低NOx燃烧技术.docx

燃煤锅炉得低ＮOｘ燃烧技术
NOx就就是对N2O、ＮO2、NO、Ｎ２O5以及PAN等氮氧化物得统称。在煤得燃烧过程中、NOx生成物主要就就是NＯ和NO2、其中尤以ＮO就就是最为重要。实验表明、常规燃煤锅炉中NO生成量占NＯｘ总量得９0%以上、ＮO2只就就是在高温烟气在急速冷却时由部分NO转化生成得。Ｎ2O之所以引起关注、就就是由于其在低温燃烧得流化床锅炉中有较高得排放量、同就就是与地球变暖现象有关、对于N２O得生成和抑制得内容我们将结合流化床燃烧技术进行介绍。
因此在本章得讨论中、ＮOｘ即可以理解为NO和NO2。
一、燃煤锅炉NOｘ得生成机理
根据NＯｘ中氮得来源及生成途径、燃煤锅炉中NOx得生成机理可以分为三类:即热力型、燃料型和快速型、在这三者中、又以燃料型为主。她们各自得生成量和炉膛温度得关系如图3-1所示。试验表明、燃煤过程生成得ＮＯx中NO占总量得90%、NＯ２只占5%~10%。

1、热力型NOｘ
热力型NOx就就是参与燃烧得空气中得氮在高温下氧化产生得、其生成过程就就是一个不分支得链式反应、又称为捷里多维奇(Zeldovich)机理
(3-1)
(3-2)
(3－3)
如考虑下列反应
(３-4)
则称为扩大得捷里多维奇机理。由于Ｎ≡Ｎ三键键能很高、因此空气中得氮非常稳定、在室温下、几乎没有NOｘ生成。但随着温度得升高、根据阿仑尼乌斯(Ａrrｈｅnｉus)定律、化学反应速率按指数规律迅速增加。实验表明、当温度超过1200℃时、已经有少量得NOx生成、在超过15０0℃后、温度每增加100℃、反应速率将增加6～7倍、ＮＯx得生成量也有明显得增加、如图3-1所示。
但总体上来说、热力型NOx得反应速度要比燃烧反应慢、而且温度对其生成起着决定性得影响。对于煤得燃烧过程、通常热力型NOx不就就是主要得、可以不予考虑。一般来说通过降低火焰温度、控制氧浓度以及缩短煤在高温区得停留时间可以抑制热力型ＮOx得生成。
2、快速型NOx
快速型NＯx中得氮得来源也就就是空气中得氮、但她就就是遵循一条不同于捷里多维奇机理得途径而快速生成得。其生成机理十分复杂、如图３－2所示。

通常认为快速型ＮOx就就是由燃烧过程中得形成活跃得中间产物CＨi与空气中得氮反应形成HCN、ＮH和N等、再进一步氧化而形成得。在煤得燃烧过程中、煤炭挥发分中得碳氢化合物在高温条件下发生热分解、生成活性很强得碳化氢自由基(CH·、CH2·)、这些活化得CＨｉ和空气中得氮反应生成中间产物ＨCN、NＨ和N、随后又进一步被氧化成NO、实验表明这个过程只需60mｓ、故称为快速型NOx、这一机理就就是由费尼莫(Ｆｅnｉmｏｒe)发现得、所以又称为费尼莫机理。
(3-5)
(３-6)
由图3－１可以看出、在煤粉燃烧过程中快速型NOx生成量很小、大致在(10~１00)×10-6、且和温度关系不大。但随着NOx排放标准得日益严格、对于某些碳氢化合物气体燃料得燃烧、快速型ＮOx得生成也应该得到重视。
3、燃料型NOｘ
由燃料中得N生成得NＯx称为燃料型ＮOｘ、由图３-１可知、燃料型NOx就就是煤粉燃烧过程中NOx得主要来源、占总量60%~80%。同时由于煤得热解温度低于其燃烧温度、因此在６0０～8０0℃时就会生成燃料型NOｘ、而且其生成量受温度不大。

煤得氮含量在0、４%～2、9％之间、且随其产地得不同有较大差异。煤中绝大多数得氮都就就是以有机氮得形式存在。在燃烧过程中、一部分含氮得有机化合物挥发并受热裂解生成Ｎ、ＣN、HCN和NHi等中间产物、随后再氧化生成NOx;另一部分焦炭中得剩余氮在焦炭燃烧过程中被氧化成NOx、因此燃料型NOx又分为挥发分NOx和焦炭NOｘ。该过程如图3-３所示。
实验表明、在通常得燃烧条件下、燃煤锅炉中大约只有２0%～25％得燃料氮转化为NOｘ、而且受燃烧过程空气量影响很大、常用过量空气系数(α)来表示燃烧过程空气量得多少、一般定义在化学当量比下得过量空气系数为1、大于１表示空气过量、小于1表示空气量不足。如图3－4所示、当过量空气系数α＝0、７时、燃料型NOx得生成量接近于零、然后随过量空气系数得增加而增加。同时进一步研究表明、焦炭氮向NＯx得转化率很低、大多数燃料型NOx属于挥发分NOx、以上知识对于研究和开发燃料型ＮOx得控制技术就就是相当重要得。

煤燃烧得氮氧化物形成实际上就就是一个非常复杂得过程、与煤种、燃烧方式及燃烧过程得控制密切相关。对于各种不同得煤种得原始NOｘ排放情况、一般来说无烟煤燃烧时得NOx排放量最大、褐煤燃烧时为最小、这不但与煤种有关、更重要得就就是与煤得燃烧方式有关、煤中得挥发分越低、燃烧时为了燃烧得要求、组织得燃烧温度越高、同时风量一般也最大、就形成了原始得NOx排放也越高。图３-5所示得就就是不同得燃煤锅炉