預(yù)混燃燒燃燒過程氣體排放

預(yù)混燃燒過程中要處理的一次污染物包括氮氧化物、一氧化碳、未燃盡和部分燃燒的碳氫化合物以及碳煙。硫氧化物的排放量與燃料中的含硫量有著定量關(guān)系。由于幾乎所有的預(yù)混燃燒應(yīng)用的燃料都是含硫較低的，所以SO₂和SO₃的排放在這樣的系統(tǒng)中經(jīng)常不予考慮。天然氣只含有痕量的H₂S和其他化合物的硫。而汽油中也只含質(zhì)量分數(shù)不到80×10^-6的硫。而對于燃煤或低質(zhì)油的非預(yù)混燃燒系統(tǒng)，SO₂和SO₃是主要的污染物。

預(yù)混可燃氣體的燃燒是典型的預(yù)混燃燒。預(yù)混可燃氣體由著火開始進一步發(fā)展，使化學反應(yīng)加劇，并出現(xiàn)火焰，該火焰首先發(fā)生在局部，然后向其余未燃氣體中傳播，直到燃燒結(jié)束，其傳播速度稱為火焰?zhèn)鞑ニ俣龋卜Q為預(yù)混可燃氣體的燃燒速度。因此，預(yù)混可燃氣體的燃燒火焰處于運動傳播之中，只有滿足一定條件時，火焰才處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)(動態(tài)平衡)。當流動達到湍流時，燃燒火焰表現(xiàn)的特點與層流火焰不同，其火焰鋒不再平滑有序，屬于湍流預(yù)混火焰。

燃燒方式有：

(1)余氣系數(shù)>1，均相預(yù)混貧燃料燃燒。

(2)余氣系數(shù)<1，均相預(yù)混富燃料燃燒。

燃燒特點是預(yù)混燃燒的火焰以湍流方式傳播，燃燒速度取決于化學反應(yīng)的速度，火焰面的溫度取決于燃料空氣摻混比。

優(yōu)點：通過控制摻混比，可以使得燃燒溫度低于理論燃燒溫度，也低于或略高于熱力氮氧化物生成的起始溫度，可以降低氮氧化物的生成量。

缺點：可燃氣體稀薄，燃燒溫度低，低負荷時容易熄火，可能造成一氧化碳排放量增大。

(1)合理選擇摻混比，使火焰面的溫度達到1700～1800℃，即可以兼顧低氮燃燒的要求，也兼顧穩(wěn)定燃燒的要求。

(2)采用燃料空氣供應(yīng)量恒定的擴散燃燒噴嘴作為穩(wěn)定的點火源，保持一小股擴散火焰，在低負荷時采用擴散燃燒。

(3)采用可調(diào)節(jié)的空氣旁路，負荷變化時，通過改變空氣量實現(xiàn)摻混比的優(yōu)化。

(4)分級方式來組織燃料燃燒，當負荷變化時，改變參與燃燒的級數(shù)來實現(xiàn)摻混比的優(yōu)化。分級燃燒分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種方式。

1、燃燒器可分為：預(yù)混燒嘴，內(nèi)混燒嘴和部分預(yù)混燒嘴

2、預(yù)混系統(tǒng)的作用：在燒嘴和點火點之前完成一次空氣和氣體燃料的混合。

也就是說，空氣和燃氣在進入燒嘴之前已經(jīng)混合成為可燃氣體。

3、預(yù)混合氣的流量應(yīng)考慮以下因素：

a.可燃性氣體與空氣混合物的著火極限

b.火焰?zhèn)鞑ニ俣?

c.混合壓力

d.調(diào)節(jié)比

4、保證完全預(yù)混式燃燒的條件：

燃氣和空氣在著火前預(yù)先按照化學當量比混合均勻設(shè)置專門的火道，使燃燒區(qū)內(nèi)保持穩(wěn)定的高溫在以上條件下，燃氣-空氣混合物到達燃燒區(qū)后能在瞬間燃燒完畢。火焰很短，甚至看不到，所以又稱為無焰燃燒。

5、預(yù)混系統(tǒng)的優(yōu)點：

形成短火焰，火焰溫度高，延展性好，使用集中的預(yù)混合系統(tǒng)可簡化燃燒系統(tǒng)的管路。

6、預(yù)混系統(tǒng)的缺點：

存在回火的可能性，調(diào)節(jié)比有限，空氣/燃料比受限，難于應(yīng)用在燃油燒嘴上。2100433B

由于燃料和空氣未預(yù)混，故允許將兩者預(yù)熱至較高的溫度 (不受著火溫度限制)，以便充分利用廢氣余熱，并可 使低發(fā)熱量燃料也能達到較高的燃燒溫度。

非預(yù)混燃燒具有穩(wěn)定燃燒范圍(指燃料空氣比的變化范圍) 寬和不會產(chǎn)生回火等優(yōu)點，因此在燃燒設(shè)備中常采用非預(yù)混燃燒。

非預(yù)混燃燒具有以下兩個特點：(1)由于是邊混合邊燃燒，故燃燒火焰長度較長；(2)在空氣供應(yīng)不足或與燃 料混合欠佳時，一些尚未進入火焰前鋒的燃料因受熱會分解產(chǎn)生碳粒和難于燃燒的重質(zhì)碳氫化合物，這將造成不完全燃燒。此外，常把氣體燃料的非預(yù)混燃燒稱作“有焰燃燒”。

而預(yù)混燃燒在充滿預(yù)混合氣的燃燒設(shè)備內(nèi)，通常是在某一局部區(qū)域首先著火，接著形成一層相當薄的高溫燃燒區(qū)，靠它幫助使鄰近的預(yù)混合氣引燃，逐漸把燃燒擴展到整個混合氣范圍。這層高溫燃燒區(qū)如同一個分界面，把燃燒完的已燃氣體（燃燒產(chǎn)物）和尚未進行燃燒的未燃混合氣分隔開來。在它的前方是未燃的混合氣，而在它的后方是已燃的燃燒產(chǎn)物。隨時間推移，火焰面在預(yù)混合氣中不斷向前擴展，呈現(xiàn)出火焰?zhèn)鞑サ默F(xiàn)象

在著火以后隨著溫度增加，燃燒速率猛烈增加，并大大超過了可燃混合氣的形成速率。此后，由于滯燃期內(nèi)形成的可燃混合氣耗盡，燃燒速率迅速下降，形成一個銳峰，不易辨認其與后繼燃燒階段的分界。

技術(shù)名稱：全預(yù)混燃氣燃燒技術(shù)

適用范圍：通用于工業(yè)燃燒加熱工序

與該節(jié)能技術(shù)相關(guān)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能耗現(xiàn)狀：素燒窯流量改造前天然氣平均流量為2516 m3/h。

非預(yù)混燃燒現(xiàn)象廣泛存在于液體火箭發(fā)動機等液體推進劑噴霧燃燒、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈等固體藥柱燃面退移燃燒領(lǐng)域。有限速率化學反應(yīng)動力學模型的各種數(shù)值算法。

火焰面方法是求解非預(yù)混燃燒最有效的手段之一。

火焰面方法僅需求解流動控制方程和一個混合分數(shù)傳輸方程， 然后根據(jù)各網(wǎng)格點的混合分數(shù)分布及火焰面方程預(yù)先生成的火焰面庫， 插值得出流場的組分及溫度分布。該方法略去了燃燒流場控制方程中含剛性化學源項的組分及能量方程， 減少了控制方程數(shù)量， 并有效避免了流場與化學反應(yīng)的耦合， 現(xiàn)已成為最有效的非預(yù)混燃燒數(shù)值計算方法。