NO，體積分?jǐn)?shù)約為34×10-6，大約有小于10%的N2O轉(zhuǎn)換成了NO．Vandooren?等[12]曾通過(guò)溫度2000K的固定床，在強(qiáng)還原性氣氛(25.8%H2和8.2% CO，Ar為平衡氣)條件下對(duì)N2O進(jìn)行分解，認(rèn)為出口處大約有小于10%的N2O轉(zhuǎn)換成NO，這與筆者實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致．由于在出口處未檢測(cè)到其他含氮物質(zhì)，因此，可以判斷N2O分解產(chǎn)物以N2為主．

圖5 NOout/N2Oin和N2Oout/N2Oin隨溫度變化(入口處N2O體積分?jǐn)?shù)400×10－6，平衡氣Ar)

在反應(yīng)氣氛為1.5%CO工況，圖中顯示CO可以明顯促使N2O在更低溫度下分解，并減少NO的形成；相反地，在Ar＋N2O＋O2的氣氛中，10%的O2對(duì)N2O分解的溫度沒(méi)有影響，但出口處的NO濃度有明顯提高．N2O在一定條件下可以通過(guò)如下反應(yīng)產(chǎn)生一定量的NO[13]：

?(1)

但此工況下的反應(yīng)產(chǎn)物仍以N2為主．

在模擬燃盡風(fēng)噴入的氣氛條件即CO＋O2＋Ar的工況下，圖中可發(fā)現(xiàn)一方面N2O的分解溫度明顯下降，在1373K時(shí)就完全分解完畢；另一方面，在固定床的出口處檢測(cè)到大量的NO，體積分?jǐn)?shù)高達(dá)128×10-6．這與50kW下行爐燃煤在通入燃盡風(fēng)之后NO體積分?jǐn)?shù)升高的現(xiàn)象一致，對(duì)應(yīng)的N2O幾乎全部分解．由于固定床實(shí)驗(yàn)中采用的Ar為平衡氣，排除了熱力型NO的影響．N2O作為整個(gè)實(shí)驗(yàn)中唯一的含氮源，可以判斷固定床實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生的高濃度NO來(lái)源于入口處的N2O分解．這與傳統(tǒng)的N2O在1200K以上的高溫流化床均相分解理論有所沖突[9,14-18]．一般認(rèn)為，熱力型分解[13]為

?(2)

它是N2O高溫分解的主要路徑，由于N≡N非常穩(wěn)定[19]，N2O高溫分解以N2為主，高溫下生成NO量非常少．

固定床出口處的大量NO一種可能的推測(cè)是由于CO和O2燃燒釋放大量的熱導(dǎo)致的，如在管式爐內(nèi)形成局部超過(guò)熱力型NO生成的溫度(1773K)條件，從而加快了反應(yīng)(1)的進(jìn)行．于是，筆者重復(fù)開(kāi)展了以N2為平衡氣的上述實(shí)驗(yàn)，如果反應(yīng)過(guò)程中局部確實(shí)有超過(guò)1773K的高溫，那么在以N2為平衡氣的情況下，就會(huì)產(chǎn)生大量的熱力型NO，導(dǎo)致N2氛圍下的NO濃度要比Ar氛圍的NO濃度高．但實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，無(wú)論在N2還是在Ar的氛圍中，只要在1.5%CO＋10%O2的工況下，兩次生成的NO濃度幾乎一致．于是說(shuō)明NO的生成不可能是由于CO＋O2反應(yīng)放出大量熱造成的．

隨后，又繼續(xù)以Ar為平衡氣，在1.5%CO＋3% O2＋Ar、3%CO＋1.5%O2＋Ar、3%CO＋10%O2＋Ar、1.7%CO＋10%O2＋Ar這4種工況下重復(fù)了實(shí)驗(yàn)，以探究不同的CO和O2的比例關(guān)系對(duì)固定床出口處NO濃度的影響．如圖6所示，在上述4種工況下，N2O在1373K溫度時(shí)均快速分解．但在10%O2情況下，出口處的NO體積分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于1.5%O2體積分?jǐn)?shù)下的NO體積分?jǐn)?shù)，且在1223～1473K的溫度區(qū)間內(nèi)NO體積分?jǐn)?shù)都始終維持在一個(gè)較高的水平；當(dāng)溫度超過(guò)1473K時(shí)，NO體積分?jǐn)?shù)迅速下降，超過(guò)90%的N2O轉(zhuǎn)化成N2．此外，10%O2工況下，CO濃度越高，生成的NO峰值越高．當(dāng)1.5% O2條件下，NO體積分?jǐn)?shù)隨溫度變化的趨勢(shì)與10%O2情況時(shí)保持一致，但其生成的NO的絕對(duì)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于10% O2工況下的值．

圖6 不同CO和O2比例下，NOout/N2Oin和N2Oout/N2Oin隨溫度變化曲線(xiàn)(入口處N2O體積分?jǐn)?shù)400×10－6，平衡氣Ar)

3?化學(xué)動(dòng)力學(xué)模擬及反應(yīng)路徑分析

在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用化學(xué)動(dòng)力學(xué)軟件Chemkin Pro對(duì)不同工況下N2O高溫分解進(jìn)行模擬，并把模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較和分析．計(jì)算中采用Plug模型，反應(yīng)式及其化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)選用Miller等[17]在1989年提出的機(jī)理中的參數(shù)．MB89模型在公布之初便被用來(lái)預(yù)測(cè)氮氧化物的生成與轉(zhuǎn)化，而隨后的模型多建立在MB89模型的基礎(chǔ)??上[17,20].但由于傳統(tǒng)理論均認(rèn)為N2O高溫分解以N2為主，因此，關(guān)于CO燃燒氛圍下的N2O分解鮮有模擬和實(shí)驗(yàn)比對(duì)．

圖7顯示了不同工況條件下MB89模型的模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．在MB89模型里，N2O的完全分解所需溫度要低于實(shí)驗(yàn)結(jié)果．模擬結(jié)果顯示，無(wú)論在10%O2工況下還是在1.5%CO＋10%O2氣氛下，N2O在1223K的固定床溫度下均完全分解．更有趣的是，雖然模擬計(jì)算出來(lái)的NO體積分?jǐn)?shù)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有一定的差距，但在相同溫度下，無(wú)論是實(shí)驗(yàn)還是模擬，1.5%CO＋10%O2工況所產(chǎn)生的NO相較于只有O2的工況，其出口處的NO濃度均有一個(gè)明顯躍升．MB89模型結(jié)果顯示的躍升高達(dá)200×10-6，而實(shí)驗(yàn)結(jié)果只有100×10-6．正常情況下，即使在強(qiáng)氧化性氛圍中也只有極少部分的N2O轉(zhuǎn)化成NO，實(shí)驗(yàn)與模擬均證明了這一點(diǎn)；而在CO＋O2的氛圍中，大量的N2O轉(zhuǎn)化成了NO，在MB模型里，甚至出口處的NO占進(jìn)口處N2O的80%．

圖7 不同CO和O2氣氛條件下MB89模型模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

為了進(jìn)一步揭示NO濃度變化的機(jī)理，以1.5%CO＋10%O2工況為例，在1473K溫度下分析整個(gè)NO的來(lái)源．如圖8所示，由Chemkin給出的反應(yīng)路徑來(lái)看，在1473K溫度下，N2O主要分解成了N2、NO和NCO．其中，N2O通過(guò)反應(yīng)(2)和反應(yīng)(3)分解成N2．

?(3)

且反應(yīng)(2)和反應(yīng)(3)的貢獻(xiàn)度幾乎相同．

此外，N2O和氣體中的O自由基反應(yīng)還會(huì)生成NO，反應(yīng)(1)也是出口處NO產(chǎn)生的主要原因；而剩余大約有15%的N2O分解生成了NCO，NCO進(jìn)一步分解成N2或者NO，作為NO濃度上升的另一個(gè)來(lái)源．

圖8 1473K溫度下，MB89模型里N2O在CO燃燒氣氛下分解反應(yīng)路徑

為了找出NO生成的關(guān)鍵反應(yīng)，在10%O2＋1.5%CO工況條件下，利用Chemkin對(duì)影響NO生成的基元反應(yīng)的敏感性分析．根據(jù)敏感性分析的結(jié)果，選取了在固定床出口處對(duì)NO濃度變化敏感性最大的5個(gè)基元反應(yīng)．如圖9所示，發(fā)現(xiàn)除了上述反應(yīng)對(duì)NO的生成有著明顯的影響外，CO燃燒的快慢對(duì)出口處NO的濃度有著舉足輕重的作用．可能是由于CO燃燒過(guò)程中，通過(guò)反應(yīng)(4)，O2會(huì)電離出大量的O自由基，且該數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于O2正常情況下電離產(chǎn)生的數(shù)量值，而O自由基濃度的升高則使得反應(yīng)(1)和反應(yīng)(3)更容易進(jìn)行，導(dǎo)致了在CO燃燒的條件下，產(chǎn)生大量的NO，濃度遠(yuǎn)高于強(qiáng)氧化性氛圍工況下的值.

?(4)

模型顯示，隨著溫度的升高，CO燃燒對(duì)NO體積分?jǐn)?shù)的影響逐漸減弱．而實(shí)驗(yàn)中，溫度升高，NO體積分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)一個(gè)前高后低的趨勢(shì)，也側(cè)面證實(shí)了CO燃燒對(duì)NO生成的影響作用．

至于NCO，傳統(tǒng)理論[13, 20-24]認(rèn)為，HCN和NH3被氧化成NCO，而NCO一方面可以分解成NO和N2，另一方面，通過(guò)以下反應(yīng)生成N2O．

圖9 MB89機(jī)理主要基元反應(yīng)對(duì)于固定床出口處NO濃度的敏感性系數(shù)

?(5)

?(6)

反應(yīng)(5)和反應(yīng)(6)被認(rèn)為是燃燒過(guò)程中生成N2O的主要路徑，而NCO則被認(rèn)為是N2O生成的重要中間產(chǎn)物．但在實(shí)驗(yàn)和模擬中發(fā)現(xiàn)，在高濃度?CO＋O2氣氛下，部分N2O會(huì)逆向生成NCO和NO，而NCO再進(jìn)一步分解成NO．N2O逆向生成NCO的反應(yīng)的觸發(fā)條件還需要進(jìn)一步研究．溫度越高，NCO越不易生成，因此，隨著溫度的升高，逆向生成NCO，從而進(jìn)一步生成NO的反應(yīng)越來(lái)越弱，這也符合隨著溫度升高NO濃度逐步降低的趨勢(shì)．而由于管式爐長(zhǎng)度的因素，NCO對(duì)于反應(yīng)中NO出口濃度的影響主要集中在管式爐的前半段，在出口處幾乎已經(jīng)沒(méi)有NCO，因此，后半段NCO分解反應(yīng)對(duì)出口處NO濃度的敏感性系數(shù)幾乎為零．

4?結(jié)?論

(1) CO能夠促使N2O在更低溫度發(fā)生分解，高溫下分解產(chǎn)物幾乎全為N2和O2，沒(méi)有NO產(chǎn)生；O2在一定程度上能抑制N2O分解，1573K以上時(shí)產(chǎn)物中會(huì)產(chǎn)生10%左右的NO．

(2) 在模擬CO＋O2燃燒的氣氛中，N2O分解速率大大加快，在1373K時(shí)就完全分解完畢．CO燃燒產(chǎn)生的O自由基會(huì)與N2O反應(yīng)，使得N2O分解生成大量的NO；此外，在燃燒條件下，N2O會(huì)逆向生成NCO，進(jìn)一步分解成NO，但逆向生成NCO的條件還需進(jìn)一步研究．

(3) 分級(jí)燃燒中燃盡風(fēng)后的NO濃度升高有可能部分來(lái)源于N2O在CO燃燒過(guò)程中的分解產(chǎn)物．

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Influence of N2O Decomposition Conversion on NO Generation at High Temperature

Shen Pinghong1，F(xiàn)an Weidong1，Wu Xiaofeng1，Wang Yong2, 3，Chen Can2, 3

(1. School of Mechanical and Power Engineering，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240，China； 2. Clean Combustion and Flue Gas Purification Key Laboratory of Sichuan Province，Chengdu 611731，China； 3. Dongfang Boiler Group Co.，Ltd，Dongfang Electric Corporation，Zigong 643001，China)

To consider the formation and reduction of NO and N2O in the combustion process of a 50 kW downlink combustion furnace，we simulated the air combustion and decomposition of N2O under a variety of simulated atmospheric conditions. Then，we compared the formation of NO with traditional researches. Finally，we performed a fixed-bed experiment by simulation using the MB89 mechanism in Chemkin software，and analyzed the elementary reaction of N2O decomposition in generating NO. According to the simulation，a large amount of NO is generated due to the O radicals from the CO combustion reacting with N2O. Another NO production approach is N2O reverse production, in which NCO is further decomposed into NO.

staged-combustion；N2O decompostion；fixed-bed experiment；Chemkin simulation

TK16

A

1006-8740(2019)01-0088-07

10.11715/rskxjs.R201804039

2018-04-27．

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51876125).

沈平虹（1992—??），男，碩士研究生，805247821@sjtu.edu.com.

范衛(wèi)東，男，博士，教授，wdfan@sjtu.edu.cn.