燃烧理论8燃烧污染物生成与控制

8燃烧污染物生成与控制8.1空气污染和空气污染物空气污染和空气污染物

由于人类活动和自然过程，引起某种物质进入大气中呈现出足够浓度、达到足够时间，因而危害了人体健康、舒适感和环境的，都叫做空气污染。能引起空气污染的物质，叫做空气污染物。空气污染物浓度的两种方法表示方式：1、以气体污染物占体积的百万分之一，缩写为ppm2、单位体积内空气污染物的重量，μg/m3，每立方米中多少微克，在标准温度（25℃）和压力1atm时，两者换算关系为：8.1空气污染和空气污染物空气污染和空气污染物成分清洁空气污染空气SO20.001-0.01ppm0.02-2ppmCO2310-330ppm350-370ppmCO<1ppm5-200ppmNOx0.001-0.01ppm0.01-0.5ppmCmHn1ppm1-20ppm氧化剂0.02ppm0.2-0.4ppm颗粒物质10-20μg/m370-700μg/m3清洁空气与污染空气载某些成分的含量：8.1空气污染和空气污染物空气污染物的组成1、按形成过程分类：原始污染物：直接从污染源排放到大气中的有害物质，常见的原始污染物有：SO2、CO、NOx及颗粒物次生污染物：进入大气中原始污染物之间相互作用，或它们与大气中正常组分发生一系列化学或光化学反应而后生成新的污染物，最常见的次生污染物有臭氧、醛类（甲醛、乙醛和丙烯醛等），过氧乙酰硝酸酯（PAN）以及硫酸烟雾和硝酸烟雾。8.1空气污染和空气污染物空气污染物的组成2、按存在状态分类：颗粒状污染物：除了纯水以外的任何一种以液态或固态形式存在于大气中的物质如尘、烟、雾尘：散布在气体中的固体微粒（粒径1-200μm）烟：较高浓度的过饱和蒸气凝结形式的小颗粒（0.01-1μm）雾：水蒸气凝结生成的悬浮小液滴烟雾：具有烟、雾的二重性，即当烟雾同时形成时为烟雾硫酸烟雾：燃烧产生的SO2与SO3遇水合成硫酸雾＋烟硝酸烟雾：汽车排放中NOX及HC遇水合成硝酸雾＋烟8.1空气污染和空气污染物空气污染物的组成2、按存在状态分类：气态污染物：以SO2为主的含硫化合物，以NO和NO2为主的含氮化合物，碳的氧化物，碳氢化合物及卤素化合物等类别原始污染物次生污染物人为源含硫化合物SO2、H2SSO3、H2SO4、MSO4燃烧含硫燃料含氮化合物NO、NH3NO2、MNO3高温燃烧碳氢化合物HC醛、酮、过氧乙酰、基硝酸酯（PAN）燃烧、精炼石油碳的化合物CO、CO2无燃烧卤素化合物HF、HCl无冶金作业8.1空气污染和空气污染物空气污染物的来源燃料燃烧过程工业生产过程交通运输过程我国对烟尘、SOx、NOx和CO四种污染物的统计分析表明：燃烧料燃烧产生的空气污染物约占70%，其中煤燃烧污染占95%工业生产产生的约占20%，机动车产生约10%。8.1空气污染和空气污染物空气污染的影响1、空气污染对大气性质的影响降低能见度形成雾及降水减少太阳辐射改变温度和风的分布2、空气污染对原材料的影响3、空气污染对植物的影响酸性或碱性颗粒会腐蚀原材料（如油漆、石质、金属）臭氧极易损坏橡胶制品破坏叶绿素，致使光合作用无法进行8.1空气污染和空气污染物空气污染的影响4、空气污染对人类健康的影响CO窒息性气体，与红血球里血红蛋白结合成碳氧血红蛋白后，使血液载氧的能力降低。当CO的浓度达到0.5%，只需20-30min，血液中碳氧血红蛋白即可达70%。CO2非有害物质，但它使空气中含氧量减少，因而使人感到头痛和呼吸短促；CO2还会影响气候，产生温室效应。NOxNO无色无臭，有毒，与血液中血色素结合，造成血液缺氧而引起中枢神经麻痹症；NO2红褐色有窒息性臭味气体，毒性为NO的4-5倍。SO2易溶解，易被上呼吸系统所吸收，空气中1ppm的SO2就导致呼吸道阻碍。生成硫酸烟雾后，可形成酸雨。8.1空气污染和空气污染物空气污染的影响4、空气污染对人类健康的影响HC烷烃、烯烃和芳香烃，苯对人体的心血管系统和神经系统都有明显的影响。烟雾一种含有固体微粒和流体微粒的气溶胶。固体微粒有烟黑、粉粒等，烟黑中含有蒽、菲、芘等物质，这些物质对人体危害极大，其中不少是强致癌物质；尘是固体分散性微粒，其中粒径会引起呼吸道疾病。8.1空气污染和空气污染物大气环境质量标准我国于1982年制定了第一个《大气环境质量标准》（GB3095－82），规定大气环境质量标准分为三级：三级标准：为保护自然生态和人民健康，在长期接触情况下，不发生任何危害性影响的空气质量要求。一级标准：二级标准：为保护人民健康以及城市、乡村和动、植物在长期或短期接触情况下，不发生伤害的空气质量要求。为保护人体不发生急性或慢性中毒以及城市一般动、植物能正常生长的空气质量要求。8.2烟尘的形成与防治烟尘种类及生成机理燃料燃烧时生成的烟尘，按其生成机理可分为气相析出型、剩余型烟尘和粉尘三种：（1）气相析出型气相析出型的烟尘来源于气体燃料、已蒸发的液体燃料气和固体燃料的挥发分气体，在空气不足的高温条件下热分解所生成的固体烟尘。粒径很小，一般在0.02-0.05μm范围内。火焰中含有这种炭黑后，辐射力增强，发出亮光，形成发光焰，由于其粒子细，容易粘附于物体而难于清除。研究表明，气相析出型烟尘是经过一系列氢聚合反应面生成的。8.2烟尘的形成与防治碳黑种类及生成机理（1）气相析出型甲烷在缺氧条件下进行热分解：乙烷的热分解：一次反应：二次反应：500℃：900－1100℃：8.2烟尘的形成与防治碳黑种类及生成机理（2）剩余型烟尘液体燃料燃烧时剩余下来的固体颗粒，它是由重质油雾化滴在高温下蒸发产生蒸汽的同时，发生聚缩反应，一面激烈地发泡，一面固化，从而生成絮状空心微珠，通常称之为油灰或烟炱，油灰粒径较大，约100-300μm。积炭也是剩余型烟尘的一种，它是重质油滴附着在喷口、炉壁上，并在炉内高温加热气化而残留下来的固体残渣，它的颗粒较大，形状不定。8.2烟尘的形成与防治碳黑种类及生成机理（3）粉尘粉尘是固体燃料燃烧时产生的飞灰，其主要成分是碳和灰，固体燃料在燃烧之后，一部分变成炉渣，一部分以飞灰形式排入大气中。以煤粉炉为例，有85-95%的灰分以飞灰排入大气。8.2烟尘的形成与防治影响烟尘生成的因素（1）燃料种类的影响C/H越大，产生炭黑数量越多；碳原子数越多就越容易产生炭黑；液体燃料的残碳含量越多，产生碳黑就越大。挥发分多的煤，其炭黑生成量要比挥发分少的煤多得多，但煤燃烧时产生的烟尘主要以飞灰形式出现。对碳氢化合物燃料而言8.2烟尘的形成与防治影响烟尘生成的因素（2）氧气浓度和过剩空气系数的影响碳黑是在富燃缺氧条件下产生，因此如果碳氢化合物燃烧与足够的氧气充分混合，能防止碳黑产生，防止产生烟尘所需要的氧气量，随着燃烧种类而异。8.2烟尘的形成与防治影响烟尘生成的因素（3）燃料粒径的影响燃料粒径大，其燃烬时间也长，因而在炉内有限的停留时间内燃料滴不易燃尽，使烟尘浓度急剧增加。而且燃料滴粒径大，所生成的空心微珠也大，当燃料滴碰到炉壁时，如果炉壁温度低，则燃料滴焦化成炭块，它们可能会脱落而随烟尘排入大气中，使烟尘浓度增加。（4）温度与燃烧时间的影响炉内温度越高，燃烧时间越长，产生烟尘越少。温度越高，燃烧时间越长，直径小的炭黑、炭和飞灰可以燃烬。8.2烟尘的形成与防治影响烟尘生成的因素（5）惰性气体的影响空气加入惰性气体时，碳黑浓度降低，如加入CO2效果较好。8.2烟尘的形成与防治控制烟尘的措施1、改进燃烧方式及改善燃烧过程（1）供给足够的空气，而燃烧温度又不能太低选用合适的燃烧空气量十分重要，一般都采用过剩空气尽可能少的情况下进行燃烧。（2）燃料和空气要在燃烧室内良好混合燃料与空气的良好混合，是组织燃烧非常关键的一个环节，因此必须掌握好空气流动、燃料喷雾特性，使送风方式和燃料的供给相搭配，燃料和空气能充分地接触和混合。8.2烟尘的形成与防治控制烟尘的措施1、改进燃烧方式及改善燃烧过程（3）提高燃烧室温度提高燃烧温度对防止产生炭黑有显著的效果。从炭黑反应速度可知，温度从1200℃时烧掉炭黑需要0.1S，则在1600℃时只需不到0.01S就可以了。因此，预热空气、保持炉膛温度，保证有足够的燃烧时间与空间，都可以减少炭黑的生成。8.2烟尘的形成与防治控制烟尘的措施2、加装除尘装置应根据尘粒的性质、烟气的性质、除尘的工作特性以及其通用范围来进行，在能满足排烟标准的前提下，应尽量选用阻力小的除尘设备，以免安装风机，节约费用。8.3硫氧化物的形成与防治SOx的生成机理空气中的硫氧化物主要来源于含硫燃料的燃烧。燃料中的硫，除少量非燃烧性硫(5~10%)残留在灰分中外，绝大部分都氧化成SO2。不过即使空气过量，也只有0.5~2%的SO2转化成SO3。煤炭中的可燃硫有两种：有机硫：硫茂、硫醇和二硫化物无机硫：FeS2有机硫构成煤分子的一部分，在煤中均匀分布，而无机硫颗粒尺寸较小，在煤中通常呈独立相弥散分布。低硫煤中主要是有机硫，约为无机硫的8倍；高硫煤中主要是无机硫，约为有机硫的3倍。8.3硫氧化物的形成与防治SOx的生成机理煤受热后分解时，煤中有机硫和无机硫同时被挥发出来，结合松散的有机硫在低温（＜700K）下分解，结合紧密的有机硫在较高温度（＞800K）下分解释出，遇氧全部氧化成SO2，在还原性气氛下，挥发分主要气体H2S反应路线为：无机硫的分解速度很慢，在还原性气氛和温度＜800K以及足够停留时间的条件下，无机硫将分解成FeS、S2和H2S，其中FeS必须在更高温度（＞＝1700K）和更长时间下才能分解成Fe、S2等，并氧化成SO2，在氧化气氛下，FeS2直接生成SO2：8.3硫氧化物的形成与防治SOx的生成机理（1）在火焰高温区内：火焰温度越高，氧原子浓度越大，则SO3生成量越大（2）受热面积上灰和氧化膜的催化作用SO3除了从SO2与O2直接反应生成外，还可由下列两个途径产生：8.3硫氧化物的形成与防治影响SOx生成量的主要因素（1）燃料中含硫量越多，SO2和SO3生成量也越多（2）过剩空气系数越大，SO3生成量也越多（3）火焰区温度高，氧分子离解成氧原子多，因而SO3生成量也多煤中含硫量与SO2的原始生成

浓度及脱硫效率的关系煤中的SO2排放浓度煤在氧化性气氛中燃烧时，其可燃硫将氧化生成SO2。由于可燃硫占煤中含硫量的绝大部分，因此可以根据含硫量估算出煤燃烧中SO2的生成量。煤中的硫在燃烧后生成两倍于煤中硫重量的SO2，因此煤中每1%的硫含量就会在烟气中生成约2000mg/Nm3的SO2浓度(此时SO2的浓度系折算到干燥基氧的体积浓度为6%时的浓度)

。8.3硫氧化物的形成与防治对于煤粉炉，烟气中SO2排放系数K可用下式表示：

K=63+34.5×(0.99)Aj式中：K--烟气中SO2的排放系数，即在煤燃烧过程中不采取其它脱硫措施时排放出的SO2浓度与原始总生成的SO2浓度之比；如果考虑到煤灰的自身脱硫作用，即排放系数K，就可求得在a=1.40时排出的烟气中的SO2浓度：8.3硫氧化物的形成与防治煤的折算含硫量在不同的排放系数下与排烟中原始SO2生成浓度及要求的脱硫效率的关系如果环境保护标准规定的该种燃煤锅炉的SO2允许排放浓度为，则为满足环境保护要求所需达到的脱硫效率计算式为：

如图表示出排放系数K分别为70%、80%、90%时和排放限额C*so分别为400、600和800mg/Nm3时Szs和Cso及ηSO2的关系。其中，变化范围区带各自的低限值ηSO2都相应于K=70%时的数值，高限值ηSO2则相应于K=90%时的数值。8.3硫氧化物的形成与防治燃烧前脱硫：洗选燃烧中脱硫：炉内脱硫，循环流化床锅炉、型煤燃烧后脱硫：烟气脱硫(Flue

Gas

Desulfurization)石灰石（石灰）-湿法湿式洗涤法脱硫工艺喷雾干燥法烟气循环流化床炉内喷钙尾部加湿活化法海水法电子束法氨法氧化镁法钠碱法8.3硫氧化物的形成与防治8.3硫氧化物的形成与防治SOx的抑制技术1、燃料脱硫（1）物理净化法通过煤的粉碎，使非化学键结合的不纯物质与煤脱离，利用FeS2的密度与煤密度的相差，用水洗除FeS2，也可利用二者表面润湿、磁性或导电性不同加以分离。此法不能除去有机硫（2）化学净化法如用碱液浸煤后通过微波照射，使有机硫和黄铁矿的化学键被微波打断，生成硫化氢，它与碱反应而被去除。可除去90%的无机硫和70%有机硫。（3）煤的气化将煤进行气化，使煤中硫转变成H2S，然后再将其去除。8.3硫氧化物的形成与防治SOx的抑制技术2、炉内固硫喷钙脱硫：先将脱硫剂破碎成一定粒度，然后送入炉膛，在温度800-1000℃范围下脱硫剂受热分解，把燃烧过程中产生的部分SO2固化：脱硫剂分解：硫化反应：再生反应：在还原性气氛中CaCO3和CaO遇到H2S时，会发生如下的反应：

如果CaS再遇到氧气，则根据氧的浓度大小又会发生如下的氧化反应：

8.3硫氧化物的形成与防治

向炉内加入石灰石脱硫，对于不同燃烧方式的燃煤设备，其使用方法、使用条件及脱硫效果都是不相同的。石灰石脱硫的最佳燃烧方式是流化床燃烧，另外，在型煤加工过程中加入脱硫剂的固硫型煤燃烧脱硫也可得到较好的脱硫效果。（1）流化床燃烧脱硫流化床燃烧脱硫就是在流化床内加入石灰石(或白云石),在燃烧过程中同时脱除烟气中存在的SO2和SO3。影响流化床脱硫效率的因素不仅有：燃烧温度，流化床压力，Ca/S摩尔比和床截面气流速度，还有脱硫剂种类、煤种、脱硫剂颗粒度和烟气中氧气浓度等。8.3硫氧化物的形成与防治

床温对脱硫率的影响A、燃烧温度

由于脱硫反应是可逆反应，故而只是在一定的温度范围内效果较好,如图所示。B、流化床压力与脱硫剂种类最常用的脱硫剂有石灰石和白云石。试验表明，在常压下石灰石的脱硫效率高；在增压下则是白云石的脱硫效率高，这主要是由固硫剂内部的主要成分决定的。

石灰石脱硫反应中其反应产物CaSO4首先在颗粒表面处形成。随着CaSO4的增厚使颗粒表面孔隙大大缩小，并可能被堵死，产生气窒息现象从而使颗粒内部的CaO难以与SO2和8.3硫氧化物的形成与防治O2分子接触，大大降低了钙的利用率。为了提高钙利用率，可将石灰石制成粉后再粘结成球型，或用水合过的水泥熟料，形成多孔脱硫剂。其特点是：孔容积小而粗大的孔很多，使钙的利用率大幅度提高。

Ca/S摩尔比对脱硫率的影响试验条件:床温900℃,烟气中O2为4％C、Ca/S摩尔比

Ca/S摩尔比对脱硫率影响的典型曲线如图所示。在其他条件不变的情况下，随着Ca/S摩尔比的增大，脱硫率明显提高。8.3硫氧化物的形成与防治D、颗粒尺寸用白云石作脱硫剂时颗粒尺寸对脱硫率的影响较小；但用石灰石时，颗粒尺寸越小其脱硫率越高。试验表明：小一个数量级的细颗粒脱硫率要提高10%-20%。这主要是比表面积增大和扩散深度减少的缘故。但实际的颗粒尺寸应与气流速度相配合，因一定的气流速度下颗粒尺寸较小时，扬析量增加。运行经验表明，固硫剂颗粒的尺寸也不应取得太小，考虑到扬析量和除尘器负担，建议石灰石的平均粒径不小于100μm。

8.3硫氧化物的形成与防治E、气流速度

在其他条件相同时，风速增大将导致脱硫率下降。日本日立公司在550×550mm2试验炉上得出气流速度对脱硫剂飞逸率的影响，飞逸率增大时，脱硫率将明显下降。气流速度对脱硫剂的影响试验条件：床温900℃，Ca/S＝4，

脱硫剂：石灰石8.3硫氧化物的形成与防治F、氧浓度的影响床内氧浓度水平及其分布主要与过量空气系数a、是否过量空气系数对SO2排放的影响实施分段燃烧、给料方式、炉膛压力及给料点分布有关。研究表明，过量空气系数本身对SO2并无多大影响，除非它很低(或很高时)导致床温下降而使石灰石利用率降低。

8.3硫氧化物的形成与防治（2）型煤燃烧固硫型煤燃烧固硫就是把固硫剂，如石灰石、生石灰、电石渣、造纸废渣、赤泥或其它工业废弃物固硫剂，加入到型煤配料中，加工成各种固硫型煤，型煤燃烧中生成的SOX，可直接与固硫剂发生反应，生成硫酸盐硫等存留在灰渣中，从而防止了SOX对大气的排放。A、固硫原理主要以石灰石和生石灰为例，介绍固硫剂的固硫原理。石灰石与SOX进行反应，主要反应式与石灰石在流化床中的固硫反应式相同。8.3硫氧化物的形成与防治在还原性气氛中，CaO可与煤中的硫化物反应生成CaS:生石灰作为型煤固硫剂，在型煤加工中遇水后生成Ca(OH)2，Ca(OH)2性质很活泼，低温下便与SO2、SO3发生反应，高温下Ca(OH)2析出水分形成CaO，CaO再与SOx进行硫化反应，Ca(OH)2的硫化反应式如下：

CaSO4、CaS等保留在型煤渣中，从而减少了SOx对大气的排放。8.3硫氧化物的形成与防治燃烧后脱硫燃烧后脱硫即通常所说的烟气脱硫(FGD)，按吸收剂处理状态分湿法、干法及半干法。湿法脱硫如石灰石/石灰--石膏洗涤法，双碱法，海水洗涤

法等；干法脱硫如电子束照射法，炉内喷钙尾部活化法，循环

流化床烟气脱硫等，半干法如旋转喷雾干燥法等。8.3硫氧化物的形成与防治（1）石灰/石灰石--石膏法石灰石-石膏法采用的吸收剂是石灰石，首先是将粉状石灰石制成浆液，喷入到脱硫吸收塔中，吸收烟气中的二氧化硫，未反应完的浆液进行再循环，反应生成的亚硫酸钙经氧化后生成硫酸钙，含有CaSO4·2H2O的洗涤排出液经浓缩脱水生成副产品石膏(回收法)或被排弃(抛弃法)。（2）炉内喷钙尾部活化法(LIFAC)LIFAC工艺可以分为二个主要工艺阶段，一是炉内喷钙，二是炉外尾部活化。8.3硫氧化物的形成与防治石灰石—石膏湿法脱硫系统

在第一阶段，磨细到325目左右的石灰石粉用气力喷射到锅炉炉膛的上部、温度为900～1250℃的区域。CaCO3受热分解为CaO和CO2。锅炉烟气中的部分SO2和几乎全部的SO3与CaO反应生成CaSO4。新生成的CaSO4和未反应的CaO与飞灰随烟气(包括未被吸收的SO2)一起流到锅炉的下游，参与下阶段的反应。在第二阶段，即尾部活化阶段，烟气在一个专门设计的活化器中喷入雾化水，进行增湿。烟气中未反应的CaO与水反应生成在低温下很高活性的Ca(OH)2，Ca(OH)2与烟气中剩余的SO2反应生成亚硫酸钙。部分亚硫酸钙被氧化成硫酸钙。最后形成稳定的脱硫产物。8.3硫氧化物的形成与防治（3）电子束照射法（EBA）基本的工艺流程由烟气冷却工序、氨的充入工序、电子束照射工序和副产品分离工序组成。锅炉所产生的烟气，经过集尘器除尘后流入冷却塔，在冷却塔内喷射冷却水，将烟气冷却到适合的反应温度约60～70℃，然后进入反应器，在电子束的照射下，烟气中的硫氧化物和氮氧化物在极短时间内被氧化，并和注入反应器的氨反应，生成固体微粒，生成的副产品被除尘器收集，经造粒处理后送到副产品仓。经净化后的烟气排入大气。8.3硫氧化物的形成与防治（4）旋转喷雾干燥法旋转喷雾半干法烟气脱硫是利用喷雾干燥的原理，将吸收剂浆液以雾状形式喷入吸收塔内，吸收剂雾粒在与烟气中二氧化硫发生化学反应过程中，又不断吸收烟气中的热量使雾粒中水分蒸发干燥，最后完成脱硫后的废渣以干态灰渣形式排出。（5）烟气脱硫技术的比较各种烟气脱硫技术均有其固有的优缺点，选择使用何种技术的一个基本原则就是因地制宜，几种常见脱硫工艺条件和其主要优缺点的比较见表。8.3硫氧化物的形成与防治几种常见脱硫工艺条件的比较一览表

脱硫工艺优缺点比较一览表

脱硫公司及其技术脱硫公司及其技术(续)8.3硫氧化物的形成与防治烟气同时脱流脱硝技术活性炭吸附NH3法来同时脱硫脱硝，在温度为80-130℃下用活性炭作SO2的吸收剂，把吸收了SO2的活性炭进行再分解，并进一步处理成硫酸和元素硫。8.4氮氧化物的形成与防治NO的生成机理燃烧过程中所产生的氮的氧化物：NO（占95%）NO2（占5%）燃烧所用的空气中氮（分子氮）的氧化；（大多数燃烧装置中，这是NO的主要来源）燃料中含氮化合物（燃料氮）在火焰中热分解后再氧化（在烧原油或煤的燃烧装置中，燃料氮是NO的主要来源）燃烧生成NO按来源不同可分为：热力NO瞬发NO燃料NO8.4氮氧化物的形成与防治NO的生成机理热力NO：燃烧所用的空气中氮高温氧化生成NO，称为热力NO，它的生成机理（链锁反应）是Zeldovich于1946年提出的：8.4氮氧化物的形成与防治NO的生成机理—

Zedovich热力NO生成率，与贫燃料预混火焰的实验结果吻合。Fenimore指出富燃料燃烧还与下列反应有关：煤燃烧中“快速型”NOX“快速型”NOX是煤燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如CH等反应生成的NOX。费尼莫尔认为：“快速型”NOX生成过程共由四组反应构成：如：

(2)(1)中的反应所生成的HCN和CN，与在火焰中所产生的大量、OH等原子团反应生成NCO：

(1)在碳氢化合物燃烧时，特别是富燃料燃烧时，会分解出大量的CH、CH2、CH3和C2等离子团，它们会破坏燃烧空气中N2分子的键而反应生成HCN，CN等，(3)NCO被进一步氧化成NO：

(4)此外，研究还发现，在火焰中HCN浓度达到最高点转入下降阶段时，存在着大量的氨化物(NH3)，这些氨化物会和氧原子等快速反应而被氧化成NO：如

研究表明，“快速型”NOX对温度的依赖性很弱。一般情况下，对不含氮的碳氢燃料在较低温度燃烧时，才重点考虑“快速型”NOX。对煤燃烧设备，“快速型”NOX与“热力型”和“燃料型”NOX相比，其生成量要少得多，一般在总NOX生成量的5%以下。8.4氮氧化物的形成与防治NO的生成机理热力NO：限制热力NO的生成，主要是降低温度，具体措施可归纳为：（1）降低燃烧温度，避免局部高温；（2）降低氧气浓度；（3）缩短在高温区的停留时间；（4）在偏离α＝1的条件下进行燃烧；8.4氮氧化物的形成与防治NO的生成机理瞬发NO：大气压力下甲烷与空气预混火焰中NO的生成8.4氮氧化物的形成与防治NO的生成机理瞬发NO：燃烧时燃料中碳氢化合物分解生成的CH和C等原子团，与空气中N2进行反应而生成氰化物：氰化物生成反应活化能小，反应快，氰化物又与火焰中大量的O、OH等原子团生成NO：8.4氮氧化物的形成与防治NO的生成机理瞬发NO：8.4氮氧化物的形成与防治NO的生成机理瞬发NO：研究表明，在火焰中不仅有HCN等存在，而且还有胺化物（NH、NH2、NH3）存在，同样与OH、N等原子团反应生成NO：8.4氮氧化物的形成与防治NO的生成机理瞬发NO：瞬发NO生成与下列三个因素有关：（1）CH原子团的浓度及其形成过程（2）N2分子反应生成氮化物的速率与下列反应有关：（3）氮化物间相互转化率此反应对NO的生成起重要作用（富燃料及贫燃料），可以认为：8.4氮氧化物的形成与防治NO的生成机理瞬发NO形成的主要途径：在温度T＜2000K时，NO生成率主要取决于CH－N2反应，即瞬发NO，随着温度增加，瞬发NO比例减小，热力NO增加，当T＞2500K时，NO生成主要按Zeldovich的热力NO生机理控制。8.4氮氧化物的形成与防治NO的生成机理燃料NO：试验表明：燃烧装置中所用的燃料含有氮化合物时，排出燃气中含有大量的NO，且随着燃料中N含量增加而增加。燃料中N与各种碳氢化合物结合成环状或链状化合物，与空气中N相比，其结合键较小，燃烧时易分解生成低分子含氮化合物，氧化后生成NO8.4氮氧化物的形成与防治NO的生成机理燃料NO：燃料平均含氮量（重量%）含氮量范围（重量%）原油0.065－沥青2.32.15－2.5重馏分1.40.6－2.15轻馏分0.070.06煤1.51－2.5不同燃料中含氮量8.4氮氧化物的形成与防治NO的生成机理燃料NO的形成途径：8.4氮氧化物的形成与防治NO的生成机理影响燃料NO的因素：（1）燃料含N量的影响：实际燃烧过程中只有部分燃料N转化为NO，实际生成NO与全部燃料N之比称为燃料N转换率，影响燃料N转换率的因素：当α＝1.3时，NO随着燃料N含量增加而增加，但却下降。当α＝0.8时，NO随着燃料N含量增加先增加后饱和，而下降。8.4氮氧化物的形成与防治NO的生成机理（2）过剩空气系数的影响：8.4氮氧化物的形成与防治NO的生成机理（2）过剩空气系数的影响：8.4氮氧化物的形成与防治NO的生成机理影响燃料NO的因素：（3）燃烧温度的影响：试验结果表明，燃料NO与热力NO不同，它受温度影响较小，这是因为燃料中N的热分解温度比火焰温度低，当燃烧达到分解温度而进行分解，生成NO与火焰温度关系不大。8.4氮氧化物的形成与防治NO2的生成机理燃烧生成的NO可与与含氮原子中间产物反应使NO还原成N2，也可以与各种含氮化合物或氧化物反应生成NO2，如在火焰面附近存在下列反应：另外在燃烧区由于氧原子增加，NO2又转变成NO，导致NO2含量较少：煤燃烧中“燃料型”NOX生成规律“燃料型”NOx：煤中的氮化合物在燃烧过程中发生热分解，

氧化而生成的NOx。一般，当燃料中氮的含量超过0.1%时，所生成的NO在烟气中的浓度将会超过260mg/Nm3。90%的NOX是“燃料型”NOX。“燃料型”NOX是煤燃烧时产生NOX的主要来源。“燃料型”NOX的生成机理非常复杂，主要机理有以下几点：（1）煤在燃烧中氮化合物分为两部分，随挥发分一起析出的氮化合物－挥发分N和残留在焦炭中的氮化合物－焦炭N。当煤中的挥发分增加、热解温度和热解速度提高、煤的颗粒越小时，挥发分N增加，而焦炭N相应减少。（2）挥发分N中最主要的氮化合物是HCN和NH3。HCN和NH3所占挥发分N的比例与煤种、挥发分的性质、氮和煤的碳氢化合物组合状态及燃烧条件等有关。（3）挥发分N中HCN的主要反应途径如下图：

挥发分N中HCN的主要反应途径其中：〈1〉在氧化性气氛中，NCO直接氧化成NO；

〈2〉在还原性气氛中，NCO生成NH，NH在还原性

气氛下生成N2（4）挥发分N中NH3的主要反应途径：

其中：〈1〉NH3与OH，O或H反应生成NH2，NH2进一步

反生成NH，NH氧化生成NO；

〈2〉NH2还原NO生成N2。（5）在通常的煤燃烧温度下，燃料型NOX主要来自挥发分N。煤粉燃烧时由挥发分生成的NOX占燃料型NO的60%～80%，由焦炭N所生成的NOX占20%～40%，研究表明：在氧化性气氛中，随着过量空气的增加，挥发分NOX迅速增加，数量超过焦炭NOX，而焦炭N的增加则较少。（6）NOX的还原在氧化性气氛中生成的NOX当遇到还原性气氛时，会使NOX还原或破坏，所以煤燃烧时，NOX的排放浓度最终取决于NO的生成反应和NO的还原或破坏反应的综合结果。（7）煤燃烧中，燃料N中只有一部分最终生成NO，其余的燃料N常以NH3的形式分解出来，再转化为N2。燃料氮转化为NO的转化率与煤种特性和炉内燃烧条件有关，一般煤中固定碳的含量相对于挥发分的含量越高，过量空气系数越低时，NOX的转换率越低。煤燃烧N2O的生成机理

N2O是一种燃料型氮氧化物，其生成机理和燃料型NOX很相似，也是在挥发分析出和燃烧期间，挥发分N首先析出并生成挥发分NO，然后NO再和挥发分N中的HCN，NCO，NHi等反应生成N2O，同时，焦炭N也会在一定条件下通过多相反应生成N2O。

挥发分N生成N2O的反应途径

燃料N生成N2O的反应途径

NOx的破坏机理火焰中NOx形成和破坏机理途径。抑制NOx的生成和促使NOx破坏途径的示意图

1.在富燃料火焰中有机地结合在燃料中的氮与烃根如CH和CH2反应，空气中的氮也可能部分与烃相结合快速生成氰如HCN，CN等，氰与和反应生成中间产物氰氧化物（HNCO和NCO），接着再转换成携氮产物如NH3，NH2，NH和等，然后和NH根与O2、或OH反应生成快速NO：

上述反应方程式在低温富燃料条件下占主导地位。对于上两式所生成的NO有两种方式可以破坏NO。一种方式是与氨类（NHx和）反应生成氮分子，另一种方式是与烃根CHi结合生成氰，氰（HCN）再与，等反应转换成氨类NHi，然后NHi又由第一种方式把NO再燃烧或燃料分级燃烧。NOx燃料分级还原的反应途径

即如图所示，使NO分解的合适反应温度要大于1200℃。1—α为2.2;2—α为0.12；3—α为0.53

O2一次浓度,1%;NO一次浓度,184-206mg/Nm3;停留时间,0.2s;气体流率,5Nl/min;

使用的烃:丙烷NOx还原区内反应温度与NO分解率的关系2.较高的反应温度有助于促进NOx分解3.在煤粉火焰中产生的NO也可通过碳来还原，其产物是CO，CO2和N2。主要反应如下：式中C（N）、C（O）中的（N）和（O），表示碳吸附的氮原子和氧原子。化合吸附的氮原子释放形成N2，化学吸附的氧原子或释放形成CO，或与CO反应生成CO2。8.4氮氧化物的形成与防治降低NOx的燃烧技术主要途径：选用N含量较低的燃料，包括燃料脱氮和转变成低氮燃料降低过剩空气系数，组织过浓燃烧，以降低燃料周围氧浓度在过剩空气的条件下，降低温度峰值以减少热力NO在氧浓度较低情况下，增加可燃物在火焰前锋和反应区中的停留时间。减少NOx的形成和排放的具体方法为：分级燃烧、再燃烧法、低氧燃烧、浓淡偏差燃烧和烟气再循环等。8.4氮氧化物的形成与防治降低NOx的燃烧技术分级燃烧：将燃烧所需的空气量分成两级送入，一级空气所用的过剩空气系数：气体燃料0.7，油0.8，煤0.8－0.9，其余空气在燃烧器附近适当位置送入，使燃烧分两级完成。一级燃烧区：燃料在过浓情况下燃烧，因缺氧富燃料使得燃烧速度和温度降低，从而抑制了挥发分燃烧生成的热力NO。另外燃烧生成CO与NO还原反应及燃料中N分解成中间产物相互复合作用或与NO还原分解，从而抑制了燃料NO的生成：8.4氮氧化物的形成与防治降低NOx的燃烧技术分级燃烧：二级燃烧区：贫燃料燃烧区，因空气量多，一些中间产物氧化生成NO：但因火焰温度低，NO生成量不大，最终二级燃烧可使Nox生成量降低（30-40%）。

风分级、低过量空气系数、燃料分级（再燃烧）、烟气循环等方法就是基于这些思想来减少NOx的形成和排放.风分级风分级是一种常用的形成富燃料区的方法，该法是把供燃烧用的空气由原来的一股分为二股或多股，在燃烧开始阶段只加部分空气，造成一次气流燃烧区域的富燃料状态。由于富燃料贫氧，因而该区的燃料只是部分地燃烧，使得有机地结合在燃料中氮的一部分生成无害的氮分子。从而减少了“燃料型”

NOx的形成。风分级是二次燃烧过程，可描述为：富燃料（贫氧）燃烧-贫燃料（富氧）燃烧。空气分级低NOx燃烧器原理示意图

燃烧过程分成三个区：煤和一次风在出口处形成的富燃料区、二次风逐渐掺混的持续富燃料区、三次风掺入最终形成的完全燃烧区。

火上风火上风方法是炉内风分级的一种基本形式，此法中供燃烧用的空气分为两部分：一部分空气从主燃器内引入，在主燃烧区内进行富燃料燃烧，其余的空气从炉内主燃烧区上方加入，以便于进行完全燃烧。空气以二级方式分别引入以达到富燃料燃烧和富氧燃烧。这种从炉内主燃烧区上方引入的空气，简称为火上风。对新设计的锅炉和有选择性的改型锅炉，火上风布置在最上排燃烧器的上面，燃烧器和主燃烧区在富燃料状态下运行。研究表明，单纯火上风方法可以减少NOx排放