1、燃烧室有害物质的形成及DLN减排原理v一、氮氧化物一、氮氧化物(NOx)形成及危害形成及危害v1、氮氧化物、氮氧化物(NOx)形成形成v 氮氧化物(NOx)是所有氮与氧的化合物的一种统称，是大气中常见的污染物。它包括一氧化二氮(N20)、一氧化氮(NO)、二氧化氮 (NO2)、三氧化二氮(N2O3)、四氧化二氮(N2O4)和五氧化二氮(N2O5)等多种化合物， 其中主要是NO和NO2。燃烧室有害物质的形成及DLN减排原理v 空气中的氮气的化学性质很稳定，常温下很难跟其他物质发生反应，但在高温、高能量条件下可与某些物质发生化学变化和氧气会发生化学反应生成氮氧化物（NOx）。v N2 + O2 高
2、温或电弧 -NOx 燃烧室有害物质的形成及DLN减排原理v 其中在燃机的燃烧室在高温燃烧过程中，NOx主要以NO的形式存在，最初排放的NOx中NO约占95。 但是，NO在大气中极易与空气中的氧发生反应，生成NOx。燃烧室有害物质的形成及DLN减排原理v2、氮氧化物的危害、氮氧化物的危害v 1）NOx形成酸雨、酸雾以及灰霾天气v 空气中的NO是NO2的前提物质，是形成光化学烟雾的活跃组成部分，且它能和NO2通过光化学反应，可相互转化而达到平衡。NO2单个分子的温室效应为CO2的200倍，并参与臭氧层的破坏； v 2 NO+ O2 光照 2 NO2 燃烧室有害物质的形成及DLN减排原理v 如有云雾
3、存在时，大气中的NO2进一步与水分子作用形成酸雨中的第二重要酸分硝酸(HNO3）（硫酸第一)，硝酸是一种有强氧化性、强腐蚀性的无机酸。 v 3 NO2 + H2O 2 HNO3+ NO 燃烧室有害物质的形成及DLN减排原理v 随着国家二氧化硫控制效果的显现，氮氧化物的污染问题越发突出，氮氧化物排放量的增加使得我国酸雨污染由硫酸型向硫酸和硝酸复合型转变，硝酸根离子在酸雨中所占的比例从上世纪80年代的1/10逐步上升到近年来的1/3，酸雨对环境破坏力极大。 燃烧室有害物质的形成及DLN减排原理v 另外NOX还会产生多种二次污染，而火电行业是氮氧化物排放的重点行业，排放量巨大，因此迫切需要控制。 燃
4、烧室有害物质的形成及DLN减排原理v2）NOx对人体有致毒作用对人体有致毒作用v 氮氧化物(NOx)的毒性较大，主要损害人体呼吸系统，当氮氧化物进入肺部后，一部分会变为N2O4 ， N2O4与NO2均能与呼吸道粘膜的水分作用生成亚硝酸与硝酸，对肺组织产生强烈的刺激及腐蚀作用。燃烧室有害物质的形成及DLN减排原理v二、降低氮氧化物二、降低氮氧化物(NOx)污染的技术污染的技术v1、燃机燃烧室中氮氧化物、燃机燃烧室中氮氧化物(NOx)形成的影响形成的影响因素因素va ) 火焰温度v 在燃气轮机排放中的绝大多数氮氧化物是由火焰中的大气固有含氮生成的，这称之为热力氮氧化物。热力氮氧化物是由一种称作“氮
5、氧化机理”的化学反应链生成的。这组经充分校验的化学反应假定了热力氮氧化物的产生是一个火焰温度的指数函数，是一个高温气体在火焰温度下停留时间的线性函数。这样，温度和停留时间决定了热力氮氧化物排放水平。燃烧室有害物质的形成及DLN减排原理v 在燃机燃烧室中，氮气和氧气发生化学反应生成氮氧化物（NOx）的起始温度为1650，火焰温度越高，反应生成氮氧化物（NOx）越多，为了减少氮氧化物（NOx）的排放，必须控制火焰温度，但火焰温度下降，未燃烧完全的烃类（UHC）和一氧化碳（CO）的含量增加，影响燃机的热效率。燃烧室有害物质的形成及DLN减排原理vb）燃料-空气比v 在燃机燃烧室中，燃料-空气比对氮氧
6、化物（NOx）的产生起着重要的支配作用，在最有利于燃烧的燃料-空气比的情况下，氮氧化物（NOx）的产生最为严重，此时火焰温度也达到最高值，可见火焰温度又与燃料-空气比存在一定的对应关系。燃烧室有害物质的形成及DLN减排原理v 对特定的燃料，火焰温度是该当量比的单一函数，因此氮氧化物的生成率可以当作一个当量比的函数来计算。如下图显示了氮氧化物生成率最高发生在当量比为1.0时，那时的温度等于理想状态下火焰的绝热温度。在最高温度点的左侧（如下图），有更多的氧气可用（当量比1.0），且形成的火焰温度也较低。这是一种燃料贫运行模式。燃烧室有害物质的形成及DLN减排原理 燃烧室内的火焰温度高低、燃料-空气
7、比、与NOx的生成量之间的密切联系如图所示，随着火焰温度降低（即火焰变为燃料贫时），氮氧化物的形成率显著减少。所以就要喷注稀释剂（通常是水或蒸汽）到燃气轮机燃烧室火焰区去降低氮氧化物排放的原因。由于同样的原因，非常贫的干式燃烧室可以用于控制排放。燃料-空气比燃料贫燃料富火焰温度NOX的生成量燃烧室有害物质的形成及DLN减排原理v2、降低氮氧化物、降低氮氧化物(NOx)污染的技术污染的技术va、扩散型燃烧室的注水减排技术、扩散型燃烧室的注水减排技术v 扩散型燃烧室，因其燃烧方式属于扩散型燃烧而得名。燃烧室有害物质的形成及DLN减排原理v 早在没有被要求限制氮氧化物（NOx）排放之前，GE公司早期
8、设计的燃烧室属于扩散型燃烧室。采用扩散型燃烧方式，燃机燃烧室的温度肯定会高于氮氧化物（NOx）生成的起始温度（1650），所以扩散型燃烧方式氮氧化物（NOx）的排放较为严重。v 为了解决氮氧化物（NOx）排放严重的问题，对于扩散型燃烧室，一般都采取喷水或喷蒸汽降温的办法，亦即燃机注水的办法。通过注水降低燃烧室中扩散火焰的温度，以达到降低NOX的排放目的。燃烧室有害物质的形成及DLN减排原理v 注水降温减排有着一定的局限性：v1）实际运行中，注水后燃烧室的检修周期和使用寿命都会缩短。v2）注水会导致火焰长度变长，使得燃烧不稳定，严重时甚至会导致机组熄火遮断。v3）注水降温虽然降低了NOX的排放，
9、但同时由于火焰温度的降低及火焰长度的变长，增加了CO的排放。燃烧室有害物质的形成及DLN减排原理vb、 DLN燃烧室的燃烧室的干式低干式低NOx燃烧燃烧(DLN)减排技术减排技术v DLN燃烧室，因采用干式低NOx燃烧（Dry Low NOx ）技术而得名。v 该技术主要是通过对燃气轮机燃烧室的改进，使燃料、空气充分预混，并优化燃料分配和运行方式来实现对燃料、空气掺混的合理控制，使燃料在火焰筒中处于“贫燃料”燃烧，降低火焰中心温度，减少氮氧化物的生成，目标是控制燃料空气比和燃烧时间获得排放烟气的低NOx，同时降低燃烧噪声，保证部分负荷时燃烧的稳定性和足够的燃气停留时间让 C0 燃烧完全。 燃烧
10、室有害物质的形成及DLN减排原理v 干式低NOx燃烧(DLN)技术中使燃料在火焰筒中处于“贫燃料”燃烧，这种燃烧方式称为均相贫预混的湍流火焰传播燃烧方式。燃烧室有害物质的形成及DLN减排原理为了能够适应全球各国越来越严格的大气排放指标，GE公司开发出多个系列的DLN产品，大体分为：vDLN-1，主要用于E级技术（燃烧温度水平为2000F/1093C）；vDLN-2专为F级技术燃机所开发，也可用于EC级和H级燃机。燃烧室有害物质的形成及DLN减排原理vDLN-1燃烧室技术特性指标：贫油熄火极限用来描写燃烧室的燃烧稳定性 。燃烧效率是一个经济性指标，用来评估燃烧的完全性 。流阻损失(压力损失)：气
11、流通过燃烧室时，由于摩擦等因素的影响，它的总压总会下降。火焰筒壁面温度的高低及其均匀程度对燃烧室的工作寿命有决定性的影响；也是一个重要的安全性指标。燃气轮机燃烧室出口与透平入口很靠近，所以要求燃烧室出口温度场很均匀，从而保证透平叶片受热均匀，不易烧损。低NOx污染物排放：烟气中的NOx主要是在燃料燃烧过程中生成的，并不是有了高的燃烧效率就能自动地达到排放标准，对污染物的控制尤其是氮氧化物的控制对燃烧技术提出了更高的要求。v DLN 燃烧技术具有有以下优缺点：vNOx的排放低、CO 的排放量低，所以 DLN燃烧室有利于环境保护；vDLN 燃烧室的分级燃烧方式使得燃烧稳定，不易出现强烈的火焰脉动和熄火现象；v最大缺点就是结构复杂、喷嘴的价格昂贵。 燃烧室有害物质的形成及DLN减排原理
