NOx生成及控制措施

NOx生成及控制措施

一 概述

中国是一个以煤炭为主要能源的国家，煤在一次能源中占75％，其中84％以上是通过燃烧方法利用的。煤燃烧所释放出废气中的氮氧化物(NOx)，是造成大气污染的主要污染源之一。氮氧化物(NOx)引起的环境问题和人体健康的危害主要有以下几方面：氮氧化物(NOx)的主要危害：

(1)NOx对人体的致毒作用，危害最大的是NO2，主要影响呼吸系统，可引起支气管炎和肺气肿等疾病；(2)NOx对植物的损害；(3)NOx是形成酸雨、酸雾的主要污染物；(4)NOx与碳氢化合物可形成光化学烟雾；(5)NOx参与臭氧层的破坏。 (2)不同浓度的NO2对人体健康的影响

浓度(ppm) 1.0 5.0 10-15 50 80 100-150 200以上 影 响 闻到臭味 闻到很强烈的臭味 眼、鼻、呼吸道受到强烈刺激 1分钟内人体呼吸异常，鼻受到刺激 3－5分钟内引起胸痛 人在30－60分钟就会因肺水肿死亡 人瞬间死亡

二、燃煤锅炉NOx生成机理

氮氧化物(NOx)是造成大气污染的主要污染源之一。通常所说的NOx有多种不同形式：N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4和N2O5，其中NO和NO2是重要的大气污染物，另外还有少量N2O。我国氮氧化物的排放量中70％来自于煤炭的直接燃烧，电力工业又是我国的燃煤大户，

因此火力发电厂是NOx排放的主要来源之一。

煤的燃烧过程中产生的氮氧化物（NOx）主要是一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），在煤燃烧过程中氮氧化物的生成量和排放量与煤的燃烧方式，特别是燃烧温度和过量空气系数等密切相关。燃烧形成的NOx生成途径主要由以下三个：为燃料型、热力型和快速型3种。其中快速型NOx生成量很少,可以忽略不计。

1. 热力型NOx

指空气中的氮气（N2）和氧(O2)燃料燃烧时所形成的高温环境下生成的NO和NO2的总和，其总反应式为：

N2?O2?2NONO?O2?NO2

当燃烧区域温度低于1000℃时，NO的生成量较少，而温度在1300℃—1500℃时，NO的浓度约为500—1000ppm，而且随着温度的升高，NOx的生成速度按指数规律增加，当温度足够高时热力型NOx可达20%。因此，温度对热力型NOx的生成具有绝对性的作用，过量空气系数和烟气停留时间对热力型NOx的生成有很大影响。

根据热力型NOX的生成过程，要控制其生成，就需要降低锅炉炉膛燃烧温度，并避免产生局部高温区，以降低热力型NOX的生成。

2. 燃料型NOx

燃料型NOx的生成是燃料中的氮化合物在燃烧过程中氧化反应而生成的NOx，称为燃料型NOx。燃煤电厂锅炉中产生的NOx中大约75%～90%是燃料型NOx，因此燃料型NOx是燃煤电厂锅炉产生NOx的主要途径。研究燃料型NOx的生成和破坏机理，对于控制燃烧过程中

NOx的生成和排放，具有重要的意义。在燃料燃烧生成NOx的过程中，如遇到烃（CHm）或碳（C）时，NO将会被还原成氮分子N2,，这一过程中被称为NO的再燃烧或燃料分级燃烧。根据这一原理，将进入锅炉炉膛的煤粉分层分级引入燃烧，可以有效地控制NOx的生成与排放。

燃料型NOx的生成和破坏过程不仅与煤种特性、燃料中的氮化合物受热分解后在挥发分和焦炭中的比例、成分和分布有关，而且其反应过程还和燃烧条件（如温度和氧）及各种成分的浓度密切相关。在燃料进入炉膛被加热后，燃料中的氮有机化合物首先被热分解成氰（HCN），氨（NH4）和CN等中间产物，它们随挥发份一起从燃料中析出，被称为挥发分N。挥发分N析出后仍残留在燃料中的氮化合物，称为焦炭N。

在一般情况下，燃料型NOx的主要来源是挥发N，其占总量的60%～80%，其余为焦炭N所形成。在氧化性环境中生成的NOx，遇到还原性气氛时，会还原成N2。因此锅炉燃烧最初形成的NOx，并不等于其排放浓度，而随着锅炉燃烧条件的改变，生成的NOx可能被还原，或被破坏。煤中的N在燃烧过程中转化为NOx的量与煤的挥发份及燃烧过量空气系数有关，在过量空气系数大于1的氧化性气氛中，煤的挥发分越高，NOx的生成量就越多，过剩空气系数小于1，高挥发份燃煤的NOx生成量较低，其主要原因是高挥发份的燃料迅速燃烧，使燃烧区域氧量降低，不利于NOx的生成。

综合的说，燃料型NOx指燃料中含氮化合物在燃烧过程中进行热分解，继而进一步氧化而生成NOx。其生成量主要取决于空气燃料的

混合比。燃料型NOx约占NOx总生成量的75%～90%。过量空气系数越高, NOx的生成和转化率也越高。

3. 快速型NOx，指燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如CH等反应生成NOx。主要是指燃料中碳氢化合物在燃料浓度较高的区域燃烧时所产生的烃,与燃烧空气中的N2发生反应，形成的CN和HCN继续氧化而生成的NOx。在燃煤锅炉中，其生成量很小，一般在燃用不含氮的碳氢燃料时才予以考虑。

在这三种形式中，快速型NOx所占比例不到5％；在温度低于1300℃时，几乎没有热力型NOx。对常规燃煤锅炉而言，NOx主要通过燃料型生成途径而产生。控制NOx排放的技术指标可分为一次措施和二次措施两类，一次措施是通过各种技术手段降低燃烧过程中的NOx生成量；二次措施是将已经生成的NOx通过技术手段从烟气中脱除。

三、燃煤锅炉NOx生成因素

1.炉温对NOX生成的影响:炉温主要影响热力NOX的生成量从而影响总的NOX生成量。炉温越高,所占比例越大。

2.过剩空气系数对NOX生成的影响：过剩空气系数对燃料NOX 、热力NOX及快速NOX均有影响，但影响的趋势不同，当α开始增加时，热力NOX和燃料NOX都增加，当超过1.1时热力NOX减少，燃料NOX继续增加，总的NOX随α的增加而增加。

3.预热空气温度对NOX生成的影响：如果提高预热空气温度，则煤粉着火提前，这样可提高炉内温度水平，使热力NOX增加，同时燃

烧初始区的温度水平，使挥发分大量析出，因而挥发分NOX大量增加。所以预热空气温度越高，NOX生成量越多。 4.煤质对NOX生成的影响：

（1）挥发分的影响：当挥发分增加时，着火提前，温度峰值和平均温度均会有所提高，热力NOX增加；同时挥发分含量增多，使得燃料型NOX也会提高；

（2）水分的影响：水分增加，着火延迟，则燃料与空气之间的混合良好，即着火区氧浓度增加，燃料中的氮在着火阶段停留时间增加，反应充分，故燃料型NOX增加。另外，水分增加，发热量降低，温度水平降低，热力型NOX降低，但总NOX的生成量增加。 （3）含氮量的影响：随含氮量的增加，NOX增加。

5.煤粉细度对NOX生成的影响：在不考虑低氮燃烧时，煤粉细度越细，则燃烧越快，温度越高，热力NOX越多；同时，煤粉加热快，温度峰值高，则析出的挥发分多。而且此时与空气混合程度高，燃料NOX多。

6.负荷对NOX的影响：随着负荷的降低，炉膛温度降低，热力型NOX生产量降低，但负荷降低，过量空气系数增加，总的燃烧区过量空气量增加，燃料型NOX增加，因此，在负荷降低过程中，NOX含量先降低后升高。

四、降低燃料型NOx排放的主要技术措施

低NOx燃烧技术：NOx的形成起决定作用的是燃烧区域的温度和过量空气系数，因此，通过控制燃烧区域的温度和空气量，已达到阻

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