燃燒裝置中NOx的生成與抑制方法探究

陸　頔（廣西冶金研究院，廣西　南寧　530023）

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燃燒裝置中NOx的生成與抑制方法探究

陸頔（廣西冶金研究院，廣西南寧530023）

在我國的發電系統當中，主要以火力發電為主，因此對于煤燃燒之后產生的污染是相當嚴重的，在煤燃燒之后會產生氧化物NOx、硫氧化物、碳氧化物以及粉塵等，因此要對其污染物的產生進行相關抑制，從而確保我國的環境得到良好的發展。本文首先對NOx與環境污染的關系進行了概述；其次，對氮氧化物，也就是NOx的生成途徑以及機理進行了論述；最后針對燃燒過程中所釋放的NOx的控制方法進行了分析。x；生成與抑制

燃燒裝置；NO

在任何的燃氣設備進行運行的時候都會進行熱量和大量煙氣的產生和排出，在這個過程當中產生的煙氣都會向室外進行排放，再加上民用的燃氣用具也向大氣排放生產生活當中的產生的煙氣，對于在很大程度上造成了極其不利的污染。在煙氣當中，含有NOx以及SOx等有害成分，可以對環境的污染和人體本身的健康構成了極其不利的影響。因此，需要對其有害物質的生成機理以及控制措施進行不斷改善，從而確保環境得到有效保護。

1　NOx與環境污染

1.1燃料燃燒與NOx

在人類長期的生產生活當中，會向大氣當中排放NOx，經調查顯示，大約每年所排放的有5000萬t的NOx，并且大約有90%上來自于燃料的燃燒。在燃料燃燒的過程當中，會向大氣排放出NOx，并且在不同的地域當中，也會產生不同程度的污染情況，造成這種現象的原因是由于在不同的國家當中，汽車的擁有量是不同的，因此NOx的排放量占比也就呈現出不同的狀態。

1.2 NOx的危害與環境污染情況

在進行高溫燃燒的過程當中，會圣城一種叫做NOx的物質，由NO和NO2兩部分構成，并且所占據的容積當中NO/ NOx幾乎呈現出了95%左右的狀態。NO是一種無色無臭的氣體，和人體進行密切接觸之后，就會與人體的血液當中的血紅蛋白進行有機結合，人體因為在含有較高濃度的NO空氣當中停留的話，就會出現因為血液當中極度缺氧現象而對中樞神經造成麻痹，形成麻痹狀態。與此同時，NO還具有致癌的作用，對細胞的有效分裂以及遺傳信息的有效傳遞具有極其不利的影響。NO2是一種紅棕色的氣體，刺激性相對強烈一些，但是其中的毒性確實NO氣體的4～5倍之多，如果人在濃度為90～100ppm的空氣當中進行3h的停留，就會產生直接致死的現象。由此可見，在兩者氣體進行結合之后釋放出的毒性是會相當強烈的，也就是形成的NOx。

NOx在對環境和人體的健康造成嫉妒危害的同時，還會星辰二次污染危害。NO2和HC在經過陽光紫外線的照射之后，就會產生相對復雜的光學反應，從而形成光化學強氧化性質的物質，其中包括O3、NO2、以及氣溶膠等物質。可以對大氣的能見度造成影響，并且毒性要更加強烈一些，對人體的眼睛、鼻子以及動植物都會造成不同程度的影響。

2　氮氧化物的生產途徑以及機理

2.1 Fuel NOx的生產機理

在燃料與氮進行充分結合的情況下，進而產生了NOx，在進行氣體燃料和油質燃料的生成情況下，存在兩種途徑。

第一種途徑：

在上述式子當中，在燃料當中的氮的化合物可以進行充分分解，形成NO當中的NH2、NH3、CN以及HCN。

第二種途徑：

根據上述的式子，可以得出氮的化合物在進行分解之后就可以釋放出氮分子，從而對NO的形成起到了促進作用。NOx的排放量對于燃料當中的氮含量有著相當明顯的依賴性，在燃料和氮的結合過程中形成的轉換率會隨著氧含量的降低而逐漸的降低，如表1所示。

表1　各種燃料生成的NOx比例

2.2 Thermal NOx的生成機理

在高溫的火焰當中，空氣當中所含的氧分子會分裂形成氧原子，經過和空氣中的氮分子集合之后就會形成NO和N，之后再和氧分子進行結合，就會生成NO和O。在這個過程當中有一個重復的作用存在，其反應的表達式為：

根據上述的反應式，燃燒廢棄的溫度和燃燒之后所殘留的氧氣的濃度是成正比的關系的；并且高溫的持續時間和NO的生成量之間也是正比的關系。

3　對NOx燃燒過程中的控制方法

在燃燒過程中對NOx盡心有效的研究，就現階段的科研成果來說，目前對于NOx的降低方式有兩種：①在燃燒的過程中對NOx進行有效抑制，從而確保生成量的減少；②對已經生成的NOx進行煙氣處理法。本文當中重點對第一種方法進行介紹。

3.1燃氣再循環法

對NOx的熱反應進行有效控制方法首先可以降低燃燒的溫度和燃燒區的氧含量，在降低火焰的溫度方法當中，常用的是煙氣再循環利用的方式。也就是說在空氣預熱器前部的一部分煙氣和燃燒所用的空氣進行充分結合，在溫度得到降低的同時，也使得爐內的溫度水平和氧氣濃度得到了有效控制。

3.2高濃度輸粉，提升混合物當中煤粉的濃度

燃燒反應的速度煤粉的濃度以及氧氣的濃度都有直接的關系，在一定的環境條件下，煤粉的濃度如果處于增長的速度，反應的速度也會隨之加快。對煤粉進行高濃度的燃燒在起到強化穩燃的效果的同時，還能有效降低鍋爐內部NOx的排放量，在綜合效益方面有相當顯著的成果。但是值得注意的是煤粉的濃度并不是越高越高，著火的距離最短的煤粉濃度的最佳值和煤粉的種類是有著直接的關系的，只有控制在合適的范圍之內，才可以發揮最佳的社會綜合效益。

3.3分級燃燒法

分級燃燒法，即為將燃燒器當中的空氣量濟寧減少，從而使得燃燒區內的氧含量的濃度降低，最終達到降低燃燒區的溫度水平。在這個燃燒過程中，所需要的空氣是分成兩級來對爐內進行輸入的，因此整個燃燒過程也要分成兩級來進行。第一級的“富燃料燃燒”可以使得NOx得到有效抑制，在第二級的時候空氣應該在煙氣溫度處于最低狀態的情況下進行輸送到爐內，從而起到對NOx的有效抑制。根據調查，大型煤粉鍋爐分級燃燒效果舉例如表2所示。

表2　大型煤粉鍋爐分級燃燒效果舉例

3.4使用低NOx燃燒器

在NOx的生成過程當中，和燃燒器是有著直接密切的關系的，因此可以從燃燒器本身為出發點，來研發出各種低NOx燃燒器。在設計低NOx的設計原則方面，就是需要保證煤粉在著火過程中保持穩定的同時，在燃燒器的著火區內利用小于1的低過量的空氣系數，從而形成富燃料燃燒的狀態。與此同時，還要對煤粉和二次風的混合進行相關控制，從而來延遲燃燒的時間，對燃燒的強度和火焰的溫度進行適當降低。

3.5大速差射流濃縮煤粉少然

為了對負荷變化或者每種進行變化時產生的比例進行調整，需要采用中心大速查射流在燃燒器內的局部濃縮煤粉的方式來進行改善，也就是在以此風管道中心高速射流和一次風一起射到爐內，在告訴射流的卷吸作用之下，一次風中的空氣和小顆粒就會被卷入到告訴射流當中，形成濃度不相同的煤粉區，如圖1所示。

圖1　中心大速差射流燃燒器結構示意圖

4　結語

綜上所述，在我國的發電方式當中，大多都以燃煤發電為主要的發電方式，以此火電廠對于大氣的環境造成的污染情況已經得到了社會學者高度的重視，因此，需要制定出新型的有關大氣污染物排放的標準；與此同時，還要利用先進的潔凈煤技術，從我國的實際國情進行出發，從而研究出高效低污染的燃燒技術，從而確保我國的環境污染得到有效控制，推動社會的健康發展。

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［2］侯祺棕，馮曉強，廖 潔.燃燒裝置中NOx的生成與抑制［J］.化肥設計，2002，06：49～52+4.

［3］王利平.燃燒過程中NOx的有效控制方法［J］.電力學報，1997，03：6～12+38.

陸 頔（1989-），男，助理工程師，本科，主要從事熱工設計工作。

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2095-2066（2016）11-0225-02

2016-3-26