燃烧理论第七讲NOx机理

1、第7章，氮氧化物的生成和分解机制，烟气中的CO，NOx和SO2(SO3)对人的危害最大。在正常条件下，气体燃料脱硫净化后充分燃烧，CO的含量也很低，如何减少氮氧化物的发生成为更引人注目的问题。大气中的氮氧化物对人类及其存在的自然环境有很大影响，主要体现在人类健康、作物生长及对地球大气环境的影响上。氮有一氧化氮、一氧化氮、二氧化氮、三氧化氮、五氧化二氮等多种氧化物。燃烧过程中产生的氮氧化物是燃料和空气在高温下燃烧时产生的，燃烧产生的氮氧化物基本上是一氧化氮和二氧化氮，其中NO约占95%(体积分数)，NO2约占5%(体积分数)。因此，氮氧化物NOx在这里仅指NO2和NO。NO在大气中氧化，容易产生

2、NO2。1、氮氧化物的危害，NOx对人体健康的影响NO2毒性是NO的45倍，空气中NO2含量为3.5ppm时持续1小时，开始影响人，其含量为(2050)ppm时对人的眼睛产生刺激，达到150ppm时对人的呼吸管道产生强烈的刺激。NO2参与具有致癌作用的光化学烟雾形成。NOx对森林和作物的影响会导致作物和森林树枯黄，农作物产量减少，质量下降。酸雨形成，作物和根系统的营养循环破坏，细胞膜受损，破坏光合作用。树木生长季节结束后，山雾对树木施加了过多的氮，从而减少了抵御寒冷和干旱的能力。NOx对气候变化的影响N2O可能产生温室效应。与此同时，N2O到达同温层，在光合作用中释放氮原子，破坏臭氧分子，使臭

3、氧层减少。第二，氮氧化物生成机制，将NOx生成分为热NOx(T-NOx)、快速NOx(P-NOx)、燃料NOx(F-NOx)。热NOx是燃烧空气中N2在高温下氧化所产生的氮氧化物。快速型NOx生成机制是碳氢燃料过剩空气系数小于1时在火焰表面内急剧生成大量NOx。燃料NOx的生成取决于燃料中的氮化合物，城市气体一般不含燃料氮，因此燃料NOx无需考虑。燃烧过程排出的氮氧化物主要是一氧化氮，后来氧化成二氧化氮。产生热NOx:空气中的氮在高温下氧化，通过连接的反应集氧化(樱桃多维奇机制):化学反应动力学n原子是中间产物，假设在短时间内其生长和消亡速度相同，向上的cNO属于微量级，常识可以简单地表达，如

4、果认为氧的离解反应处于平衡状态，就可以对此进行实验。这是樱桃多维奇机制的NO生成速度表达。因为分解氮分子所需的活化能很大，反应必须在高温下进行。氧原子在连锁反应中起激活链的作用。氧的高温分解或h原子的碰撞分解。产生NO的活化能很大，氧原子和可燃性成分之间的反应活化能很小，反应快。这表示NO不是从火侧生成的，而是从火焰的下游区域生成的。热NOx影响因素温度的影响热NOx也称为温度NOx，上面的表达式反映温度和常开触点之间的功能关系。燃烧温度低于1800K时，NOx热量极少发生，温度升高时，NOx的数量急剧增加。局部高温也能产生很多NOx。过剩空气系数的影响与热NOx氧浓度的平方根成正比。在高温下

5、，随着氧浓度的增加，分解的氧原子浓度增加，生成NOx的量增加，但过剩空气系数的增加，火焰温度也可能降低。因此，总趋势是随着过剩空气系数的增加，NOx生成首先增加到极值，然后减少。预混合火焰的极值出现在=1的位置，扩散火焰的极值出现在 1的位置。停留时间的影响停留时间的影响是因为NOx生成反应还没有达到化学平衡。气体停留在高温下的时间增加，或者燃烧温度提高，NOx生成量迅速增加。在相同的过剩空气系数下，NOx随着停留时间的增加而增加，当停留时间达到一定值时，NOx不再受影响。燃料种类的影响燃料种类对热NOx影响很小，其他影响因素热NOx与压力的1.5平方成正比。湍流对热NOx有间接影响，因为湍流

6、改变燃烧率和发热状态，温度和压力的时间过去不同。快速NOx生成不会在火焰面上生成热NOx，但燃烧碳氢化合物时，火焰面也会生成大量NOx。 1的情况下，碳氢化合物也可以描述为上文提到的热NOx。快速NOx生成机制有人认为，快速NOx也在高温下氧化氮，将其归类为热NOx。有人认为快速NOx可以通过扩展的樱桃多维奇机制来解释，但伯尼莫不同意这一说法，提出了新的理论。通过对减压甲烷火焰的实验研究，发现HCN在火焰内达到最大值时迅速减少，在HCN减少的过程中NOx浓度急剧增加，因此，嘌呤等在碳氢化合物燃烧时分解成CH，CH2，C2等组分，破坏空气中N2分子结合的反应式如下：上述反应的活化能小，反应速度快

7、，同时在火焰中产生大量o，OH组，上述中间产物和反应NO，影响快速NOx生成的因素燃料种类的影响快速NOx主要发生在碳氢燃料中，CO/H2火焰中也存在c和h，但产生快速NOx的情况很少，在 1中，主要发生在火焰带后端的碳氢燃料中，主要产生热NOx，过剩空气系数的影响用C3H8/O2预混合火焰、大气压和火焰温度(21195)K表示。对快速NOx的影响可分为基本不生成的1三个区域；0.71，产生了相当数量的快速NOx，但未达到与火焰最高温度相对应的平衡浓度； 0.7时，快速NOx生成浓度几乎等于最高温度时的平衡浓度。在任何温度下，快速NOx生成都有利于从HCN向N2的转换，尽管alpha进一步下降

8、会增加中间氮化合物的生成。温度的影响：达到特定温度时，快速NOx的生成主要由过剩空气系数确定，温度对快速NOx的影响很小。在压力影响图中，测试曲线很难区分是否产生快速NOx或热NOx。压力增加时，快速NOx略有增加，最大值的位置保持不变。湍流脉动的影响一般被认为是火焰带附近的快速NOx浓度因湍流强度的增加而增加。原因是气体和未加工体之间已经存在热交换，两者的快速混合导致o，OH的浓度超过平衡浓度的机会增加，从而增加快速NOx。但是湍流脉动对快速NOx的影响与过剩风量、燃料种类相比处于次要位置。总之，对于快速生成，采用伯尼摩提出的法则是恰当的。燃料NOx的生成是由燃料中氮化合物引起的，这种物质基

9、本上不包含在气体中，因此气体燃烧不必考虑燃料NOx的生成。第三，减少氮氧化物的发生，减少NOx生成的主要方法是减少燃料周围的氧浓度。包括减少过剩空气系数，减少高炉总空气量，减少燃烧部分的氧气浓度。如果在氧气浓度低的情况下保持足够的停留时间，燃料中的氮就不容易生成NOx，生成的NOx可以还原为均匀或多相反应，从而分解。空气过剩时最大温度降低和烟气再循环等热NOx减少；减少高温点火区和稳定火焰区内气体的停留时间，尽快混合温度低的烟雾和热燃烧产物。添加还原剂，使还原剂生成可以分解NOx的CO、NH3和HCN。实际措施包括分段燃烧(包括空气分级和燃料分级)、浓淡燃烧、催化燃烧、缺氧燃烧、烟气再循环、添

10、加剂等。空气等级燃烧分两个阶段提供燃烧用空气。燃料按先到先得的顺序在富氧状态下燃烧，可以降低燃烧温度的峰值，避免与铁锈x峰值对应的过剩空气系数值，还可以在稀薄氧气燃烧时将燃料氮转化为N2，或者促进已经产生的NOx还原分解(对燃料NOx更有效)。燃料级燃烧将燃料分成两个或更多股，包括一个燃烧区、还原区和燃烧区。第二区域是对第一燃烧区域中发生的NO的还原反应，其还原效果受过剩风量、还原区域温度和第一燃烧区域中停留时间的影响。在还原区生成烃群CH。例如，您可以在CnHm或还原区域中将70%至90% NO还原为N2，并将xN氧化为NO或N2。如图所示，还原区域在减少NOx方面起着重要作用。比较空气等级

11、和燃料等级燃烧的两种方法可以简单方便地确定空气等级，但效果不是最佳的。燃料等级具有减少NOx排放的综合潜力。烟气再循环降低NOx排放，将部分低温烟气发送到高炉或与空气混合，因此烟气和热稀释氧气浓度可以有效减少NOx。燃气锅炉将NOx减少20%到70%，燃料和煤燃烧效果微乎其微。烟气再循环的效果在海域内再循环的烟气量用再循环率r表示，在此图中，我们可以看到r的增加导致NOx的减少。但是，如果r太大，炉温太低，热损失增加，因此一般不会超过30%。浓淡燃烧将过剩空气系数大于1的光燃烧器和过剩空气系数小于1的浓燃烧器结合在一起，燃烧一次后，过剩气体和空气再次燃烧。浓缩燃烧器缺氧，燃烧温度不高，可以减少

12、热NOx的生成，选择过剩空气系数时，避免快速NOx的峰值区域，可以有效减少这部分NOx。光燃烧器的风量太大，可以产生同样的效果。该方法简单易行，除了在电站锅炉中广泛使用外，还广泛用于民用燃烧设备的低NOx燃烧器。使用催化燃烧催化剂可以降低燃烧反应的温度，催化燃烧是降低燃烧温度的最有效的手段。您也可以完全移除NOx建立。烟气脱硝烟气脱硝技术是在不限制燃烧方式的情况下进一步彻底去除NOx的最直接的手段。该技术是利用没有氧化、还原和吸附的特性采取的措施，有氧化法(也称为湿式)和还原法(也称为干燥法)。还原法脱硝向炉或尾部受热面喷射还原剂，将NOx还原为N2 1。氨选择性催化还原法使用选择性NH3作为还原剂，仅与NO反应，氧没有反应(烟气中有少量O2)，上述反应在没有催化剂的情况下最佳温度为900 1000 ，温度过高时，部分NH为NOx。还原反应在低温下很慢，一般