降低烟气温度的核心指导原则:(1)在时间将热量释放的峰值降低,降低化学反应速率、延长反应时间;(2)在空间上将热量分散在更广阔的空间。
针对以上指导原则,在燃气燃烧器的设计及布置方案中有若干具体的实施措施:(1)燃料分级:有烟气内循环、燃气和空气高速差配合等类型;(2)空气分级:有燃烧器喷嘴的空气分级和炉膛空间上的空气分级;(3)烟气再循环:有传统烟气再循环和O2/CO2烟气再循环。
燃料分级,即燃料分成若干股注入较大的燃烧空间中进行燃烧,释放的热量被较大空间内的烟气吸收,从而使烟气的温度得到降低,该技术也称为“火焰分割”。相比较于中心单喷头的扩散火焰而言,燃料分级(火焰分割)的技术措施能明显地降低烟气的核心温度。另外,采用燃气与空气高速差的模式,则能实现:氧气浓度较低的烟气卷吸、大空间范围内的燃气燃烧、延迟与空气的混合燃烧过程。
空气分级,即空气分成若干股喷入,实现燃气和空气在燃燃烧过程中有不同的空燃比。(1)一种是燃气喷头中将空气分为若干圈;(2)一种是在炉膛空间上空气分级,即燃烧器的主燃区为贫氧燃烧,空气分阶段地注入,从而使气体燃料分阶段地燃烧、逐渐地释放热量,最终降低烟气温度。核心机制在于:通过空气分级、造成气体燃料的不完全燃烧,同时不完全燃烧的烟气产物又能在一定程度上促进燃料型NOx的还原机制:
NOx+CO==CO2+N2;NOx==XN(HCN,CN>N2)