水冷燃烧器达成低NOx排放的应用研究.doc

水冷燃烧器达成低NOx排放的应用研究 郑柏清，马学峰，彭庆源 （广州迪森家用锅炉制造有限公司） 摘要：NOx是一种有害气体，排放时有严格的要求，水冷燃烧器能有效抑 制NOx的生成，且有制作工艺简单，成本低廉，寿命长等优点，本 文通过对水冷燃烧器抑制NOx生成机理进行试验与研究，阐明水冷 燃烧器能达成低NOx排放的因果关系。 关键词：NOx；水冷燃烧；热力型 作者简介：，工程师，主要从事燃气壁挂炉的研发燃气燃烧过程中生成的氮氧化物主要是NO及NO2，统称为NOx。NO能使人中枢神经麻痹并导致窒息死亡，NO2会造成哮喘和肺水肿，破坏人的心、肺、肾及造血组织的功能丧失，其毒性比NO更强。无论NO、NO2或N2O，在空气中的最高允许浓度为5mg/m3。 浓度（ppm) 影响 1.0 闻到臭味 5.0 闻到很强烈的臭味 10~15 眼、鼻、呼吸道受到强烈刺激 50 1分钟内人体呼吸异常，鼻受到刺激 80 3~5分钟引起胸痛 100~150 人在30~60分钟就会因肺水肿死亡 200以上 人瞬间死亡 本文就水冷燃烧器的燃烧方式进行试验与研究，阐明水冷燃烧器能达成NOx排放的因果关系。 2结构介绍 水冷燃烧采用直立式结构，且相同功率的情况下喷嘴数量、燃烧器数量是普通燃烧的两倍，例如18kW水冷燃烧壁挂炉有18个喷嘴、18个燃烧器，而普通燃烧壁挂炉只有9个喷嘴、9个燃烧器，因此喷嘴小，且燃烧面积大。 供暖回水在燃烧器头部形成冷却回路（见上图），供暖回水循环预热后再进入主换热器。 3机理分析 水冷燃烧的结构与普通燃烧的不同，这也就是水冷燃烧器能达成低NOx排放的原因所在，下面就它们之间的因果关系进行机理分析（注：水冷燃烧器的结构是因；达成低NOx排放是果）： 我们知道，燃烧产生的NOx中NO占90%，NO2为5%~10%，其中热力型生成的NOx占大部分，热力型：就是空气中的N2 与O2在高温下发生氧化发应生成NOx。而且实验证明，随着反应温度升高，其反应速率按指数规律增加。 热力型氮氧化合物生成化学反应式： N2+O2?? 2NO NO+1/2 O2? 2NO2 热力型NOx的生成浓度与温度的关系： 注：横坐标为反应温度（℃）；纵坐标为NOx的生成浓度（ppm) 水冷燃烧器是直立式结构，燃气从喷嘴喷出，气流方向也是垂直的，然后再在火口点燃，气流阻力小，引射的空气多；加之喷嘴数是普通燃烧器的两倍，同时喷嘴的孔径是的70%左右，引射的空气就更多，经测算水冷燃烧的一次空气系数能达到1.7左右，而普通燃烧的一次空气系数只有0.65左右。 完全燃烧实际理论燃烧温度计算公式如下： tli：为计算的实际理论燃烧温度，℃ V、c：实际燃烧产物体积及产物平均比热容，单位分别是：Nm3，kJ/(N m3·℃) Q：煤气发热量，kJ Vr、cr、tr：煤气的体积、平均比热和温度，单位分别是：N m3，kJ/(N m3·℃)，℃ Va、ca、ta：助燃空气的体积、平均比热和温度，单位分别是：N m3，kJ/(N m3·℃)，℃ n%：燃烧室热效率，这里设定n%=100% 根据上述燃烧温度计算公式可见，一次空气系数加大，实际燃烧产物体积V会增加，从而导致燃烧温度急剧下降，从而有效抑制了NOx的生成。 另外，供暖回水在燃烧器头部形成冷却回路，也降低了燃烧温度，也抑制了NOx的生成。一次空气系数加大后，燃气的气流速度会降低，而燃气的燃烧速度没有变化，从而会有回火倾向，但供暖回水冷却燃烧器头部后，燃烧速度也会降低，从而有效控制了回火现象的发生。再就是供暖回水将燃烧器头部热量带走后，供暖回水被加热，热效率会提高。 4试验数据 现以迪森18kW水冷燃烧冷凝壁挂炉为例（见上图），测试其NOx的含量及热工性能： 类别 NOx排放量(α=1） CO排放量 (α=1） 热效率（60/80) 热效率（30/50) 水冷燃烧(18kW) 10.5mg/m3 58ppm 96.1% 105.3% NOx排放量符合GB25034-2010中的5级标准，热效率达到GB20665-2006中的1级能效标准 5总结 水冷燃烧器特殊结构，使得燃气燃烧温度急剧下降，有效抑制了热力型NOx生成，同时供暖回水冷却燃烧器头部，降低燃气燃烧的速度，又有效地抑制回火现象的发生，从而使得水冷燃烧器真正成为厂商生产低NOx燃气具一种值得信赖的选择。 参考文献： ［1］同济大学