燃烧装置中NOx的生成与抑制方法探究

陆　頔（广西冶金研究院，广西　南宁　530023）



燃烧装置中NOx的生成与抑制方法探究

陆頔（广西冶金研究院，广西南宁530023）

在我国的发电系统当中，主要以火力发电为主，因此对于煤燃烧之后产生的污染是相当严重的，在煤燃烧之后会产生氧化物NOx、硫氧化物、碳氧化物以及粉尘等，因此要对其污染物的产生进行相关抑制，从而确保我国的环境得到良好的发展。本文首先对NOx与环境污染的关系进行了概述；其次，对氮氧化物，也就是NOx的生成途径以及机理进行了论述；最后针对燃烧过程中所释放的NOx的控制方法进行了分析。x；生成与抑制

燃烧装置；NO

在任何的燃气设备进行运行的时候都会进行热量和大量烟气的产生和排出，在这个过程当中产生的烟气都会向室外进行排放，再加上民用的燃气用具也向大气排放生产生活当中的产生的烟气，对于在很大程度上造成了极其不利的污染。在烟气当中，含有NOx以及SOx等有害成分，可以对环境的污染和人体本身的健康构成了极其不利的影响。因此，需要对其有害物质的生成机理以及控制措施进行不断改善，从而确保环境得到有效保护。

1　NOx与环境污染

1.1燃料燃烧与NOx

在人类长期的生产生活当中，会向大气当中排放NOx，经调查显示，大约每年所排放的有5000万t的NOx，并且大约有90%上来自于燃料的燃烧。在燃料燃烧的过程当中，会向大气排放出NOx，并且在不同的地域当中，也会产生不同程度的污染情况，造成这种现象的原因是由于在不同的国家当中，汽车的拥有量是不同的，因此NOx的排放量占比也就呈现出不同的状态。

1.2 NOx的危害与环境污染情况

在进行高温燃烧的过程当中，会圣城一种叫做NOx的物质，由NO和NO2两部分构成，并且所占据的容积当中NO/ NOx几乎呈现出了95%左右的状态。NO是一种无色无臭的气体，和人体进行密切接触之后，就会与人体的血液当中的血红蛋白进行有机结合，人体因为在含有较高浓度的NO空气当中停留的话，就会出现因为血液当中极度缺氧现象而对中枢神经造成麻痹，形成麻痹状态。与此同时，NO还具有致癌的作用，对细胞的有效分裂以及遗传信息的有效传递具有极其不利的影响。NO2是一种红棕色的气体，刺激性相对强烈一些，但是其中的毒性确实NO气体的4～5倍之多，如果人在浓度为90～100ppm的空气当中进行3h的停留，就会产生直接致死的现象。由此可见，在两者气体进行结合之后释放出的毒性是会相当强烈的，也就是形成的NOx。

NOx在对环境和人体的健康造成嫉妒危害的同时，还会星辰二次污染危害。NO2和HC在经过阳光紫外线的照射之后，就会产生相对复杂的光学反应，从而形成光化学强氧化性质的物质，其中包括O3、NO2、以及气溶胶等物质。可以对大气的能见度造成影响，并且毒性要更加强烈一些，对人体的眼睛、鼻子以及动植物都会造成不同程度的影响。

2　氮氧化物的生产途径以及机理

2.1 Fuel NOx的生产机理

在燃料与氮进行充分结合的情况下，进而产生了NOx，在进行气体燃料和油质燃料的生成情况下，存在两种途径。

第一种途径：

在上述式子当中，在燃料当中的氮的化合物可以进行充分分解，形成NO当中的NH2、NH3、CN以及HCN。

第二种途径：

根据上述的式子，可以得出氮的化合物在进行分解之后就可以释放出氮分子，从而对NO的形成起到了促进作用。NOx的排放量对于燃料当中的氮含量有着相当明显的依赖性，在燃料和氮的结合过程中形成的转换率会随着氧含量的降低而逐渐的降低，如表1所示。

表1　各种燃料生成的NOx比例

2.2 Thermal NOx的生成机理

在高温的火焰当中，空气当中所含的氧分子会分裂形成氧原子，经过和空气中的氮分子集合之后就会形成NO和N，之后再和氧分子进行结合，就会生成NO和O。在这个过程当中有一个重复的作用存在，其反应的表达式为：

根据上述的反应式，燃烧废弃的温度和燃烧之后所残留的氧气的浓度是成正比的关系的；并且高温的持续时间和NO的生成量之间也是正比的关系。

3　对NOx燃烧过程中的控制方法

在燃烧过程中对NOx尽心有效的研究，就现阶段的科研成果来说，目前对于NOx的降低方式有两种：①在燃烧的过程中对NOx进行有效抑制，从而确保生成量的减少；②对已经生成的NOx进行烟气处理法。本文当中重点对第一种方法进行介绍。

3.1燃气再循环法

对NOx的热反应进行有效控制方法首先可以降低燃烧的温度和燃烧区的氧含量，在降低火焰的温度方法当中，常用的是烟气再循环利用的方式。也就是说在空气预热器前部的一部分烟气和燃烧所用的空气进行充分结合，在温度得到降低的同时，也使得炉内的温度水平和氧气浓度得到了有效控制。

3.2高浓度输粉，提升混合物当中煤粉的浓度

燃烧反应的速度煤粉的浓度以及氧气的浓度都有直接的关系，在一定的环境条件下，煤粉的浓度如果处于增长的速度，反应的速度也会随之加快。对煤粉进行高浓度的燃烧在起到强化稳燃的效果的同时，还能有效降低锅炉内部NOx的排放量，在综合效益方面有相当显著的成果。但是值得注意的是煤粉的浓度并不是越高越高，着火的距离最短的煤粉浓度的最佳值和煤粉的种类是有着直接的关系的，只有控制在合适的范围之内，才可以发挥最佳的社会综合效益。

3.3分级燃烧法

分级燃烧法，即为将燃烧器当中的空气量济宁减少，从而使得燃烧区内的氧含量的浓度降低，最终达到降低燃烧区的温度水平。在这个燃烧过程中，所需要的空气是分成两级来对炉内进行输入的，因此整个燃烧过程也要分成两级来进行。第一级的“富燃料燃烧”可以使得NOx得到有效抑制，在第二级的时候空气应该在烟气温度处于最低状态的情况下进行输送到炉内，从而起到对NOx的有效抑制。根据调查，大型煤粉锅炉分级燃烧效果举例如表2所示。

表2　大型煤粉锅炉分级燃烧效果举例

3.4使用低NOx燃烧器

在NOx的生成过程当中，和燃烧器是有着直接密切的关系的，因此可以从燃烧器本身为出发点，来研发出各种低NOx燃烧器。在设计低NOx的设计原则方面，就是需要保证煤粉在着火过程中保持稳定的同时，在燃烧器的着火区内利用小于1的低过量的空气系数，从而形成富燃料燃烧的状态。与此同时，还要对煤粉和二次风的混合进行相关控制，从而来延迟燃烧的时间，对燃烧的强度和火焰的温度进行适当降低。

3.5大速差射流浓缩煤粉少然

为了对负荷变化或者每种进行变化时产生的比例进行调整，需要采用中心大速查射流在燃烧器内的局部浓缩煤粉的方式来进行改善，也就是在以此风管道中心高速射流和一次风一起射到炉内，在告诉射流的卷吸作用之下，一次风中的空气和小颗粒就会被卷入到告诉射流当中，形成浓度不相同的煤粉区，如图1所示。

图1　中心大速差射流燃烧器结构示意图

4　结语

综上所述，在我国的发电方式当中，大多都以燃煤发电为主要的发电方式，以此火电厂对于大气的环境造成的污染情况已经得到了社会学者高度的重视，因此，需要制定出新型的有关大气污染物排放的标准；与此同时，还要利用先进的洁净煤技术，从我国的实际国情进行出发，从而研究出高效低污染的燃烧技术，从而确保我国的环境污染得到有效控制，推动社会的健康发展。

［1］傅忠诚.低NOx燃气燃烧技术的研究［J］.煤气与热力，1990，02：35～41+4.

［2］侯祺棕，冯晓强，廖 洁.燃烧装置中NOx的生成与抑制［J］.化肥设计，2002，06：49～52+4.

［3］王利平.燃烧过程中NOx的有效控制方法［J］.电力学报，1997，03：6～12+38.

陆 頔（1989-），男，助理工程师，本科，主要从事热工设计工作。

TQ534

A

2095-2066（2016）11-0225-02

2016-3-26