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）

?

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(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中，主要以火力發(fā)電為主，因此對于煤燃燒之后產(chǎn)生的污染是相當(dāng)嚴(yán)重的，在煤燃燒之后會產(chǎn)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(chǎn)生進行相關(guān)抑制，從而確保我國的環(huán)境得到良好的發(fā)展。本文首先對NOx與環(huán)境污染的關(guān)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(shè)備進行運行的時候都會進行熱量和大量煙氣的產(chǎn)生和排出，在這個過程當(dāng)中產(chǎn)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(chǎn)生活當(dāng)中的產(chǎn)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(dāng)中，含有NOx以及SOx等有害成分，可以對環(huán)境的污染和人體本身的健康構(gòu)成了極其不利的影響。因此，需要對其有害物質(zhì)的生成機理以及控制措施進行不斷改善，從而確保環(huán)境得到有效保護。

1　NOx與環(huán)境污染

1.1燃料燃燒與NOx

在人類長期的生產(chǎn)生活當(dāng)中，會向大氣當(dāng)中排放NOx，經(jīng)調(diào)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(dāng)中，會向大氣排放出NOx，并且在不同的地域當(dāng)中，也會產(chǎn)生不同程度的污染情況，造成這種現(xiàn)象的原因是由于在不同的國家當(dāng)中，汽車的擁有量是不同的，因此NOx的排放量占比也就呈現(xiàn)出不同的狀態(tài)。

1.2 NOx的危害與環(huán)境污染情況

在進行高溫燃燒的過程當(dāng)中，會圣城一種叫做NOx的物質(zhì)，由NO和NO2兩部分構(gòu)成，并且所占據(jù)的容積當(dāng)中NO/ NOx幾乎呈現(xiàn)出了95%左右的狀態(tài)。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(dāng)中的血紅蛋白進行有機結(jié)合，人體因為在含有較高濃度的NO空氣當(dāng)中停留的話，就會出現(xiàn)因為血液當(dāng)中極度缺氧現(xiàn)象而對中樞神經(jīng)造成麻痹，形成麻痹狀態(tài)。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(dāng)中進行3h的停留，就會產(chǎn)生直接致死的現(xiàn)象。由此可見，在兩者氣體進行結(jié)合之后釋放出的毒性是會相當(dāng)強烈的，也就是形成的NOx。

NOx在對環(huán)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(jīng)過陽光紫外線的照射之后，就會產(chǎn)生相對復(fù)雜的光學(xué)反應(yīng)，從而形成光化學(xué)強氧化性質(zhì)的物質(zhì)，其中包括O3、NO2、以及氣溶膠等物質(zhì)?？梢詫Υ髿獾哪芤姸仍斐捎绊懀⑶叶拘砸訌娏乙恍?，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(chǎn)途徑以及機理

2.1 Fuel NOx的生產(chǎn)機理

在燃料與氮進行充分結(jié)合的情況下，進而產(chǎn)生了NOx，在進行氣體燃料和油質(zhì)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(dāng)中，在燃料當(dāng)中的氮的化合物可以進行充分分解，形成NO當(dāng)中的NH2、NH3、CN以及HCN。

第二種途徑：

根據(jù)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(dāng)中的氮含量有著相當(dāng)明顯的依賴性，在燃料和氮的結(jié)合過程中形成的轉(zhuǎn)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(dāng)中，空氣當(dāng)中所含的氧分子會分裂形成氧原子，經(jīng)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(jié)合，就會生成NO和O。在這個過程當(dāng)中有一個重復(fù)的作用存在，其反應(yīng)的表達式為：

根據(jù)上述的反應(yīng)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(guān)系的；并且高溫的持續(xù)時間和NO的生成量之間也是正比的關(guān)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(xiàn)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(jīng)生成的NOx進行煙氣處理法。本文當(dāng)中重點對第一種方法進行介紹。

3.1燃氣再循環(huán)法

對NOx的熱反應(yīng)進行有效控制方法首先可以降低燃燒的溫度和燃燒區(qū)的氧含量，在降低火焰的溫度方法當(dāng)中，常用的是煙氣再循環(huán)利用的方式。也就是說在空氣預(yù)熱器前部的一部分煙氣和燃燒所用的空氣進行充分結(jié)合，在溫度得到降低的同時，也使得爐內(nèi)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(dāng)中煤粉的濃度

燃燒反應(yīng)的速度煤粉的濃度以及氧氣的濃度都有直接的關(guān)系，在一定的環(huán)境條件下，煤粉的濃度如果處于增長的速度，反應(yīng)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(wěn)燃的效果的同時，還能有效降低鍋爐內(nèi)部NOx的排放量，在綜合效益方面有相當(dāng)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(guān)系的，只有控制在合適的范圍之內(nèi)，才可以發(fā)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(dāng)中的空氣量濟寧減少，從而使得燃燒區(qū)內(nèi)的氧含量的濃度降低，最終達到降低燃燒區(qū)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(nèi)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(yīng)該在煙氣溫度處于最低狀態(tài)的情況下進行輸送到爐內(nèi)，從而起到對NOx的有效抑制。根據(jù)調(diào)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(dāng)中，和燃燒器是有著直接密切的關(guān)系的，因此可以從燃燒器本身為出發(fā)點，來研發(fā)出各種低NOx燃燒器。在設(shè)計低NOx的設(shè)計原則方面，就是需要保證煤粉在著火過程中保持穩(wěn)定的同時，在燃燒器的著火區(qū)內(nèi)利用小于1的低過量的空氣系數(shù)，從而形成富燃料燃燒的狀態(tài)。與此同時，還要對煤粉和二次風(fēng)的混合進行相關(guān)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(dāng)降低。

3.5大速差射流濃縮煤粉少然

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

圖1　中心大速差射流燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖

4　結(jié)語

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

［1］傅忠誠.低NOx燃氣燃燒技術(shù)的研究［J］.煤氣與熱力，1990，02：35～41+4.

［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(shè)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(xué)報，1997，03：6～12+38.

陸 頔（1989-），男，助理工程師，本科，主要從事熱工設(shè)計工作。

TQ534

A

2095-2066（2016）11-0225-02

2016-3-26