燃煤过程中NOx的排放与控制
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低挥发份燃煤锅炉实现胝NOx排放的难度:
燃煤锅炉燃烧产物中氮氧化物的生成量除与煤中含氮量多少有一定关系外,主要取决于锅炉炉膛内的燃烧温度高温区的氧气浓度和燃烧气体在高温区的停留时间等因素,这些因素影响炉内燃烧热强度、保证燃料在炉内稳定燃烧和完全燃烧(燃尽)所需的条件。要降低NOx的生成量,就得适当降低炉内燃烧温度、减少高温区的供氧浓度、缩短燃烧气体在高温区的停留时间。对于挥发分较高的烟煤、褐煤,可采取上述措施来实现低NOx燃烧。但对于无烟煤、贫煤等低挥发分煤,锅炉燃烧设计的首要任务是保证这些难燃燃料的稳定燃烧和完全燃烧。而为达到低NOx排放所采取的诸如降低炉内燃烧温度、缩短燃烧气体在高温区停留时间等措施恰与上述稳燃、燃烬要求相矛盾。此时在实施低NOx燃烧上就具有一定难度。美国1995年“锅炉炉膛防爆规程”指出现行各种低NOx燃烧方法时,在燃烧控制系统设计、燃烧器送风分配装置设计、火焰监视、烟气CO监测、烟气再循环系统设计等方面都 应谨慎考虑,以免引起难以接受的风险。
燃煤 NOx 产生机理及控制
摘要:简要介绍了燃煤电厂NOx产生机理及相应控制措施。
关键词:NOx产生机理
1.
NOx产生机理
NOx 主要指 NO 和 NO2,其次是 N2O3 , N2O , N2O4和 N2O5。发电厂锅炉的煤粉燃烧程中NOx的形成途径主要有两条:一是有机地结合在煤中的氮化物在高温火焰中发生热分解,并进一步氧化而生成 NOx ;二是供燃烧用的空气中的氮在高温状态与燃烧空气中的氧发生化合反应而生成 NOx 。在煤粉锅炉生成的 NOx 中,主要是NO, 约占95%,而 NO2仅占5%左右, N2O3 , N2O3, N2O4和 N2 O5的量很少。
NOx 的生成量与锅炉的容量、结构 、燃烧设备,煤种、炉内温度水平和氧量、运行方式等有关。煤燃烧过程中所生成的 NOx 分为三种类型,即热力型 NOx 、燃料型 NOx 和快速型 NOx[1]。按生成比例为,燃料型NOx是最主要的,占NOx总量60%~80%,热力型NOx次之,快速型NOx量最少[2]。
1.1 热力型NOx
热力型NOx,也称温度型NOx,是指在高温环境中,燃烧用空气中的氮被氧化生成的NOx。热力型NOx的产生机理是由前苏联科学家Zeldovich提出的,按照这一机理,其产生过程可由链锁反应原理来说明,主要的反应方程式如下[1]:
O2+M→2O+M (2-1)
O+N2→NO+N (2-2)
N+O2→NO+O (2-3)
N+OH→NO+H (2-4) 其总反应式为:
N2+O2=2NO (2-5)
2NO+O2=2NO2 (2-6)
燃烧系统中共存着以上两个反应,主要是反应式2-5,所以,烟气中同时存在NO、NO2,主要是NO,大约占总 NOx的95%,其余是NO2[13]。
Arrhenius定律适用于热力型NOx的产生速率,以下速率表达式用于计算其产生速率[1]:
(2-7)
式中 [NO]、[O2]、[N2]——相应组分NO、O2、N2的摩尔浓度,mol/cm3;
燃烧型氮氧化物生成、控制途径及技术浅谈
【摘 要】燃料燃烧的过程会生成NO和NO2两种氮的氧化物称为氮氧化物,氮氧化物是造成大气污染的主要污染源之一,NOx产生机理有热力型、快速型及燃料型三种方式,热力型和快速型在两种氮氧化物所占比重较小,燃烧型氮氧化物才是产生氮氧化物的主要来源,通过分析燃料型产生机理,来降低和控制NOx产生,通过低氮燃烧技术组合研发各种不同的低氮燃烧方式已达到控制降低氮氧化物的排放。
【关键词】氮氧化物;低NOx燃烧技术;机理
氮氧化物是造成大气污染的主要污染源之一。通常所说的氮氧化物NOx有多种不同形式:N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4和 N2O5,其中NO和NO2是主要的大气污染物。我国氮氧化物的排放量中70%来自于煤炭的直接燃烧。
研究表明,氮氧化物的生成途径[2]有三种:(1)热力型NOx,指空气中的氮气在高温下氧化而生成NOx;(2)快速型NOx,指燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如CH等反应生成NOx;(3)燃料型NOx,指燃料中含氮化合物在燃烧过程中进行热分解,继而进一步氧化而生成NOx;在这三种形式中,快速型NOx所占比例不到5%;在温度低于1300℃时,几乎没有热力型NOx。对常规燃煤锅炉而言,NOx主要通过燃料型生成途径而产生。控制NOx排放的技术指标可分为一次措施和二次措施两类,一次措施是通过各种技术手段降低燃烧过程中的NOx生成量;二次措施是将已经生成的NOx通过技术手段从烟气中脱除。
1.热力型
热力NOx的生成和温度关系很大,在温度足够高时,热力型NOx的生成量可占到NOx总量的30% ,随着反应温度T的升高,其反应速率按指数规律增加。当T1300℃时T每增加100℃,反应速率增大6~7倍。
热力型NOx的生成是一种缓慢的反应过程,是由燃烧空气中的N2与反应物如O和OH以及分子O2反应而成的。所以,降低热力型NOx的生成主要措施如下:
NOx生成及控制措施
一概述
中国是一个以煤炭为主要能源的国家,煤在一次能源中占 75 %, 其中84 %以上是通过燃烧方法利用的。煤燃烧所释放出废气中的氮氧化 物(NOx),是造成大气污染的主要污染源之一。氮氧化物(NOx)引起的 环境问题和人体健康的危害主要有以下几方面:氮氧化物
(NOx)的主要危害:
(1) NOx对人体的致毒作用,危害最大的是NO2,主要影响呼吸系统,
可引起支气管炎和肺气肿等疾病;(2)NOx对植物的损害;(3)NOx是形
成酸雨、酸雾的主要污染物;(4)NOx与碳氢化合物可形成光化学烟 雾;(5)NOx参与臭氧层的破坏。
(2) 不同浓度的NO2对人体健康的影响
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分钟内引起胸痛
100-150 人在30-60分钟就会因肺水肿死亡
200以上 人瞬间死亡
二、燃煤锅炉NOx生成机理
氮氧化物(NOx)是造成大气污染的主要污染源之一。通常所说的
NOx 有多种不同形式:N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4 禾口 N2O5 , 其中NO和NO2是重要的大气污染物,另外还有少量N2O。我国氮氧 化物的排放量中70 %来自于煤炭的直接燃烧,电力工业又是我 国的燃煤 大户,因此火力发电厂是NOx排放的主要来源之一。
煤的燃烧过程中产生的氮氧化物(NOx )主要是一氧化氮(NO)和
二氧化氮(NO2 ),在煤燃烧过程中氮氧化物的生成量和排放量与煤的
燃烧方式,特别是燃烧温度和过量空气系数等密切相尖。 燃烧
形成的NOx生成途径主要由以下三个:为燃料型、热力型和快速型3 种。其中快速型NOx生成量很少,可以忽略不计。
1. 热力型NOx
指空气中的氮气(N2 )和氧(02)燃料燃烧时所形成的高温环
境下生成的NO和NO2的总和,其总反应式为: