NOX的种类以及生成机理

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 N2O5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；t——反应时间，s；T——反应温度，K；根据速率表达式可以看出,温度与热力型NOx产生速率为指数函数关系，温度为影响热力型NOx产生的主要因素。

煤粉燃烧器燃烧过程中的NOx生成机理研究煤粉燃烧是一种常见的能源转化方式，可以为工业生产和居民供暖提供大量的热能。

然而，煤粉燃烧过程中生成的氮氧化物（NOx）是一种重要的大气污染物，对大气环境和人体健康产生负面影响。

因此，研究煤粉燃烧器燃烧过程中NOx生成的机理，对于减少大气污染、改善空气质量具有重要意义。

NOx是指一类氮氧化物，主要包括一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）。

在煤粉燃烧器燃烧过程中，NOx的生成主要是由两个主要反应路径引起的：热力生成途径和燃料成分生成途径。

首先，热力生成途径是指NOx生成与燃烧温度有关。

这个途径中，NOx的生成主要发生在大气氮气的三体反应中，该反应需要高温才能发生。

在煤粉燃烧中，燃料燃烧的高温区域通常是在燃烧器的燃烧区域。

燃烧室中的高温条件促使氮气分子发生不完全的氧化反应，生成一氧化氮和二氧化氮。

其次，燃料成分生成途径是指NOx生成与燃料中的氮化物有关。

煤粉燃烧过程中，煤中的氮在相对较低的温度下，与燃料中的氢或氧发生反应，生成氨和硝酸盐。

这些氮化物在燃烧气氛中进一步氧化，生成NOx。

此外，煤中的有机氮也会发生同样的氧化反应。

因此，烟气中产生的NOx含量与煤中的氮含量、煤的粒度以及燃烧过程中的温度和氧浓度等因素有关。

针对上述机理，研究人员通过实验和数值模拟等手段进行了深入研究。

实验方面，通过调节燃烧温度、氧浓度等条件，并对生成的燃烧产物进行分析，可以获得在不同条件下NOx生成特点。

数值模拟方面，基于流体力学、化学动力学等原理，建立了煤粉燃烧过程的模型，模拟了燃烧过程中的温度场、浓度场等参数，从而预测和优化煤粉燃烧器的设计。

在实验研究中，一些控制措施和技术被提出，以减少煤粉燃烧过程中NOx的生成。

其中包括燃烧器高效低氮燃烧技术、循环燃烧技术和SNCR（选择性非催化还原）技术等。

这些措施通过改变燃烧室的设计、调整燃烧参数、添加NOx还原剂等方式，有效降低了煤粉燃烧过程中NOx的生成。

燃烧过程中氮氧化物的生成机理一、本文概述氮氧化物（NOx）是燃烧过程中产生的一类重要污染物，对人类健康和环境质量构成了严重威胁。

本文旨在深入探讨燃烧过程中氮氧化物的生成机理，为有效控制其排放提供理论基础。

文章首先概述了氮氧化物的主要来源和危害，然后详细介绍了燃烧过程中氮氧化物的生成途径，包括热力型NOx、快速型NOx和燃料型NOx的生成过程。

接着，文章分析了影响氮氧化物生成的主要因素，如燃烧温度、氧气浓度、燃料种类等。

在此基础上，文章探讨了降低氮氧化物排放的技术措施，如低氮燃烧技术、烟气脱硝技术等。

文章对氮氧化物生成机理的未来研究方向进行了展望，旨在为燃烧过程氮氧化物减排技术的研发和应用提供有益参考。

二、氮氧化物的生成途径氮氧化物的生成主要发生在高温、富氧的燃烧环境中，其生成途径主要分为三种：热力型NOx、快速型NOx和燃料型NOx。

热力型NOx：在高温条件下，空气中的氮气与氧气直接发生反应，生成NO，这是热力型NOx的主要生成方式。

这种反应通常在燃烧区域的温度高于1500℃时发生，且随着温度的升高，NO的生成速率会显著增加。

快速型NOx：快速型NOx主要在碳氢燃料浓度较高的区域生成，其中燃料中的碳氢化合物与氮气、氧气以及羟基自由基（OH）等发生反应，生成NO。

这种反应方式在火焰前锋的富燃料区域中特别显著，因为这里的碳氢化合物浓度最高。

燃料型NOx：燃料型NOx的生成与燃料中的氮元素有关。

在燃烧过程中，燃料中的氮元素首先被氧化为氨（NH3）和氰化氢（HCN）等中间产物，这些中间产物再进一步与氧气反应生成NO和NO2。

燃料型NOx的生成量取决于燃料的种类和燃烧条件，如火焰温度、氧气浓度以及燃料与氧气的混合程度等。

在燃烧过程中，这三种NOx生成途径可能同时发生，但在不同的燃烧条件和燃料类型下，它们对总NOx生成量的贡献可能会有所不同。

例如，在燃气轮机和高温工业锅炉中，热力型NOx是主要的NOx生成途径；而在柴油机和某些燃煤锅炉中，燃料型NOx的贡献可能更为显著。

氮氧化物的产生机理及脱氮技术原理：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0.5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。

关于锅炉燃烧NOx生成机理及调整控制方法锅炉燃烧产生的NOx可分为热力型、燃料型和快速型三种，热力型、燃料型和快速型NOx在煤粉燃烧时会同时生成。

但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。

热力型NOx产生的主要条件是高的燃烧温度使氮分子游离增本化学活性，其次是高的氧浓度，要减少热力型NOx的生成，可采取： (1)减少燃烧最高温度区域范围；(2)降低锅炉燃烧的峰值温度；(3)降低燃烧的过量空气系数和局部氧浓度。

燃料型NOx是燃料内含氮在燃烧过程中成离子析出与含氧物质反应形成NOx，或与含氮物质反应又成氮分子。

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。

根据NOx的生成机理，在燃烧器设计上采用了SOFA和OFA分级燃烧技术的同时，还采用了煤粉浓淡分离技术，尽可能抑制NOx的生成。

另外，我厂锅炉在高负荷时产生的NOx降低、低负荷时升高的情况，原因主要是由于负荷降低时，各层燃烧器煤粉浓度降低，炉膛内局部还原性气氛减弱，引起NOx产生增加。

根据NOx产生的机理，从降低排放NOx浓度方向，提出以下调整方法：1.根据NOx产生机理，以下调整主要通过燃烧、配风等方式的改变来减少NOx的生成。

但可能造成汽温的变化时，应通过燃烧器摆角的调整来调节汽温；2.提高炉膛与风箱差压，满负荷时0.65~0.75kPa，低负荷区段保持在0.4~0.55kPa。

高负荷开足上部OFA和SOFA风门挡板，关小周界风挡班开度至20%，除下部AA层挡板开度在60%，其余各层挡板开度30%；3.经常检查氧量测点及标定表计，并根据总风量以及送风机的电流、开度等，判断炉内燃烧是否正常，在保证燃烧安全的前提下，尽量维持低氧量燃烧，对降低NOx排放有利；4.调整各层煤量，最下层和最上层的煤量要少于中间两层10~15%，如果总煤量是120T/h，则B：28 T/h、C：32 T/h、D：32 T/h、E：28 T/h，并且根据各层煤量，按规程控制磨的出口温度；5.在减少漏煤、飞灰和炉渣的含碳量，且不明显增加磨煤机电耗的情况下，调整煤粉细度，A、E两层R90=19%，其余各层R90=24%，如果磨煤机有较大裕量，还可以适当减小细度，以增加煤粉初期的低氧燃烧生成还原性强的CO，以抑制NO的形成。