烟气再循环在线视频

好 同学们我们刚才用一个例子

是用什么呢

用这个燃烧的烟气

去加热燃烧的空气

我们使得

理论燃烧温度可以提高

燃烧稳定性加强

同时还可以节能

我们另外一个应用是什么呢

我们通过烟气的再循环

来看看能够实现一些什么目标

如果比较低温的烟气

我们把它惰性的烟气

回到这个燃烧时

会怎么样啊

你可以想象一下

它可以减少

燃烧时的最高的温度

这个为什么很重要

是氮氧化物

实际上在燃烧时的形成

是跟它的最高温度相关联

所以如果我们把它最高温度

能够控制下来的话

那我们的氮氧化物

就可以控制下来

烟气再循环

就能够实现这一个目标

那么减少温度

就是可以减少氮氧化物的形成

总的来说

不管是怎么样

我们只要把烟气再循环

我们英文名称叫FGR

或者叫EGR

flue-gas recirculation

或者exhaust-gas

recirculation

实际上说的一个意思

只是不同的行业

叫法不一样

比如内燃机叫EGR

我们锅炉和窑炉这种都是叫FGR

说的一个意思

反正是把燃烧过以后

比如低温的烟气循环回来

到燃烧室

使得可以控制燃烧室的温度

这么一种方式

这张图就表达了一个内燃机里边

怎么去实现一个EGR的

这么一个复杂的过程

那么最后的话

flue-gas可以全部消除

图的上部分应该是指的是

一个锅炉的

而图的下部分是内燃机的

那么上面是

flue-gas recirculation

下面的话

exhaust-gas recirculation

那不一样

叫法不一样

但实际上是一个意思

实际上的话

我们真正在燃烧过程当中

还有一个非常重要的

特别对于难燃的燃料

我们如果刚才说了

用烟气加热空气去燃烧

这是一种方案

实际上如果在炉子里边

做好比如旋流燃烧器的话

它可以在燃烧器附近

实现高温烟气的回流

也就是recirculation

使得它容易着火

这当然也是一种现象

它的原理是什么呢

实际上就是拿高温的烟气回来

跟比较低温的

可燃物混合以后

使得混合物的

温度大大提高

加快它的着火

这也是一种方式

但我们今天要说的话

实际上指的是烟气的再循环

比如像这个装置

他实际上把烟气怎么样呢

在空气热气之前的烟气

这个温度已经很低了

一般大概只有两三百度这样子

那么这个温度

给它重新打回到锅炉

那由于温度很低

它也不参与反应

整个锅炉的温度

就能降下来

这现在已经成为氮氧化物

控制的一种标准的方法

好 我们下面来看一个例子

就这是一个电火花的发动机

也就是我们叫内燃机

那么压缩过程和燃烧过程

我们都把它理想化成一个

从上止点到下止点的

多变的过程

压缩和燃烧过程

那么我们从图上可以看出来

是从状态一到状态二

这是一个压缩过程

那么状态二再到状态三

就是它是一个燃烧过程

那我们来分析一下

我们如果加了EGR

也就是说

exhaust-gas recirculation

就是烟气回流

回回去了以后

它对整个燃烧过程的影响

我们假设这个发动机的

压缩比压现在是8

那么我们来看看初始的

回流的一个大气298K

燃料的话呢

我们用的是辛烷

当量比我们就是1

因为我们大家知道

1非常非常敏感

一定要1

好 这就是刚才要说的这个图

从第一点到第二点压缩

从第二点到第三点燃烧

压力非常快速的上升

这是一个定容的燃烧对不对

好 我们首先是从第一点

要学会求第二点

这个就很容易了

用一个绝热的关系式

我们就会算出来

那么第二点的压力多少呢

7.46个大气压

而它的温度多少呢

556K

有了这两个以后的话

我们就可以去分析

在这个前提底下

如何去分析

它的EGR的这个影响

那么这里边我们当然也要用到

元素的这种守恒等等

一系列的关系式

通过这个关系式呢

我们就可以算出来

比如一氧化碳 二氧化碳

水蒸气

它的这个平衡的组分

都能够算出来

我们也知道烟气

烟气转回来嘛 对吧

它的温度有多少

我们也知道 能够转回来

那就知道了循环烟气的比摩尔焓

以及空气的比摩尔焓

我们都能够算出来

算完了以后呢

我们在T2的这个条件底下

也就是说我们燃烧之前的这一点

是我们要燃烧

我们要知道它的形成焓和显焓

那么这个系统

它的总的焓

是它形成焓和显焓之和对吧

我们知道它的绝对焓就是这个

我们算完了以后

我们就能够把第二状态

跟它里边的焓

跟EGR的关系

我们就能够列出来

而列完了以后

我们就又定义一个

它的所谓的这样一个

EGR的百分比

我们就能够完全去进行计算了

计算的话呢

我们就获得了H_reac

我们当然要求理论燃烧温度

H_reac H_prod和EGR的关系

我们就可以列出来这样一个公式

大家可以看一下这个公式

那么在不同的

EGR的条件底下

H_reac是发生变化的

我们就一会儿的话

我们用一个表来表达出来

那么整个就可以全部进行计算了

因为有了EGR以后

包括它的分子量

总的摩尔数

通通都会发生变化

这张图就把所有的这些结果的话

表达出来

EGR从零 一点都没有

5% 10% 15% 20%

你可以看出来

它的EGR的摩尔数

总的摩尔数

它的反应物的分子质量

包括它的

反应物的总的焓

绝对焓

都不断的发生变化

同时呢

你会看出来

它最终的温度

燃烧温度

也就是第三点的温度

要发生很明显的变化

看到没有

从0%到20%温度下降了多少

下降了200多K

而压力也有所下降

下降差不多四个大气压

大家可以看这一张图

那么定容燃烧的这些条件底下

温度很明显从2800多K

降到了2500多K

下降了两百多度

而压力的话呢

是从30多个大气压

接近四个大气压

降到三十几个大气压

这就是整个的变化规律

也就是说通过EGR

温度可以大大的下降

所以EGR对最高温度

是有非常显著的影响

就20%就可以使得温度降低275K

后面我们学动力学都知道

这个温度下降对氮氧化物控制

是非常非常重要的

比如实际上我们知道

大概十度的变化

可能氮氧化物的生成量

可能就会有成倍的变化

所以你可以想像

275K的这个下降

对氮氧化物控制有多重要

另外有一点非常有趣的现象

希望大家能注意一下

状态一 如果EGR以后了

状态一如果是低于烟气的

露点的时候

那会发现什么样的情况

这肯定我们不希望的对不对

所以EGR恐怕有一定的限制

不是说是量越大越好

大家不信可以算一算

看看是不是这样子

好 下面呢

我们再讲另外一个例子

这是一个锅炉的例子

那么锅炉的话呢

我们用是天然气

作为燃料的

那烟气烧完了以后的话

烟气里边的氧气

还有大概1.5%

这是什么意思

φ显然是什么

小于1的对不对

我们假设燃料的初始温度呢

298K

空气的初始温度是400K

求一下

绝热火焰的温度和

平衡时氮氧化物的浓度

要求FGR等于15%

FGR就跟刚才EGR的

这个定义是一样的

指的是什么呢

指的是回流的量

占前面用于燃烧的燃料

和空气总体积的一个百分比

当然这个实际上也是要算了

对吧

也要算

当然这个计算

实际上是应该是相当复杂的

一个计算

所以我们还是用计算机去算

那么算完了以后呢

它的温度你就可以算出来

大概200多K

而它的氮氧化物达到多少呢

3497个ppm

这就是常规的

没有FGR的

就是0 FGR

那么我们假设有

15%的FGR了以后

用刚才那套方法去算

算完以后

我们也给一个结果

它的温度

下降了大概163K

只有两千零一点了

氮氧化物的摩尔分数

大概是下降到了2297个ppm

这大概什么概念

温度下降163K

而氮氧化物下降了34%

就差这三分之一了

这应该是

非常非常大的一个减少量