第六章-新型燃燒技術(shù)

第六章新型燃燒技術(shù)-富氧純氧燃燒及旋流火焰

2提綱1.背景介紹技術(shù)優(yōu)點研究進(jìn)展2.實驗研究3.工程應(yīng)用Energyisthesinglemostimportantchallengefacinghumanitytoday!—Nobellaureate,RickSmalley,April2004,TestimonytoU.S.Senate3Ref.Worldenergyconsumptionbyfuel1990-2035(quadrillionBtu).

擴展能源資源：

核能-風(fēng)險

可持續(xù)能源-需實現(xiàn)技術(shù)和成

本的突破2.提高能源利用效率:

能源安全

環(huán)境安全背景–節(jié)能4未來降低CO2排放的關(guān)鍵技.

Ref.IEA,EnergyTechnologyPerspective2010,2010.本研究提出純氧燃燒及空氣富氧燃燒降低能源損耗和CO2排放。背景–CO2

減排5背景–NOx

減排NOx:光化學(xué)煙霧，溫室效應(yīng)(N2O是CO2的310倍)。降低

NOx

CCS技術(shù)(CO2

CaptureandSequestration)由空氣引入的氮氣被消除化石燃料

+

純氧工業(yè)應(yīng)用

(高溫產(chǎn)業(yè))

加熱和熔化金屬（鐵，鋁...）及礦物質(zhì)（水泥，石灰，陶瓷，玻璃...）

廢棄物焚燒

優(yōu)點：

提高熱效率,降低燃料損耗,提高火焰穩(wěn)定性.

富氧空氣燃燒(Oxygen-EnrichedAir)Ref.Baukal,C.E.,Oxygen-EnhancedCombustion,CRCPress,BocaRaton,FL,1998注入氧氣(O2Lancing)氧氣與燃料預(yù)混

(Air-oxy/fuel)純氧燃燒(Fuel/O2)1.提高效率，減少能耗，從而降低CO2

排放。2.為Fuel/O2/CO2提供參考=>CCStechnique.空氣富氧燃燒純氧燃燒CCS,減少NOx6背景–富氧/純氧燃燒7純氧燃燒熱處理技術(shù)純氧火焰被加熱試件

直接火焰沖擊純氧燃燒熱處理技術(shù)被加熱帶鋼（自左向右移動）純氧火焰熱效率高達(dá)80%，相比于空氣燃燒及傳統(tǒng)的富氧無焰燃燒技術(shù)，其熱流密度分別增加了10倍和5倍；生產(chǎn)量可提高50%，燃料節(jié)約達(dá)50%。Ref.J.VonSchéele,Useofdirectflameimpingementoxyfuel,Ironmaking&Steelmaking,36(2009)487-490.玻璃熔爐減排，包括煙塵減少50%-70%，NOx減少85%-90%，CO2

和SO2各減少21%和29%。傳統(tǒng)的玻璃、陶瓷及金屬加工產(chǎn)業(yè)都是廢氣排放大戶，采用先進(jìn)的純氧燃燒技術(shù)將有助于降低NOx排放，促進(jìn)CO2回收和利用節(jié)能17%-28%，減少爐窯損失18%-42%，并能顯著提高產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量，在納入純氧制取成本的基礎(chǔ)上，純氧燃燒綜合節(jié)能量可達(dá)14.75%，考慮到大幅減少的NOX排放，純氧燃燒依然具有很大的優(yōu)勢。純氧燃燒熱處理優(yōu)勢Ref.干大川，探討推廣玻璃窯爐純氧燃燒技術(shù)的關(guān)鍵問題

貝榮華，關(guān)于玻璃池窯爐采用純氧燃燒技術(shù)的認(rèn)識,石油和化工節(jié)能,8純氧燃燒在點火、反應(yīng)速率、火焰溫度、煙氣輻射、對流換熱以及流動等方面與傳統(tǒng)空氣燃燒差異顯著。煙氣輻射放熱效果大大加強：煙氣的主要成分是CO2和H2O；高加熱和熔化效率：火焰溫度高，燃燒速度快，因而純氧燃燒產(chǎn)生的煙氣流速快，煙氣粘度大；純氧燃燒熱通量(heatflux)：純氧條件下的熱通量相比于30%氧氣濃度的燃燒增加了2.3倍，而且熱通量峰值在純氧條件下位于滯止區(qū)；熱化學(xué)放熱(thermochemicalheatrelease)：純氧火焰中存在大量的O，H和OH等自由基，其在進(jìn)入冷邊界層時發(fā)生重組，釋放大量的熱。純氧燃燒中的新理論Ref.C.E.Baukal,B.Gebhart,CombustSciTechnol.,104(1995)339-357.C.E.Baukal,B.Gebhart,CombustSciTechnol.,104(1995)359-385.C.E.Baukal,B.Gebhart,Exp.Therm.FluidSci.16(1998)247-59.M.J.Remie,etal.,JournalofHeatandMassTransfer,50(2007)2816-2827.C.E.Baukal,B.Gebhart,Exp.Therm.FluidSci.15(1997)323-35.9提綱1.背景介紹技術(shù)優(yōu)點研究進(jìn)展2.實驗研究3.工程應(yīng)用10深冷空分法先將空氣壓縮，再膨脹降溫，冷卻后液化，利用氧氮的沸點溫度不同（在大氣壓下氧的沸點為-182.98℃，氮的沸點為-195.8℃）。提取率為96%，氧氣純度99.6%，其能耗為0.51kWh/m3。變壓吸附法分子篩變壓吸附分離空氣制氧，一是利用分子篩對氮的吸附親和能力大于對氧的吸附親和能力以分離氧，氮；二是利用氧在碳分子篩微孔系統(tǒng)狹窄空隙中的擴散速度大于氮的擴散速度，使在遠(yuǎn)離平衡的條件下可分離氧氮。提取純度不超過90%，但設(shè)備簡單且價格相對低廉，設(shè)備啟動時間相對較短，能耗也較低0.38kWh/m3。純氧制取技術(shù)1112背景–

純氧燃燒(擴散火焰)純氧/甲烷擴散燃燒火焰（Φ

=1,功率190kW）.燃燒器示意圖Ref.

R.J.Harris,W.HorneandA.Williams,Combustion.Flame26(1976)311-321.13Ref.S.Yon,J.Sautet,AppliedThermalEngineering,Vol.32,(2012)83-92.Hythaneinpureoxygencombustion燃燒器示意圖(對流擴散型)甲烷/空氣對流擴散火焰甲烷/氧氣對流擴散火焰Ref.A.Beltrame,etal.,

Combust.Flame124(2001)295–310.

SootandNOFormationinMethane–OxygenEnrichedDiffusionFlames背景–

純氧燃燒(擴散火焰)14背景–擴散與預(yù)混燃燒Chemkin計算甲烷/空氣化學(xué)反應(yīng)甲烷/空氣對流擴散火焰發(fā)熱量及溫度分布對流速度：40cm/s發(fā)熱量峰值：500J/cm3.s高溫區(qū)域受限于質(zhì)量擴散甲烷/空氣預(yù)混火焰發(fā)熱量及溫度分布入口流速：40cm/s發(fā)熱量峰值：4500J/cm3.s火焰帶下游均為高溫區(qū)域。15CH4/O2-N2層流燃燒速度Ref.Jahn,G.,DerZündvorganginGasgemischen(Dissertation),Oldenbourg,Berlin,1934.背景–

純氧預(yù)混燃燒難點:燃燒速度高，預(yù)混合燃燒易發(fā)生回火和爆震危險。優(yōu)點：高溫(3000K),

保護環(huán)境(降低NOx及CO2回收利用)，熱傳遞效率高，降低能源損耗。燃料空氣混合腔回火預(yù)混燃?xì)饣鹧鏈囟萒b污染物NOx

可調(diào)節(jié)當(dāng)量比進(jìn)行控制背景–

預(yù)混燃燒16本研究解決方案：急速混合管狀火焰純氧燃燒技術(shù)燃料與氧化劑分別注入在燃燒器并在其內(nèi)快速混合、燃燒，有效避免回火現(xiàn)象的發(fā)生。GlassWallPremixture旋回型管狀火焰Ref.

S.Ishizuka:Proc.Combust.Inst.20(1984)287-294

17背景–管狀火焰Ref.Y.Wangetal.,Proc.Combust.Inst.32(2009)1141–1147.非旋回型管狀火焰

旋回強度對火焰長度的影響Ref.R.ChenandF.D.James,Symposium(International)onCombustionVol.22(1988)531-540.管壁管狀火焰火焰特征：

[1]旋回流中的管狀、層流火焰；[2]RayleighStability:動力學(xué)穩(wěn)定；[3]溫度分布對稱性:熱穩(wěn)定；[4]氣、固體粉末及液體燃料。突出優(yōu)點：

燃燒器壁面溫度較低，

長時間運行?；鹧鎯?nèi)部：高溫、低密度燃?xì)饣鹧嫱獠浚旱蜏?、高密度未燃?xì)釶remixture管狀火焰徑向溫度分布背景–旋回型管狀火焰18Source:

Ishizuka,1984穩(wěn)定射流火焰(主焰可達(dá)130m/s)大功率煤油燃燒器

(功率2MW,12英寸)背景–管狀火焰的應(yīng)用微型燃燒器19斯特林發(fā)動機η=12%Source:

Shimokuri,etal.,2005，2011

急速混合型Flame潛在的回火危險無回火現(xiàn)象，安全O2/Air

orO2CH4CH4預(yù)混型FuelAirFuel＋AirO2/Air

orO2背景–急速混合管狀火焰2021提綱1.背景介紹技術(shù)優(yōu)點研究進(jìn)展2.實驗研究3.工程應(yīng)用d=16mm燃燒器示意圖石英玻璃管切向入口玻璃管長切向入口長度8mm入口寬度(W=2,1mm)石英玻璃觀察窗(L=50,100mm)燃料燃料氧化劑氧化劑22實驗裝置CH4O2AirFlow

meterO2+AirO2+AirCH4CH4CH4/Air-O2實驗裝置

2324空氣-甲烷燃燒甲烷/空氣管狀火焰：穩(wěn)定、層流火焰（Qair=4.0m3N/h,L=75mm）同時受火焰拉伸、曲率的影響，且二者相互獨立！

=1.2

=1.0

=0.8QCH4=1.0Φ=0.200QCH4=0.46

Φ=0.0902QAir=0.0m3/hQO2=10.0m3/hβ

=1.000QCH4=0.45Φ=0.090CH4/Air-O2

(W=2mm)QCH4=1.0

Φ=0.328QCH4=0.9Φ=0.295QCH4=0.8Φ=0.262QAir=10.0m3/hQO2=4.0m3/hβ

=0.436QCH4=1.0Φ=0.260QCH4=0.9Φ=0.234QCH4=0.78Φ=0.203QAir=8.0m3/hQO2=6.0m3/hβ=0.549QCH4=0.775

Φ

=0.143QCH4=0.75Φ=0.138QCH4=1.0Φ=0.185QAir=4.0m3/hQO2=10.0m3/hβ

=0.7725入口寬度W=2mm;石英管長L=50mm26CH4/Air-O2

(W=1mm)燃燒不穩(wěn)定火焰直觀圖27QO-total=6.0m3/hβ=0.67,Φ=0.6,0.8,1.0目的：獲得高當(dāng)量比,高氧氣濃度下均勻、穩(wěn)定的層流火焰CH4/Air-O2

(W=1mm)28CH*時序圖—β=0.67Φ=0.6火焰特征間隔：△t=0.1msCH*變化周期1.1ms，頻率909Hz高速相機A火焰前鋒面高速相機B火焰?zhèn)纫晥D29相似度分析11324455667822818293951627230聲壓特性小振幅增強，低頻振動能量向高頻振動能量轉(zhuǎn)變聲壓波動值：APF(1.0)>APF(0.8)>APF(0.6)△t=0.004s△t=0.03s31

火焰聲壓

結(jié)構(gòu)振蕩

頻率頻率Φ=0.6

909Hz903HzΦ=0.8

1952Hz1960HzΦ=1.0

2051Hz2050Hz低頻振動能量向高頻振動能量轉(zhuǎn)變頻譜特性32聲學(xué)模型理論分析圓柱腔內(nèi)聲共振的基本理論RaichelDR.etal.Springer-VerlagNewYork,Inc.,2006.MorsePM,IngardKU.TheroreticalAcoustics[J].1968.Helmholtz固有頻率αmn取值α10和α01，計算頻率為68913Hz和33115Hz，遠(yuǎn)高于實驗值2050Hz。主要考慮αmn=0,軸向振蕩的固有頻率:實驗工況絕熱溫度均在在2500K以上；依據(jù)計算軟件Chemkin計算cad和Tad。聲速修正公式33結(jié)果分析軸向模式的聲學(xué)共振；減少氧化劑總量，混合氣體摻混效果變差，軸向頻率與實驗聲壓頻率差值變大。氧化劑實驗聲壓頻率

軸向頻率固有頻率流量當(dāng)量比次頻主頻m3/hHzHzHzHzCH4CO2O2Flow

meterO2+CO2O2+CO2CH4CH4CH4/O2-CO2CH4/O2-CO2

管狀火焰

(無逆火,無NOx,CCS)34富氧燃燒(CO2)CH4/O2/CO2管狀火焰(無逆火,無NOx,CCS)35

:氧化劑中氧氣摩爾含量

:當(dāng)量比(完全反應(yīng)為1)

=0.50均穩(wěn)管狀火焰振蕩燃燒通常的富氧燃燒

≤0.40（CCS）振蕩燃燒CH4:O2

+CO236CH4+2O2=CO2+H2O穩(wěn)定、高溫CH4/O2/CO2管狀火焰

(當(dāng)量比1，減少產(chǎn)物中O2及CO)

=0.86，TF2950K

=0.86CH4+CO2:O22950K富氧燃燒(CO2)新突破CH4:O2

+CO237CH4+CO2:O2富氧燃燒(CO2)-火焰外觀瞬態(tài)及平均CH*圖像，高速相機10000幀/sCH4/O2振蕩燃燒側(cè)視圖

(W=2mm,L=50mm)CH4/O2–振蕩燃燒38CH4/O2

–高速攝影火焰外觀比較0msOOFF

0.44ms0.88ms1.32ms1.76ms2.20ms2.64ms3.08ms3.52ms3.96ms4.40ms4.84ms5.28ms6.60ms6.16ms5.72ms

=0.15,W=2mm,左：火焰前緣，右：下游側(cè)視圖0.22ms0.44ms0.66ms0msOOFF

=0.15,W=1mm,管狀火焰0.22ms0.44ms0.66ms0msOOFF

=0.2,W=1mm，擴散火焰振蕩燃燒高速攝像機：4500張/秒QO2

=4.0[m3N/h]需有效抑制擴散火焰的形成。3940純氧燃燒-火焰外觀Φ=0.15Φ=0.20Φ=0.50Φ=0.50Φ=0.20Φ=0.15Φ=0.12W=2mmW=1mm管狀火焰不穩(wěn)定燃燒穩(wěn)定管狀火焰形成的量化指標(biāo)？氣體反應(yīng)動力學(xué)分析41化學(xué)反應(yīng)時間(Chemkin計算)混合時間(實驗測量)

L:層流火焰厚度

Su:層流燃燒速度

m:混合層厚度

Dmass:質(zhì)量擴散系數(shù)

(Da:

Damk?hler數(shù))定量測量！數(shù)值計算軟件Chemkin-PRO

一維預(yù)混層流燃燒模型(ChemkinPremixcode)

定常，絕熱，自由傳播火焰化學(xué)反應(yīng)機理:GRI-MechVersion3.0

(53類反應(yīng)物，325個基本反應(yīng)方程式)42層流燃燒速度(Su)

化學(xué)反應(yīng)時間

()邊界條件：

定壓(1atm)，入口溫度298K入口流速50cm/s，計算區(qū)域33cm.(-3,30cm)考慮熱擴散(Soreteffect)，采用多組分輸運.層流燃燒速度–Chemkin-PRO43不同當(dāng)量比及氧氣含量的層流燃燒速度層流火焰厚度–δL

一維預(yù)混合層流火焰厚度:Ref.

ThierryPoinsot,DenisVeynateTheoreticalandNumericalCombustionδL例：當(dāng)量比為F=0.3時CH4/O2預(yù)混合層流燃燒,

44δL=118.4μmSu=131.0cm/s,Tb=2547K,兩端開口,全長120mm

示蹤粒子流示蹤粒子流無示蹤粒子流無示蹤粒子流MgO示蹤粒子空氣+MgO空氣+MgO燃燒器空氣空氣ZXYO干燥空氣干燥空氣YAG激光PIV相機P.C.同步器PIV系統(tǒng)

(ParticleImageVelocimetry)PIV系統(tǒng)(TSI),雙脈沖

Nd:YAG激光

(120mJ/pulse,15Hz,532nm)45混合時間-

τm

燃料與氧化劑混合過程分析W=2mmW=1mm,

Vt=0.729m/s46流場分析

氧化劑燃料燃料氧化劑Ref.

B.Shi,etal,Proc.Combust.Inst.34(2013)3369-3377.

邊界層理論Ref.

E.Fernández-Tarrazoetal.,CombustionandFlame144(2006)261–276DTA:

熱擴散系數(shù)Ref.

HermannSchlichtingBoundary-LayerTheory平板邊界層原理

47若

Sc=1,則為混合層厚度

Dmass:質(zhì)量擴散系數(shù)W=2mm48旋回型流動混合層定量分析-PIV

氧化劑燃料燃料氧化劑Source.Shi,etal,

Proc.Combust.Inst.34(2013)3369-3377.

入口處的混合過程由邊界層型流動主導(dǎo)（非平行流動）流場可視化流場分析(W=1mm)49O周向速度分布混合層厚度:δ0

的驗證邊界層型流動PIV測量Re:200燃燒實驗Re:20,000Valid!50Ref.H.Schlichting,BoundaryLayerTheory,7thEdition,P.40-41

Recritical=320,000未燃條件下：Ref.D.Shimokuri,Y.Zhang,S.Ishizuka,PIVmeasurementsona2-inchtubularflameburner,Proc.ofthe6thAsia-PacificConferenceonCombustion,Nagoya,Japan,2007,p.154-157Fig.6.RadialdistributionsofcircumferentialvelocityVθofcombustionflow(Upper:Velocity,Lower:Chemi-luminescent).在火焰帶外圍，燃燒狀態(tài)下的周向速度基本與未燃狀態(tài)一致。燃燒條件下是否有效?51δ0

的驗證管狀火焰成立條件

Source.B.Shi,etal.,Combust.Flame161(2014)1310-1325.

52即發(fā)生化學(xué)反應(yīng)前，燃料與氧化劑須混合良好。CH4/O2

根據(jù)Da=1.0，推算所需最小流量，為燃燒器設(shè)計、流量控制提供定量依據(jù)！流場分析

QO=0

QO=QF

QO=0.5QF

QO=2QF

Source.B.Shi,etal.,

Combust.Flame(accepted）.

53入口處的混合最好！總流量恒定混合及流動分析-旋回流混合(燃?xì)廨啓C)W=2mmL=64mmSw=0.3454QF=QO=0.15m3N/hW=2mmL=32mmSw=0.69

W=2mmL=16mm

Sw=1.37

W=2mmL=8mm

Sw=2.74

Sw>0.60,產(chǎn)生回流

，促進(jìn)燃料與氧化劑混合Source:B.Shi,etal.,Exp.Therm.FluidSci.54(2014)1-11.55甲烷富氧燃燒燃燒器改進(jìn)56甲烷純氧燃燒甲烷-純氧火焰（非均勻、穩(wěn)定、層流）5.5kW27.3kWQO=6.0m3/h,

=1.0CH4/AirCH4/O2T=2220K=0.25W/m·KHRR=4.5x103

J/cm3sT=3050K

=2.8W/m·KHRR=2.54x105J/cm3s57甲烷富氧燃燒相圖(CO2)不同氧氣濃度下燃燒區(qū)間相圖58甲烷富氧燃燒綜合考慮摻混，直徑及流量等59丙烷/空氣燃燒Φ=1.6Φ=1.0Φ=0.8N2dilutedpropane/oxygenpremixedcombustionatβ=0.21(CaseA,3.0m3/h).Steadystationary,uniform,laminarflames!60丙烷富氧燃燒(CO2)β=0.30β=0.40β=0.50β=0.60CO2dilutedpropane/oxygen

combustionatΦ=1.0(CaseA,β=0.30-0.60,QF-total=QO-total=3.0m3/h).

Steadystationaryflames,becomingnon-uniformwithincreasingβ.

Steady,uniformSteady,uniformSteady,uniformSteady,non-uniform61丙烷富氧燃燒相圖(CO2)β=0.60β=0.70β=0.80β=1.0InstantaneousflameimagesofC3H8/O2/CO2mixturesatstoichiometry

(CaseC,Φ=1.0,

β=0.60-1.0,QO-total=4.0m3/h).Steady,non-uniformUnsteady,anchoredflameSteady,non-uniformSteady,non-uniformWF=0.25mmWO=0.5mmR=1/2,βmax=0.7762丙烷富氧燃燒相圖(CO2)不同氧氣濃度下燃燒區(qū)間相圖63丙烷富氧燃燒相圖(CO2)不同氧氣濃度下燃燒區(qū)間相圖64氫氣/空氣火焰結(jié)構(gòu)氫氣/空氣火焰結(jié)構(gòu)圖65氫氣火焰結(jié)構(gòu)-N2稀釋氫氣/氧氣/氮氣火焰結(jié)構(gòu)圖66氫氣火焰結(jié)構(gòu)-CO2稀釋氫氣/氧氣/二氧化碳火焰結(jié)構(gòu)圖67氫氣燃燒相圖(N2及CO2)68氫氣層流燃燒速度69氫氣富氧燃燒-Da70提綱1.背景介紹技術(shù)優(yōu)點研究進(jìn)展2.實驗研究3.工程應(yīng)用純氧切割技術(shù)傳統(tǒng)切割技術(shù)O2/C3H8預(yù)混合湍流預(yù)熱,缺點:預(yù)熱火焰太短，影響切割超音速O2流管狀火焰切割技術(shù)O2/CH4管狀層流預(yù)混合火焰

超音速氧氣流CH4O2預(yù)熱(CH4/O2火焰,Φ=1.0)CH471切割試件課題來源：小池酸素㈱會社，負(fù)責(zé)實驗設(shè)計、實施技術(shù)難點：高溫、穩(wěn)定預(yù)熱火焰并與超音速流耦合。加工試件CH4/O2火焰H2/O2熔化石英玻璃管：無逆火，節(jié)約40%的H2、O2。純氧燃燒熱處理先進(jìn)技術(shù)開發(fā)72

H2/O2火焰熱處理時間3s課題來源：ウシオ電機㈱會社解決難點：設(shè)計燃燒器實現(xiàn)高溫火焰精確控制、保護燃燒器。73等離子體等離子體分高溫和低溫等離子體。等離子體溫度分別用電子溫度和離子溫度表示，兩者相等稱為高溫等離子體。非平衡等離子體（低溫）：等離子體放電過程中雖然電子溫度很高，但重粒子溫度很低，整個體系呈現(xiàn)低溫狀態(tài)，所以稱為低溫等離子體，也叫非平衡態(tài)等離子體。電場強度：放入電場中某點的電荷所受靜電力F跟它的電荷量比值，定義式E=F/q，適用于一切電場；其中F為電場對試探電荷的作用力，q為試探電荷的電荷量。單位N/C，或V/m。電子能量(reducedelectronenergy)：E/n,其中E為電場強度(V/m),n為氣體密度(個/cm3),通常用Td作單位，放電條件下，通常通過電子能量描述電子激發(fā)的速率。等離子體又叫做電漿，是由部分電子被剝奪后的原子及原子團被電離后產(chǎn)生的正負(fù)離子組成的離子化氣體狀物質(zhì)，它廣泛存在于宇宙中，常被視為是除去固、液、氣外，物質(zhì)存在的第四態(tài)。74等離子體輔燃-高速飛行器燃料在燃燒室駐留時間很短微波放電，產(chǎn)生等離子體75等離子體輔燃技術(shù)等離子體可有效擴大可燃范圍(丙烷)OH分布圖等離子體輔燃常規(guī)燃燒Ref

PillaG.etal.,IEEETransactionsonPlasmaScience2006,34(6):2471-7.等離子體76等離子體輔燃低氮燃燒Ref.Karpenkoetal.,Proc.Combust.Inst.31(2007)3353–3360.200MWatGusinoozersk（古西諾澤爾斯克）UlanBator（烏蘭巴托）77等離子體輔燃低氮燃燒Ref.Karpenkoetal.,Proc.Combust.Inst.31(2007)3353–3360.降氮原因：二段燃燒，第一段等離子體輔燃，煤粉中氮元素形成了氮分子（缺少空氣），第二段中引入二次空氣溫度有所降低，熱力型NOx量減少。等離子輔燃使NOx量降低一半未燃碳量大大減少，因等離子體促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)線-筒式脈沖電暈反應(yīng)器，NOx脫除率可達(dá)95%，但能耗較大78等離子體輔燃低氮燃燒燃煤鍋爐煙氣NOx污染等離子體治理技術(shù)電子束法降低煙氣NOx，利用效率低，設(shè)備龐大，維護費用高介質(zhì)阻擋放電，大部分能量轉(zhuǎn)化為熱能表面放電Ref.

魏恩宗等,環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備.Vol.4,No.1,(2003)58–62.79等離子體輔燃低氮燃燒Ref.林赫等,熱力發(fā)電

2002(4)24–28.高壓電源熱電偶放電電極反應(yīng)器NOx分析儀NaOH溶液吸收瓶13、14干燥氧氣12.氧氣增濕裝置9.干空氣10.N2+NO氣體單位能量NOx脫除量47g/(kW.h),煙氣總NOx脫除率可達(dá)90%。直流電暈法，等離子體過程誘導(dǎo)H2O-O2自由基簇射技術(shù)，結(jié)合化學(xué)吸收脫除煙氣中的NOx及SOx。煤燃燒模擬煙氣等離子體輔燃詳細(xì)機理未知！80等離子體輔燃(CH4-Air)Ref.Kimetal.,Proc.Combust.Inst.31(2007)3319–3326激發(fā)態(tài)的N2：熱力型NO

NNH形成NOOH自由基：電子碰撞：結(jié)論：等離子體產(chǎn)生大量NO(尤其是OH自由基),燃燒

區(qū)域火焰消耗了部分NO，使NO總量較低。81等離子體發(fā)生裝置電弧放電：高溫等離子體；熔化、熔接微波放電：部分高溫等離子體輝光放電：E/n接近于臨界值流光放電：200%超電壓表面介質(zhì)阻擋放電：10倍超電壓納秒級脈沖放電：10倍超電壓，輔燃足夠短的時間確保無電子累積和離子的重組！82分子能量分子能量=平均動能+轉(zhuǎn)動能量+振動能量+電子能量原子能級分布：受激發(fā)的氧分子->分子氧(singletoxygen),如O2(a1Δg),O2(b1Σg+)受激發(fā)的氮分子->如,~0.03eV

0.2~2eV

3~10eV氣體離子化基態(tài)激發(fā)態(tài)能量8