燃煤过程中NOx的生成机理及控制技术.pdf

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燃煤过程中NOx的生成机理及控制技术FormationCombustion李芳，毕明树NOxCoal1前言2煤燃烧过程中NO；形成机理及影响因素工业锅炉2005年第6期(总第94期)(大连理工大学化工学院，大连116012)andControlTechnologyintheProcessof16012，China)我国不仅煤炭资源丰富，也是世界上产煤和用煤大国。在我国，煤炭是主要的燃料，占一次能源中总消费量的比重为70％。然而煤炭中含有硫、氮等元素，在燃烧过程中会产生SO：和NO，等污染物，造成严重的大气污染。在今后一段时间内，我国快速发展的经济对能源呈现出旺盛的需求，燃煤造成日趋严重的环境污染将是困扰我国发展的主要难题燃煤过程中生成的氮氧化物，其中NO占90％以上，N02占5％～10％，而N20只占1％左右。通常把这几种氮氧化物称为NO；。燃煤电站锅炉是NO。的主要排放源，2000年全国电站锅炉NO，的平均排放浓度为750mg／m3，NO，排放总量为258．02万t，据预测到2010年NO。排放总量将比2000年增长136万t左右。NO，对植物有损害，对动物有致毒作用。大气中NO，和挥发性有机物在太阳光照射下经过一系列复杂的光化学反应，就会产生毒性很大的光化学烟雾。而且NO，能形成酸雨，造成水污染，还能破坏臭氧层，对全球气候变化产生极为不利的影响。因此，提高煤的燃烧效率，控制氮氧化物的排放，减少对环境的污染己成为人们日益关注的课题。本文对煤粉燃烧过程中NO。的形成机理及其影响因素的研究现状和发展动向作了综合评述，并在此基础上，探讨了目前相关的低NO，燃烧技术及烟气脱除氮氧化物等技术。在燃烧过程中，NO，生成的途径有3种：一是空气中氮在高温下氧化产生，称为热力型NO，；二是由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基和空气中氮气反应生成HCN和N，再进一步与摘要：简述了煤燃烧过程中NO。的生成途径、生成机理以及排放的影响因素。通过分析燃煤过程中N0z的生成过程，阐述了控制其生成和降低排放的原则，并且探讨了目前较常用的第一作者：李芳几种控制NO。污染的技术措施和存在的问题，指出了脱氮技术的现状及发展方向。中图分类号：TK224．1+1Ming-shu(SchoolDeNO，technology．之一。文章编号：1004-8774(2005)06—32-04(1980一)，硕士研关键词：燃煤过程；氮氧化物；形成；控制究生。文献标识码：ALIFang，BIChemicalEngineering，DalianTechnology，DalianNO。pollution，and收稿日期：2005-07．1832University1Abstract：TheinfluencesNO，formation，mechanismdrainingoffduringcoalcombustionanalyzedthispaper．AccordingformationmechanismNO。，itscontroltechnologyprincipledis—cussed．Thealsointroducesmethodsindicatesdevelop‘Keywords：coalcombustion；NOI；formation；controlemissionpapercommonquomenttostatusaleare
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N2+02qNO3控制No。排放的技术措施·环保技术·燃煤过程中NO。的生成机理及控制技术氧气作用以极快的速度生成NO。，称为快速型NO。；三是燃料中含氮化合物在燃烧中氧化生成的NO。，称为燃料型NO，。热力型NO：是空气中氮气(N：)在高温下氧化而生成的氮氧化物。其生成机理是由原苏联科学家捷里道维奇¨’2o(Zeldovich)提出来的。按照这一机理，空气中的N2在高温下氧化，是通过一组不分支的连锁反应进行的，整个反应的速度，正比于氧原子的浓度，随着温度的上升和氧原子浓度增大，总的反应速度增大。由于总反应：(1)是吸热反应，所以升温有利于生成NO；相反，降温会使热力型NO。的形成受到明显抑制。因此，热力型NO，生成速度与燃烧温度关系很大，故又称为温度型NO，。热力型NO，的生成速度和温度的关系是按照阿累尼乌斯定律进行的。在温度小于13000C时，几乎看不到NO的生成反应，NO。成量很小，只有当温度高于13000C以上，NO的生成反应才逐渐明显，NO，生成量逐渐增大。因此，在一般的煤粉炉固态排渣燃烧方式下，热力型NO，所占的比例极小。氧气浓度的增加和在高温区停留时间的延长，都会促进热力型NO。生成。在典型的煤粉火焰中，热力型NO。占总排放量的20％左右。若降低燃烧温度，就能有效降低热力型NO，的生成。2．2快