燃烧过程中NOX处理技术研究

1、燃烧过程中NOx的治理技术研究燃烧过程中NOX处理技术研究摘要氮氧化物作为化工行业的主要大气污染物质，如果任其排放，会造成很严重的污染，它不仅对我们生活的环境造成影响，还会间接性的影响我们的健康，最终使我们人类生存受到威胁，所以我们应对其处理进行不断的研究和完善，从而能够使我们的社会和谐稳定的发展，使我们的生活环境得到保障。本文首先考虑石家庄的大气污染特点，对石家庄的大气污染进行归类分析，然后对氮氧化物的生成机理进行分析，然后针对在燃烧过程中如何降低氮氧化物进行研究，介绍了国内外多种燃烧过程中降低氮氧化物的技术，于此同时，本论文还介绍了其他治理大气中氮氧化物的方法。关键词：氮氧化物，氮氧化物危

2、害，降低NOx排放技术。Combustion process NOX treatment technology research AbstractNitric oxide as the main chemical industry atmospheric pollution matter, if allowed its emissions, can cause serious pollution, it not only for our living environment impact, will also through the indirect effects, eventually m

3、ake us human existence threatened, so we cope with its treatment of continuing the research and perfect, in order to make our society harmonious and stable development, and make our health get ensuring. This paper first consider shijiazhuang of atmospheric pollution characteristics, the atmospheric

4、pollution of the pollution of shijiazhuang categorize analysis, and then to nitric oxide formation mechanism analysis, then based on combustion in the process of how to reduce nitrogen oxides are studied, and introduces a variety of combustion process is reduced when oxide technology, at the same ti

5、me, this paper also introduces the other governance atmosphere nox method. Keywords: nitrogen oxides, and nitrogen oxides harm, reduce NOx emission techniques. 第1章 绪 论1.1 国际形势随着人类对可持续发展战略认识的不断深入，环境污染问题已经引起世界各国的高度重视，可持续发展和创造和谐社会已经成为国家的重要议题，化学工业如何实施减少废料、防止污染，向“绿色化工”转化已经成为当今社会关注的焦点，怎么保护环境是21世纪的重要课题之一。大

6、气环境污染是当代具有全球性的环境污染问题，改善环境空气质量，维护人类健康是我们急需解决的时代问题。在众多大气污染中SO2、NOx等的治理对人类生活有着极其重要的现实意义。其中氮氧化物（NOx）是重点控制的污染物之一，一方面NOx在一定条件下可以和碳氢化合物一起形成光化学烟雾破坏大气环境，严重危害人类健康，恶化人类赖以生存的环境；另一方面，NOx又是形成酸雨的主要因素，目前世界各地都有大片酸雨地带，我国酸雨的发展也异常迅速，严重的酸性降雨和脆弱的生态系统使我国经济遭受严重损失。自20世纪70年代起，欧、美、日等发达国家相继对NOx的排放作了限制，并且随技术与经济的发展，限制日趋严格。在中国随着经

7、济的快速发展，环境污染日趋严重，特别是燃煤烟气和生产、使用硝酸型工厂排放的NOx，对大气污染已成为一个不容忽视的重要问题。鉴于此，国家环保局于20世纪90年代中后期，对NOx的排放做出了限制。本论文首先考虑石家庄的大气污染特点，对石家庄的大气污染进行归类分析，然后对氮氧化物的生成机理进行分析，然后针对在燃烧过程中如何降低氮氧化物进行研究，介绍了国内外多种燃烧过程中降低氮氧化物排放的技术，于此同时，本论文还介绍了其他治理大气中氮氧化物的方法。1.2 石家庄大气污染现状及原因分析1.2.1 石家庄大气污染现状近年来，随着城市工业的发展，大气污染日益严重，空气质量进一步恶化。石家庄的首要污染物可吸入

8、颗粒物（PM10）。由于它们直径很小，且夹杂着细菌，可以被人体吸入体内，引起疾病。同时，由于它们很轻，不宜沉降，总是漂浮在空中，阳光照射在这些微尘上，被吸收或散射，致使天空显得灰蒙蒙的，能见度明显下降。扬尘污染也比较严重，特别是雨后就更显得直观，汽车挡风玻璃上全是泥水，就连眼镜片上也满是泥水。由于少数地区垃圾处理不善，成堆的垃圾在地面上腐烂，随风一锤，一股恶臭扑鼻而来，让人倍觉恶心。工厂排出的废水、废气，也使大气污染受到不同程度的影响，给市民的工作和生活带来严重的不便。作为“药都”，石家庄的NOx污染也相当严重，大大小小的药厂和化工厂向空气中大量排放NOx，严重影响人类的正常生活。1.2.2

9、石家庄大气污染原因分析1 ）地形和气候因素是影响石家庄市大气质量的基本原因石家庄位于河北省中南部，西依太行山脉，东、南、北均为辽阔的华北大平原。而与此同时，石家庄属温带大陆性季风气候，四季分明，具有冬季寒冷少雪，春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季晴朗凉爽等特征。这些特定的地理和气候因素，是石家庄的大气污染面临严峻的挑战。由于东南风的作用，石家庄上空的可吸入颗粒物和其他污染物质随风西移，当遇太行山脉的阻挡后，又转向东移，返回原地。而与此类似，当刮西北风的时候，由于太行山脉这一巨大的屏障，使西北风被拦截在山西境内，一些污染物质也无法被刮走，而只能继续停留在石家庄的上空。2）城市建设是影响石家庄大气质

10、量的重要原因根据对主要大气污染的分类统计分析，其主要来源可概括为三大方面：燃料燃烧工业生产过程交通运输等。根据统计资料，以上三方面产生的大气污染所占的比例分别为70%、20%和10%。在直接燃料的燃烧中，燃烧排放的大气污染物数量约占燃料燃烧排放总量的96%，其中燃煤排放的烟尘、SO2、NOx和CO的数量占燃料燃烧排放比例分别为99%、93%、81%和97%。各种工业生产过程中产生的大气污染排放量虽仅占大气污染总排放量的1/5左右，但由于排放点比较集中。浓度较高，所以对工矿区或局部的大气污染较为严重。机动车等流动源在交通比较繁忙的街道，如裕华路、中山路等，可能造成CO、NOx和HC的严重污染。

11、燃料燃烧。在石家庄，天然气在居民的生活中还没有普及，煤仍然是人们的首选燃料。而在燃煤市场上，高硫煤仍占主导地位。由于经济条件的限制，人们不可能放弃廉价的高硫煤而去购买环保型的低硫煤。这就造成SO2的大量排放。同时，由于石家庄地处华北，冬季寒冷，需要供暖，而一些单位为了省钱，实行自给自足的供暖制度，这就增加了煤的燃烧量，使大气背上了沉重的包袱。 工业生产过程。近些年来，石家庄纺织工业发展迅速，是我国棉纺织工业基地之一，化学工业也是重点发展部门，有规模较大的华北制药厂和石家庄化肥厂，煤炭工业亦占有重要地位。这些性质的工矿企业即使石家庄的重点发展部门，也是污染最为严重的企业。而且这些工矿企业大多数集

12、中在市区，如具有相当规模的华北制药厂和石家庄化肥厂等。此外，还有一些粉末冶金厂、印染厂也是石家庄大气污染的主力军。 交通运输。近些年来，石家庄经济发展迅速，交通运输也随之发展。特别是近年来，私人轿车的数量急遽增多。但是，交通运输的发展带来了严重的环境问题。汽车的尾气中含有大量的CO,对人体的危害极大，特别是一些柴油大货车和冒烟车辆，排放的尾气中夹杂着大量的可吸入颗粒物，是导致疾病的重要因素。第2章 NOx的介绍2.1 NOx的分类NOx是氮氧化物（nitrogen oxides）的简称，包括多种化合物，如一氧化二氮（N2O）、一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）、三氧化二氮(N2O3)、四氧化

13、二氮（N2O4）和五氧化二氮（N2O5）等。除二氧化氮以外，其他氮氧化物极不稳定，遇光、湿或热变成二氧化氮及一氧化氮，一氧化氮又变成二氧化氮。所以通常提到NOx主要指一氧化氮和二氧化氮。NOx都具有不同程度的毒性。2.1.1 一氧化二氮一氧化二氮，N2O,分子量44.01，是无色有甜味的气体。液体的一氧化二氮无色、透明。易流动，固态则为无色针形结晶。在标准状态下，一氧化二氮的密度1.450kg/m3，临界温度为36.5，临界压力为7.17MPa，沸点为-90.7，冰点为-102.73.一氧化二氮能溶于水，但是不能与水反应，能助燃，是一种氧化剂，有麻醉作用，有“笑气”之称，当超过560时，能迅速

14、分解为氮和氨。2.1.2 一氧化氮一氧化氮，NO，分子量30.01，是无色气体，易与氧化合，但温度高于670时则不能，在常温下与氧混合能生成棕黄色的二氧化氮气体。一氧化氮与二氧化氮在常温下相遇，即生成三氧化二氮。在标准状态下，一氧化氮气体密度为1.340kg/m3，在常压下当温度低于-151.4时，即冷凝成无色液体，临界温度为-94，临界压力为6.47MPa，沸点为-151.2冰点为-161，当温度为-156，液体密度为1.277 kg/L。2.1.3 二氧化氮二氧化氮，NO2，分子量46.01，红棕色气体，有毒有刺激性气味，其特点是在气相状态下有叠合作用，生成四氧化二氮，并为可逆反应，降低温

15、度，提高压力，反应向四氧化氮方向进行。二氧化氮与四氧化氮总是呈平衡状态，其平衡浓度依温度而定。二氧化氮在温度高于600时，能分解为一氧化氮和氧气，二氧化氮与水反应，生成硝酸和一氧化氮。2.1.4 三氧化二氮三氧化二氮，N2O3，分子量76.01，是红棕色有毒气体。它在常温下不稳定，当温度为3.5时，即冷凝为蓝色的液体，并迅速分解为一氧化氮和二氧化氮。当温度为-27时，三氧化二氮为深蓝色液体，温度达-103时，变为蓝色结晶。三氧化二氮的临界温度为-125，当温度为-195时固体密度为1782.0 kg/m3，-20时液体的密度为1476.0 kg/m3。2.1.5 四氧化二氮四氧化二氮，N2O4

16、，分子量92.01，它是由NO2叠合而成，气态、固态和纯液态为无色。随着温度的升高，二氧化氮增多，颜色变深，从褐色到赤红色，在大气压力下将其冷却到21.15时，即冷凝成密黄色液体，达到10时变成淡黄色，再冷却到-11.2时，则变成无色晶体。液态四氧化二氮的密度（-10）为1512.4 kg/m3，而固态在-79时为1896.0 kg/m3，临界温度为158，临界压力为10MPa。2.1.6 五氧化二氮五氧化二氮，N2O5,，分子量108.0，它是无色晶体，是一种不稳定的化合物，结晶仅在0 以下才稳定，是强氧化剂。 2.2 NOx的危害NOx的危害主要包括以下几点：（1） 对人体的致毒作用 NO

17、和NO2都是有毒物质，对人类和生物均有危害。NO和血红蛋白的亲和力比CO与血红蛋白的亲和力大几百倍，对生命构成巨大威胁，如果动物与高浓度的NO相接触，可出现中枢神经病变，NO2的毒性更大，约为NO的45倍，它对呼吸器官有强烈的刺激作用及腐蚀作用，能迅速破坏肺细胞，引起气管炎、肺炎、肺气肿、甚至肺癌，而且对心脏和肾脏以及造血组织等也有影响。（2） 对植物的损害作用 氮氧化物对植物有较大的危害，具有关资料介绍，体积百分比浓度为2.5×10-6氮氧化物7小时就会使豆类、西红柿等作物叶子变成白色，许多植物会因伤害死亡，此外，氮氧化物能使醋酸纤维、棉纱和人造丝等对色。（3） NOx是形成酸雾酸

18、雨的主要原因之一 NOx在大气中经过一系列转化，可形成硝酸、硝酸盐或烟硝酸盐等酸性雨雾，从而对大自然构成极大的危害。（4） NOx与碳氢化合物形成光化学烟雾 NO2在波长290430nm的紫外光照射下，发生反应和大气中的O2生成O3。当大气中含有碳氢化合物时，其中的烯烃和芳烃等有机物和与O3、NO的等反应生成一系列中间产物和最终产物。这些都是形成光化学烟雾的主要成分，光化学烟雾有强烈的刺激作用，能引起红眼病、损害植物、降低大气能见度、损害物品等。1944年美国洛杉矶光化学烟雾时间和我国兰州的光化学烟雾，都与NOx污染有直接的关系。（5） 破坏臭氧层 NOx在高空同温层中会破坏臭氧层, 使较多的

19、紫外线辐射到地面, 增加皮肤癌的发病率, 还可能影响人的免疫系统。 2.3 NOx的来源NOx以燃料燃烧过程中所产生的排放量最多，约占50%以上，其中70%来自于煤炭直接燃烧。固定源是NOx排放的主要来源，其余主要来自机动车辆，此外，一些工业生产过程也有NOx的排放。在我国，人为排放的NOx大多数来自燃料的燃烧，如以原煤为燃料的火电厂、工业窑炉、化工厂等。据统计，2005年后火电厂燃煤量将超过煤炭消费总量的一半，2020年将超过76%。NOx主要来源于高温燃烧，在燃烧过程中，天然存在的N2和O2化合形成NO直接排放，NO在空气中进一步氧化形成NO2。NO直接排放的浓度越高，外界环境温度越高，N

20、O2的转化速率越高。一般说来冬季燃料消耗增多，NO排放浓度较高，而夏季温度较高，NO2浓度较高。第3章 燃烧过程中NOx的生成机理3.1 NOx的生成机理一般情况下燃烧过程中生成的氮氧化物主要是NO和NO2，这二者统称为NOx，在低温条件下还会产生一定量的N2O。燃烧过程中生成NOx的种类和数量除了与燃料性质相关外，还与燃烧温度和过量空气系数等燃烧条件密切相关。在通常的燃烧温度下，煤燃烧产生的NOx中NO占90%以上，NO2占5%10%，N2O占1%左右。燃烧过程中NOx的产生有以下三种途径：在高温燃烧条件下，空气中氮气（N2）和氧气（O2）相互反应生成NOx，这种类型的NOx也称之为热力型N

21、Ox（Thermal NOx）；燃烧过程中，空气中的氮气N2和燃料中的碳氢基团（CH）反映生成HCN、CN等NO前驱物，这些前驱物又被氧化成为NOx，这种类型的NOx也称为快速型NOx（Prompt NOx）；燃料中的氮在燃烧过程中被氧化成为NOx，这部分NOx被氧化成为NOx，这部分NOx被成为燃料型NOx（Fuel NOx）。1） 热力型NOx生成机理燃料燃烧时会产生很高的温度，在高温条件下，空气中的N2分子会撞击O2分子，发生链式反应生成NOx，这部分NOx被称为热力型NOx。热力型NOx是在高温燃烧条件下（温度在1800K以上时）燃烧过程中NOx的主要来源之一。热力型NOx也是清洁燃料

22、（不含N的燃料，例如天然气、LPG等）燃烧产生NOx的主要途径。 2） 快速型NOx生成机理当碳氢化合物燃料燃烧时，在富燃料区域碳氢化合物分解生成的CH、CH2、CH、C和C2等基团会与空气中的N2反应生成CN、HCN，然后CN、HCN再被氧化生成NOx，这种了性的NOx称为快速型NOx。快速型NOx是碳氢系燃料在过量空气系数为=0708并预混燃烧时生成的，其生成特点不是在火焰面的下游，而是在火焰内部。它的生成机理至今还没有明确的结论。3） 燃料型NOx的生成机理在燃料燃烧过程中，燃料中的氮与O2反应生成NOx，这部分NOx被称之为燃料型NOx。对于不含氮的清洁燃料，在燃烧过程中则不会产生燃料

23、型NOx。各种燃料中的含量见表3-1表3-1 各种燃料的氮含量/% (质量分数)燃料的种类氮含量燃料的种类氮含量原油0.050.4煤（褐煤无烟煤）0.42.9沥青0.20.4石油焦炭1.33.0C重油0.180.21奥里乳化油0.60.8A重油0.0130.015油母页岩0.430.58汽油0.0120.013油母叶油0.41.2煤油0.0001沥青砂0.4左右无烟煤、焦炭和煤气是现在燃烧过程中最广泛使用的燃料。煤中氮含量一般为0.5%2.5%，氮与碳氢化合物结合成含氮的杂环芳香族化合物或链状化合物。煤中氮有机化合物的C-N结合键能为253630 KJ/mol，比空气中氮分子的N-N键能941

24、KJ/mol小得多。从氮氧化物生成的角度看，氧首先容易破坏C-N而与其中氮原子生成NOx。煤中氮在热解和燃烧时容易分解出来，煤燃烧时约为75%90%氮氧化物是燃料型NOx，特别是层燃方式有90%以上的NOx属于燃料型NOx。3.2 影响NOx生成的因素3.2.1 燃料特性影响由于NOx主要来自燃料的氮，从总体上看燃料氨含量越高，则NOx的排放量也就越大。因此，燃料中氮的存在形式不同，NOx生成量也就随之改变。此外，以胺形态（褐煤，页岩劣质燃料）存在于煤中的燃料氨在燃烧过程中主要生成NO；而以芳香环形态（烟煤，无烟煤）存在的燃料氮在挥发燃烧过程中主要生成N2O。煤挥发成分中的各种元素比也会影响N

25、Ox生成量，煤中O/N比值越大，NOx排风量越高，即使在相同O/N比值条件下，转化率还与过量空气系数有关，过量空气系数大，转化率高，是NOx排放量增加，见图，煤中S/N比值也会影响到各自的排放水平，S和N氧化时会相互竞争，因此，SO2排放量越高，则NOx排放量会相应降低。3.2.2空气系数的影响当空气不分级时，降低过低空气系数，在一定程度上会起到限制反应区内氧浓度的目的，因而对热力型NOx和燃料型NOx的生成都有明显的控制作用（如图），采用这种方法可使NO想生成量降低15%20 %。但是 CO浓度随之增加 ,燃烧效率下降.当空气分级时 ,可有效降低 NOx排放量 ,随着一次风量减少，二次风量增

26、加 ,N被氧化的速度降低 ,NOx排放量也相应下降。3.2.3 燃烧温度的影响燃烧温度对NOx排放量的已取得共识，即随着炉内温度的提高，NOx排放量上升。含氮量越高，燃料中氮向气相释放的量越低。过量空气越大，火焰温度越高时，这种负效应越明显。第4章 燃烧过程中降低NOx排放技术燃烧过程中NOx治理技术已经得到了广泛的研究和应用，目前治理NOx技术可以分为低NOx燃烧技术和烟气处理降低NOx技术两大类。通过NOx的生成机理可以发现，燃烧条件对NOx的生成和排放有很大影响，适当调整燃烧条件，就有可能减少NOx的生成和排放。通过改变燃烧的条件来控制NOx生成的技术成为低NOx燃烧技术，常用以下几种方

27、法控制燃烧过程中NOx的生成：1减少燃料周围氧浓度， 包括减少炉内过量空气系数以减少炉内空气总量，或减少一次风量和减少挥发分燃尽前燃料与二次风的混合，以减少着火区域的氧浓度。2 在氧浓度较低的情况下，维持足够的停留时间，使燃料中的氮不容易生成NOx，而且使生成的NOx经过均相反应或者异相反应而被还原分解。3 降低燃烧温度峰值，减少燃料在高温区停留时间，减少热力型NOx的生成，例如降低热风温度和烟气再循环等。4 在炉中加入还原剂，利用还原剂将NOx分解为N2，例如炉内加入NH3，喷入再燃料等。上述方法在实际应用中可以通过以下几种工艺方式实现：低氧燃烧、空气分级燃烧、燃料分级燃烧、烟气再循环、低N

28、Ox燃烧器，炉内喷射脱硝等。4.1 低氧燃烧低氧燃烧是使燃烧过程尽可能地在接近理论空气量的条件下进行，烟气中过剩氧的减少，可以抑制NOx的生成，这也是一种最为简便经济的降低NOx排放的方法。对于每一个具体的锅炉，过量空气系数对NOx的影响也不尽相同，因而采用低氧燃烧方法降低NOx程度也不相同。一般来说，采用低氧燃烧方法可以降低排放15%20%。采用低氧燃烧方式，不仅可以降低NOx的排放，而且锅炉排烟热损失减少，对提高热效率有利，但如果氧气浓度过低，排烟中CO、CmHn和烟黑等有害物质也相应增加，大大增加化学未完全燃烧损失，同时飞灰含碳量增加，导致机械不完全损失增加，燃烧效率降低。此外低氧浓度会

29、使得炉膛内某些区域成为还原性气氛，从而会降低灰熔点，引起炉膛壁的结渣和腐蚀。因此在确定低范围时要全面考虑燃烧效率，NOx的排放等问题。一般锅炉运行时保证空气系数在1.251.30左右则CO浓度不会太高，NOx的排放也会比较低。 4.2 空气分级燃烧空气分级燃烧是目前使用最为普遍的低NOx燃烧技术之一。空气分级燃烧的基本原理将燃料的燃烧过程分阶段来完成。在第一阶段，将从主燃烧器供入炉膛的空气量减少到总燃烧空气量的70%75%（相当于理论空气量的80%左右），使燃料在缺氧的富燃料情况下燃烧。此时第一级燃烧区内过量空气系数1，因而降低了燃烧区内的燃烧速度和水平，因此不但延迟了燃烧过程，而且在还原气氛

30、中降低了NOx的生成速度，抑制了NOx在这一区域的生成量。为了完成其余未燃尽物质的燃烧，在主燃烧器上方通过专门的空气喷口给炉膛送入空气，与第一燃烧区1条件下产生烟气混合，在1的条件下完成整个燃烧过程。由于空气是分两级供入炉内，故该方法称为空气分级燃烧法。在第一燃烧区内燃料在先缺氧情况下燃烧，燃料中的氮分解成NH、NCH、NH3、HCN等含氮小分子，它们有可能相互反应生成N2 。采用空气分级燃烧一般有两类，一类是燃烧室的分级燃烧，另一类是单个燃烧器的分级燃烧，也就是在燃烧器上实现分级燃烧，这种燃烧器也称为低NOx燃烧器。流化床锅炉采用燃烧室内的分级燃烧，分级燃烧中一次风和二次风的比例可高达1:1

31、。而悬浮燃烧方式两者多可以采用，但一般分级系数较小，一次风的比例为80%。4.3 燃料分级燃烧技术根据NOx还原反应可知，NO与CHx、CO、H2、C以及CmHn会发生还原反应生成N2。利用这一原理，将80%85%的燃料送入第一燃烧区，在1的条件下燃烧，送入第一级的燃料称为一次燃料，其余15%20%的燃料在主燃烧器的上部送入二次燃烧区，在1的条件下形成很强的还原气氛，使得在一次燃烧区中生成的NOx在二次燃烧区内被还原成N2。二次燃烧区又称为再燃区， 送入二次燃烧区的燃料称为二次燃料或再次燃料。在再燃区不仅使得已经生成的NOx得到还原，同时还抑制了新的NOx的生成。在再燃区上面还要布置三次燃烧区

32、，喷入二次风，以保证再燃区中生成的未完全燃烧产物的燃尽，这种燃烧方法称为燃料分级燃烧。燃料分级燃烧的特点是将燃烧分为三个区，因此该方法又称为三次燃烧法或者再燃法。一般认为空气分级简便易行，但要达到非常低的NOx排放效果不是很好，这主要是由于焦炭氮会从第一级携带到燃尽段。燃料分级燃烧方法由于在第一段中空气过剩能导致第一段的燃料燃尽，因此减少NOx排放的潜力较大，单独使用燃料再燃技术可以降低NOx排放35%65%,如果该技术与其他低NOx燃烧技术例如空气分级燃烧技术，低NOx燃烧技术等相结合使用可以降低NOx排放约85%。燃料分级时所用的二次燃料可以是和一次燃料相同的燃料，例如煤粉炉可以利用煤粉作

33、为二次燃料。但目前煤粉炉应用更多的是碳氢类气体或者液体燃料作为二次燃料。这是因为与孔国旗分级燃烧技术相比较，燃料分级燃烧在炉膛内还需要三级燃烧区，这使得燃料和烟气在再燃区内的停留时间相对较短，所以二次燃料应该选用容易着火和燃烧的气体或者液体燃料，例如天然气等。4.4 烟气再循环烟气再循环方法是将部分低温烟气直接送入炉内，或与空气（一次风或二次风）混合后送入炉内，降低了炉内的温度和氧气含量，使燃烧速度也降低，因而热力型NOx排放降低，这种方法特别适合于含氮量少的燃料。对于燃气锅炉，NOx的降低最为显著，可减少20%70%；对于燃用重油的锅炉NOx排放可降低10%50%，液态排渣的煤粉炉NOx可降

34、低10%25%。固态排渣的煤粉炉80%的NOx是染料型NOx，因此这种方式降低NOx作用有限，NOx降低量在15%以下，在燃用着火困难的煤时，受到炉温和燃烧稳定性降低的限制，故不宜采用。烟气再循环的效果不仅与燃料的种类有关，而且与再循环烟气量有关。一般当循环率增加时，NOx减少，其减少程度与炉型有关。太大，炉温降低太多，燃烧不稳定，化学与机械燃烧热损失增加，因此再循环比例一般不会超过30%。一般大型锅炉限制在10%35%。 图4-1 烟气再循环对降低 NOx的影响烟气再循环方法可以在一台锅炉上单独使用，也可以和其他低NOx燃烧方法配合使用，它可以用来降低主燃烧器空气的浓度，也可以用来输送二次燃

35、料。烟气再循环的缺点时由于大量烟气流过炉膛，缩短了烟气在炉内的停留时间，并使电耗增加。4.5低NOx燃烧器从NOx的生成机理来看，占NOx绝大部分的燃料型NOx是在煤粉的着火阶段生成的。因此通过特殊设计的燃烧器结构，以及通过改变燃烧器的风煤比例，可以将前述的空气分级、燃料分级和烟气再循环降低NOx的原理用于燃烧器，以尽可能地降低着火去氧气的浓度，适当降低着火温度，达到最大可能抑制NOx生成的目的。这样的燃烧器不仅要保证煤粉着火和燃烧的需要，而且要能有效地抑制NOx的生成，这样的燃烧器称为低NOx燃烧器（参见图4-2）。 a 空气分级低NOx燃烧器b空气/燃料分级型低NOx燃烧器图4-2 空气分

36、级型低NOx燃烧器和空气/燃料分级型低NOx燃烧器原理图在空气分级型低NOx燃烧器中燃料与空气混合物（一次风）和二次风形成初始燃烧器（一次火焰），由于二次风的旋流作用和燃烧器口的推动作用，形成一个内回流区，加热并使一次着火。挥发分和含氮组分大部分在该区中析出，但由于该区处于富燃料状态下，CO和CmHn的浓度很高，限制了含氮分向NOx的转化。二次风从一次火焰下游混入，形成燃尽风，在此区域内未燃尽的碳粒完成其燃尽过程，再次区域内氧气浓度比较低也能抑制NOx的生成。空气/燃料分级低NOx燃烧器与空气分级低NOx燃烧器一样形成一次火焰，二次风的旋流作用和接近于理论空气量燃烧可以保证火焰的稳定性，还原燃

37、料在一次火焰下游一定距离混入，形成二次火焰(超低氧条件)，在此区域内已经生成的NOx和NH3、HCN和CO等作用下被还原成N2，分级风在第三阶段送入完全燃烧过程。这种燃烧器的成功与否取决于以下因素：(1) 一次火焰的扩散度 ；(2) 二次火焰区的空气比例 (还原燃料量) ；(3) 燃烧产物在二次火焰区的停留时间 ；(4) 还原燃料的反应活性。增加还原燃料量有利于 NOx还原 ,但还原燃料过多会使一次火焰不能维持其主导作用并产生不稳状况。最佳还原燃料比例在20%30%之间。根据采取措施的不同，各种不同类型的低NOx燃烧器可以达到NOx降低率一般为20%80%，表4.1列出了各种不同类型燃烧NOx

38、降低效果。表4.1 不同类型低NOx燃烧器降低NOx效果燃 烧 器 类 型NOx还原率/% 空气分级燃烧器（Staged-air burner） 2535 燃料分级燃烧器(Staged-fuel burner) 4550 低过量空气系数燃烧器（Low-excess-air burner） 2025 烟气外循环燃烧器Burner with external flue gas reciculation（FGR） 5060 烟气内循环燃烧器（Burner with external flue gas reciculation） 4050 空气分级或燃料分级烟气内循环燃烧器（Air or fuel-g

39、as staging with internal FGR） 5575 空气分级或燃料分级烟气外循环燃烧器(Air or fuel-gas staging with external FGR） 60804.6 炉内喷射脱硝炉膛喷射脱硝是在炉膛上方喷射某种物质，能过在一定的温度条件下还原已经生成的NOx，以降低NOx排放。该方法包括喷射二次燃料和喷氨等。喷射二次燃料就是燃料分级燃烧。但二次燃料在炉膛中不仅和NOx反应，更多的二次燃料会和氧气反应，从而使二次燃料的消耗量增加，同时二次燃料的燃烧还会使烟气温度上升，这种方法称为非选择性脱硝，在实际使用中会受到一定限制。还可以向烟气喷射氨、尿素等氨基还原

40、剂，因为NH3之和烟气中的NOx反应，而一般不与烟气中的氧反应，该方法称为选择性非催化还原方法SNCR（Selective Non-Catalytic Reduction）。当向燃烧烟气喷氨而不采用催化剂的条件下，NH3 还原NOx的反应只能在950 1050这一狭窄的温度范围内进行，当氨和烟气中的NOx接触时会发生下面的还原反应：4NH3 + 4NO + O2 6H2O + 4N2 4NH3 + 4NO2 + O2 6H2O + 3N24NH3 + 6NO 6H2O + 5N28NH3 + 6NO2 12H2O + 7N2 非催化喷氨脱硝法投资少，运行费低，NOx的降低率在30%70%。但该

41、方法要求温度范围窄，要用良好的混合及反应空间和反应时间，当要求较高NOx脱除率时，可能会出现NH3泄露量过大等问题。因此该方法的使用有一定的局限性。第5章 氮氧化物其他处理技术5.1 催化分解法 理论上，NO分解成N2和O2是热力学上有利的反应，NO1/2N2+1/2O2，fGm-86kJ/mol，但该反应的活化能高达364kJ/mol，需要合适的催化剂来降低活化能，才能实现分解反应。由于该方法简单，费用低，被认为是最有前景的脱氮方法，故多年来人们为寻找合适的催化剂进行了大量的工作，主要有贵金属、金属氧化物、钙钛矿型复合氧化物及金属离子交换的分子筛等。 Pt、Rh、Pd等贵金属分散在Pt/7-

42、Al2O3等载体上，可用于NO的催化分解。在同等条件下，Pt类催化剂活性最高。贵金属催化剂用于NO催化分解的研究已比较广泛和深入，近年来，这方面的工作主要是利用一些碱金属及过渡金属离子对单一负载贵金属催化剂进行改性，以提高催化剂的活性及稳定性。 5.2 电子束法 电子束（electron|beam，EB）法的原理是利用电子加速器产生的高能电子束，直接照射待处理的气体，通过高能电子与气体中的氧分子及水分子碰撞，使之离解、电离，形成非平衡等离子体，其中所产生的大量活性粒子（如OH、O和HO2等）与污染物进行反应，使之氧化去除。许多国家已经建立了一批电子束试验设施和示范车间。日本、德国、美国和波兰的

43、示范车间运行结果表明，这种电子束系统去除SO2的总效率通常超过95，去除NOx的效率达到8085。 但电子束照射法仍有不少缺点：能量利用率低，当电子能量降到3eV以下后，将失去分解和电离的功能，剩余的能量将浪费掉；电子束法所采用的电子枪价格昂贵，电子枪及靶窗的寿命短，所需的设备及维修费用高昂；设备结构复杂，占地面积大，X射线的屏蔽与防护问题不容易解决。上述原因限制了电子束法的实际应用和推广。 5.3 液体吸收法 NOx是酸性气体，可通过碱性溶液吸收净化废气中的NOx。常见吸收剂有：水、稀HNO3、NaOH、Ca(OH)2、NH4OH、Mg(OH)2等。为提高NOx的吸收效率，又可采用氧化吸收法

44、、吸收还原法及络合吸收法等。氧化吸收法先将NO部分氧化为NO2，再用碱液吸收。气相氧化剂有O2、O3、Cl2和ClO2等；液相氧化剂有HNO3、KMnO4、NaClO、H2O2、KBrO3、K2Br2O7、Na3CrO4、等。吸收还原法应用还原剂将NOx还原成N2，常用还原剂有(NH4)2SO4、(NH4)HSO3、Na2SO3等。液相络合吸收法主要利用液相络合剂直接同NO反应，因此对于处理主要含有NO的NOx尾气具有特别意义。NO生成的络合物在加热时又重新放出NO，从而使NO能富集回收。 该法在实验装置上对NO的脱除率可达90，但在工业装置上很难达到这样的脱除率。 此法工艺过程简单，投资较少

45、，可供应用的吸收剂很多，又能以硝酸盐的形式回收利用废气中的NOx，但去除效率低，能耗高，吸收废气后的溶液难以处理，容易造成二次污染。此外，吸收剂、氧化剂、还原剂及络合物的费用较高，对于含NOx浓度较高的废气不宜采用。 5.4 吸附法 吸附法是利用吸附剂对NOx的吸附量随温度或压力的变化而变化，通过周期性地改变操作温度或压力，控制NOx的吸附和解吸，使NOx从气源中分离出来，属于干法脱硝技术。根据再生方式的不同，吸附法可分为变温吸附法和变压吸附法。变温吸附法脱硝研究较早，已有一些工业装置。变压吸附法是最近研究开发的一种较新的脱硝技术。常用的吸附剂有杂多酸、分子筛、活性炭、硅胶及含NH3的泥煤等。

46、 吸附法净化NOx废气的优点是：净化效率高，不消耗化学物质，设备简单，操作方便。缺点是：由于吸附剂吸附容量小，需要的吸附剂量大，设备庞大，需要再生处理；过程为间歇操作，投资费用较高，能耗较大。 5.5 生物法处理 生物法处理的实质是利用微生物的生命活动将NOx转化为无害的无机物及微生物的细胞质。由于该过程难以在气相中进行，所以气态的污染物先经过从气相转移到液相或固相表面的液膜中的传质过程，可生物降解的可溶性污染物从气相进入滤塔填料表面的生物膜中，并经扩散进入其中的微生物组织。然后，污染物作为微生物代谢所需的营养物，在液相或固相被微生物降解净化。 美国爱达荷国家工程实验室（Idaho National Engineering Laboratory）的研发人员最早发明了用脱氮菌还原烟气中NOx的工艺。当烟气在塔中的停留时间(EBRT)约为1min， NOx进口浓度为335mg/m3时，NOx的去除率可达到99%。 虽然微