氮氧化物的产生

氮氧化物（NOx）的生成机理燃料燃烧生成的NOx主要有NO和NO2，另外还有少量的N2O。

在燃料的燃烧过程中，NOx的生成量和排放量与燃烧方式(特别是燃烧温度和过量空气系数等)密切相关，在燃烧过程中,NOx的产生按生成机理分为以下三类:(1)在高温燃烧时,空气中的N2和O2在燃烧中形成的NOx，称为热力型NOx；(2)燃料中有机氮经过化学反应而生成的NOx,称为燃料型NOx；(3)在火焰边缘形成的快速型NOx。

其中燃料型NOx占70%～95%。

热力型NOx是燃烧时空气中的N2和02在高温条件下反应生成的NOx。

温度对热力型NOx的生成具有决定性的作用，其生成速度和温度的关系符合阿伦尼乌斯定律，随着温度的升高，热力型NOx的生成速度按指数规律迅速增长。

实验表明，当温度达到1500℃时，温度每提高100℃，反应速度将增加6-7倍。

除了反应温度外，热力型NOx还和N2、O2浓度及停留时间有关，也就是说，燃烧设备的过量空气系数和烟气停留时间对热力型NOx的生成也有较大的影响。

因此，要降低热力型NOx的生成，需要降低燃烧温度，避免产生局部高温区，缩短烟气在炉内高温区的停留时间和降低烟气中O2的浓度。

燃料型NOx是燃料中的氮化合物经热分解再和空气中的氧进行反应生成。

燃料中的氮一般以氮原子的形态与各种碳氢化合物结合，形成氮的环状或链状化合物，而氮在燃料中的含量一般在0.5%-2.5%左右。

燃料型NOx的生成机理和还原过程非常复杂，它们有多种可能的反应途径。

燃料型NOx不仅和燃料的特性、结构、挥发份氮的比例有关，而且还和燃烧条件密切相关。

快速型NOx主要是燃料中碳氢化合物在燃料浓度较高的区域燃烧时所产生的烃与空气中的N2反应，形成的CN和HCN等化合物继续被氧化而生成的NOx。

在燃煤锅炉中，其生成量很小，一般在燃用不含氮的碳氢燃料时才予以考虑。

目前，国家相关标准规范中推荐的脱硝方式有低氮燃烧（LNB）技术、选择性非催化还原（SNCR）脱硝技术、选择性催化还原（SCR）脱硝技术。

氮氧化物生成的原理
氮氧化物（NOx）生成的原理主要有两个方面：热氧化生成和燃烧生成。

1. 热氧化生成：在高温条件下，氮气和氧气会发生氧化反应生成氮氧化物。

这种情况经常出现在工业燃烧过程中，特别是高温燃烧。

2. 燃烧生成：在燃烧过程中，燃料中的氮（通常是空气中的氮气）会与氧气反应生成氮氧化物。

这主要是由于燃料氮在高温燃烧区域内与氧气发生复杂反应，其中包括氧化、还原和氮气的氧化等过程。

总体来说，氮氧化物的生成与燃料中的氮含量、燃烧过程中的温度和氧气的供应有关。

高温和富氧条件下，气体燃烧过程中产生的氮氧化物含量较高。

专题4教案学案（4）（2010-1-12） 班级_________姓名_________ 组题人：陈巧云 审题人：田建红氮氧化物的产生及转化【主干知识】1、氮气：无色无味、难溶于水的气体。

空气中78%（体积分数）是氮气。

氮分子（N 2）为双原子分子，结构稳定，决定了氮气性质的稳定性，常温下氮气很稳定，很难与其它物质发生反应，因此，生产上常用氮气作保护气。

但这种稳定是相对的，在一定条件下（如高温、放电等），也能跟某些物质（如氧气、氢气等）发生反应。

2、固氮作用：游离态氮转变为化合态氮的方法。

途径 举例自然固氮 → 闪电时，N 2 转化为NON 2 + O2 == 2NO生物固氮 → 豆科作物根瘤菌将N 2 转化为化合态氮工业固氮 → 工业上用N 2 和H 2合成氨气N 2 + 3H 2 催化剂 高温高压 2NH 3 3、氮氧化物（NO 和NO 2）：【巩固练习】1、下列物质不属于城市空气质量日报的是( )A 、二氧化硫B 、氮氧化物C 、二氧化碳D 、悬浮颗粒2、实验室制备下列气体，只能用排水法收集的是( )A 、NO 2B 、NOC 、O 2D 、H 23、下列气体由于能结合血红蛋白而引起中毒的是( )放电成功不是将来才有的，而是从决定去做的那一刻起，持续累积而成。

A 、Cl 2B 、NOC 、O 2D 、CO4、鉴别NO 2和溴蒸汽的方法正确的是( )A 、用氢氧化钠溶液B 、用湿润的淀粉碘化钾试纸C 、用硝酸银溶液D 、用蒸馏水5、美国医学教授因发现X 物质在人体血管系统内具有传送信号的功能而荣获1998年诺贝尔生理学和医学奖。

因此 X 物质被誉为“生物信使分子”。

已知 X 是一种奇电子数分子，也是一种污染大气的无色气体且能使血红蛋白失去携氧能力。

则 X 是：( )A.COB.HFC.CO 2D.NO6、起固氮作用的化学反应的是 ( )A.工业上用氮气和氢气合成氨气B.一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮C.氨气经催化氧化生成一氧化氮D.由氨气制碳酸氢氨和硫酸氨7、在NO 2与水的反应中，水( )A ．是还原剂B ．是氧化剂C ．既是氧化剂又是还原剂D ．既不是氧化剂又不是还原剂8、一定体积下，将等体积的NO 和O 2的混合气体置于试管中，并将试管倒立于水槽中，充分反应后剩余气体的体积约为原气体总体积的( )A 、41B 、43C 、81D 、839、在体积为VL 的密闭容器中通入a mol NO 和b mol O 2，反应后容器内氮原子数和氧原子数之比为( )A 、b aB 、b a 2C 、b a a 2+ D 、)2(2b a a +10、在标准状况下，将NO 2和O 2按体积比为4﹕1充满一个干燥的烧瓶，将烧瓶倒置于水中，瓶内液面上升，最后烧瓶内溶液的物质的量浓度为 ( )A 、0.045mol/LB 、0.036mol/LC 、0.026mol/LD 、0.030mol/L11、电闪雷鸣是人们司空见惯的自然现象，地球上每年平均发生315160余次闪电每当雷电交加之际，空气中可能发生如下反应：① ②③12、NO 分子因污染空气而臭名昭著。

氮氧化物主要性质
氮氧化物是氧气和氮元素组成的一类化合物，是一种重要的大气污染物。

它是从人类活动产生的排气中释放出来的，如燃烧煤炭、石油或天然气，以及使用氮化肥料的农业活动的蒸汽燃烧而产生的。

大气中的氮氧化物包括氮氧化物(NO)、二氧化氮(NO2)和三氧化二氮(N2O5)。

氮氧化物具有非常重要的环境效应。

NO2能损害人类的健康，也使臭氧层损害更加严重；同时还会降低植物的光合作用效率以及降低植被的稳定性。

N2O更是全球变暖的一项有力因素，它是第二大二氧化碳的来源。

在空气质量改善方面，有必要控制NO2和N2O的排放，减少对大气的污染。

排放的氮氧化物常用的控制技术是限制燃烧温度，降低可燃物，使用催化剂和添加氨气等。

此外，排放污染物的排放标准通常被广泛采用，使大气中氮氧化物的污染得到有效控制，以改善大气质量。

综上所述，氮氧化物是一种重要的大气污染物，它具有损害人类健康和环境的潜在危害。

因此，各国应采取有效控制氮氧化物污染的措施，来降低它们对空气质量的影响，改善大气环境。

一、氮氧化物的产生机理在氮氧化物中，NO占有90%以上，二氧化氮占5%-10%，产生机理一般分为如下三种：（a）热力型燃烧时，空气中氮在高温下氧化产生，其中的生成过程是一个不分支连锁反应。

其生成机理可用捷里多维奇(Zeldovich)反应式表示。

随着反应温度T的升高，其反应速率按指数规律。

当T<1500℃时，NO的生成量很少，而当T>1500℃时，T每增加100℃，反应速率增大6-7倍。

热力型氮氧化物生成机理(Zeldovich反应式)在高温下总生成式为（b）瞬时反应型(快速型)快速型NOx是1971年Fenimore通过实验发现的。

在碳氢化合物燃料燃烧在燃料过浓时，在反应区附近会快速生成NOx。

由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基可以和空气中氮气反应生成HCN和N，再进一步与氧气作用以极快的速度生成，其形成时间只需要60ms，所生成的与炉膛压力次方成正比，与温度的关系不大。

上述两种氮氧化物都不占NOx的主要部分，不是主要来源。

（c）燃料型NOx由燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成。

由于燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度，在600－800℃时就会生成燃料型，它在煤粉燃烧NOx产物中占60－80％。

在生成燃料型NOx过程中，首先是含有氮的有机化合物热裂解产生N，CN，HCN和等中间产物基团，然后再氧化成NOx。

由于煤的燃烧过程由挥发份燃烧和焦炭燃烧两个阶段组成，故燃料型的形成也由气相氮的氧化（挥发份）和焦炭中剩余氮的氧化（焦炭）两部分组成。

燃料中氮分解为挥发分N和焦炭N的示意图二、低NOx燃烧技术原理对于没有脱硝设备和脱硝燃烧器的燃煤锅炉来说，也就是采用低氮燃烧技术来减少NOx的生成机会。

1）在燃用挥发分较高的烟煤时，燃料型NOx含量较多，快速型NOx极少。

燃料型NOx是空气中的氧与煤中氮元素热解产物发生反应生成NOx，燃料中氮并非全部转变为NOx，它存在一个转换率，降低此转换率，控制NOx排放总量，可采取：（1）减少燃烧的过量空气系数；（2）控制燃料与空气的前期混合；（3）提高入炉的局部燃料浓度。

燃烧过程中氮氧化物的形成机理一、引言随着工业化的快速发展，燃烧过程在人类生活中扮演着越来越重要的角色。

燃烧过程中产生的氮氧化物(NOx)对环境和人类健康造成了极大的危害。

因此，研究燃烧过程中氮氧化物的形成机理，对于减少污染物排放、保护环境具有重要意义。

本文将从理论角度出发，详细阐述燃烧过程中氮氧化物的形成机理。

二、燃烧过程中氮氧化物的形成1.1 氮氧化物的形成途径氮氧化物主要由两种形式存在：一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。

在燃烧过程中，这两种氮氧化物的形成途径如下：(1)燃料中的氮元素与氧气在高温下反应生成一氧化氮(NO):N2 + O2 → 2NO(2)一氧化氮与空气中的氧气反应生成二氧化氮(NO2):2NO + O2 → 2NO21.2 影响燃烧过程中氮氧化物形成的主要因素燃烧过程中氮氧化物的形成受到多种因素的影响，主要包括以下几个方面：(1)燃料特性：燃料中的氮含量、燃料中的硫含量、燃料中的微粒直径等都会影响燃烧过程中氮氧化物的形成。

一般来说，含氮量较高的燃料在燃烧过程中产生氮氧化物的可能性较大；含硫量较高的燃料在燃烧过程中容易产生硫酸盐型氮氧化物；微粒直径较小的燃料在燃烧过程中更容易形成NOx。

(2)空气特性：空气的温度、湿度、氧气浓度等都会影响燃烧过程中氮氧化物的形成。

一般来说，空气温度较高、湿度较低、氧气浓度较高时，燃烧过程中氮氧化物的形成可能性较大。

(3)燃烧器结构：燃烧器的形状、尺寸、材料等都会影响燃烧过程中氮氧化物的形成。

一般来说，火焰较宽、焰心较高的燃烧器在燃烧过程中产生氮氧化物的可能性较大。

三、燃烧过程中氮氧化物的形成机理分析2.1 燃料中的氮元素与氧气的反应燃料中的氮元素主要来源于化石燃料，如煤、石油、天然气等。

这些燃料在燃烧过程中，氮元素与氧气发生反应生成一氧化氮(NO)。

这一过程是一个经典的化学反应，其反应式为：N2 + O2 → 2NO在这个反应过程中，燃料中的氮元素和氧气的原子数之比决定了一氧化氮(NO)的产率。

氮氧化物生成的类型：热力型NOx:主要是在温度高于1500℃时 ,空气中的N2和O2反应而生成。

燃料型NOx:是燃料和原料中的氮氧化而生成的。

煤中氮主要以有机形态赋存，氮含量约为0.5%～2.5%；原料中氮含量主要以 NH4 +形式存在于有机组分中，由天然原料配成的生料中，NH4 +含量约为80～200g/t。

瞬时型NOx:是碳氢类燃料在过剩空气系数α1的富燃料条件下 ,碳氢化合物和 N2在火焰面内快速反应而生成。

氮氧化物生成量水泥熟料烧成过程中，回转窑窑头使用大约整个系统用煤量的40%，产生的NOx约750～1200ppm；经过分解炉的相关作用，出预分解系统的NOx约为600～700ppm 。

烧成系统平均排放浓度为650ppm。

相当一部分新型干法水泥生产线NOx排放浓度超过这个平均数据。

超标原因：燃料品质；原材料配料，操作参数及操作稳定性等1.回转窑部分NOx生成类型和生成量的主要因素烧成温度的影响回转窑主燃烧器火焰温度高达1700～2000 ℃，这种量级的火焰温度会促使热力型 NOx大量生成。

研究表明，当温度高于1500℃时，温度每上升100℃，热力型NOx的反应速率就会增长6--7倍。

火焰形状的影响根据定性判断,火焰形状拉长，可以降低高温点温度，减少热力型NOx生成量。

但过长的火焰会降低高温区烧成温度，从而影响水泥熟料质量（游离钙高，合格率降低）。

废气在窑内的停留时间在热能流量相同的条件下，窑截面空气流量越大，燃烧气体在高温区的停留时间越短，形成的NOx量越少。

因此缩短烟气在燃烧器出口端附近高温区停留时间,可减少氧分子和氮分子的氧化反应机率，从而可降低 NOx的生成量。

过剩空气系数在热能流量相同的条件下，窑截面空气流量越大，燃烧气体在高温区的停留时间越短，形成的NOx量越少。

因此缩短烟气在燃烧器出口端附近高温区停留时间,可减少氧分子和氮分子的氧化反应机率，从而可降低 NOx的生成量。

煤粉的水分和细度二次风的含尘量2.预热预分解系统NOx生成类型和生成量的主要因素分解炉和窑尾上升管道区域 ,燃料燃烧温度约为950～1200℃，在此温度范围内，基本不产生热力型NOx。