锅炉中氮氧化物的生成原理锅炉中氮氧化物的生成原理.ppt

* 燃烧污染物及生成机理 1 概述 2 热力型 NOx的生成机理 3 快速型 NOx的生成机理 4 燃料型 NOx的生成机理 氮氧化物 * 1、NOx的形成与分类 氮氧化物：NO，NO2，N2O、N2O3，N2O4，N2O5等，但在燃烧过程中生成的氮氧化物，几乎全是NO和NO2。通常把这两种氮的氧化物称为NOx。 煤炭、天然气、重油等天然矿物燃料在燃烧过程生成的氮氧化物中，NO占90%左右，其余为NO2。 §1 概 述 * 燃料燃烧过程生成的NOx，按其形成分类，可分为三种： 热力型NOx （Thermal NOx），它是空气中的氮气在高温下氧化而生成的NOx 快速型NOx（Prompt NOx），它是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 燃料型NOx（Fuel NOx），它是燃料中含有的氮化合物在燃烧过程中热分解而又接着氧化而生成的NOx * NOx的生成是燃烧反应的一部分。空气中的氮和氧在高温下生成一氧化氮的反应，可用下式表示： N2 + O2 ? 2NO 在讨论某些问题时，只写出这一结果也就够了。但实际的燃烧反应是极其复杂的化学反应过程，有许多问题必须研究反应的中间过程才能找到解决的办法。 锅炉燃烧过程中，按上式反应生成的NO非常少，而是经过复杂的反应过程而生成的。 * 2、氮氧化物的基本特性 NO是无色无臭的气体，分子量为30.01，其融点为-16l ℃ ，沸点为-152℃。 NO略溶于水，在空气中易氧化为NO2 NO2是一种红棕色有害的恶臭气体。其含量为0.1ppm时即可嗅到，1~4ppm时，有恶臭，而达到25ppm时，则恶臭难闻。它的分子量为46.01。密度约为空气的1.5倍。 氮氧化物进入大气后发生一系列变化，它在空气中的含量始终处在变动之中，既有日变化，又有季节变化。在一天中，其含量早上最高，傍晚次高，午后最低；在一年中，冬季高，夏季低 * 氮氧化物的变动主要由于光化学作用，它与阳光强弱密切相关 从图中可看出，早上NO2含量最高，随着太阳上升，光照加强，光化学作用逐渐加快，消耗NO2不断增加，形成的O3随之增多，一直到午后2时左右，光化学作用达最高点，此时NO2含量最低。以后阳光逐渐减弱， NO2消耗逐渐减少，傍晚又出现了次高点 * 3、氮氧化物的危害 氮氧化物对人类健康的影响 对森林和作物生长的影响 对全球气候变化的影响以及对高空臭氧层的破坏 * 4、煤燃烧过程中的氮氧化物 煤燃烧过程中产生的氮氧化物主要是一氧化氮（NO ，占90%以上）和二氧化氮（NO2 ，占5~10%）。此外，还有少量的氧化二氮（N2O ，只占1%左右）产生。 和SO2的生成机理不同，在煤燃烧过程中氮氧化物的生成量和排放量与煤燃烧方式，特别是燃烧温度和过量空气系数等燃烧条件关系密切 以煤粉燃烧为例，在不加控制时，液态排渣炉的NOx排放值要比固态排渣炉的高得多。即使是固态排渣炉，燃烧器布置方式不同时不加控制的NOx的排放值也很不相同。 * 煤粉炉的NOx排放值和燃烧方式及锅炉容量的关系 * 煤粉燃烧所生成的NOx中，燃料型NOx是最主要的，它占NOx总生成量的60~80%以上；热力型NOx的生成和燃烧温度的关系很大，在温度足够高时，热力型NOx的生成量可占到NOx总量的20~30%；快速型NOx在煤燃烧过程中的生成量很小 * 若燃料N全部转变为燃料NOx，则燃料中1%N燃烧生成NOx为1300ppm，实际上燃料N只是一部分转变为NOx，取转变率为25%，则燃料NOx为325ppm，即650mg/Nm3。 热力NOx一般占总NOx的20%～30%，现取25%，即为217 mg/Nm3。 因此，总的NOx生成量为867 mg/m3。 若锅炉采用了低NOx燃烧器、顶部燃尽风等分级燃烧、以及提高煤粉细度和低α措施等，炉内脱硝率可达ηNOx≥50%，因此预计NOx排放浓度≤433mg/Nm3。 * 煤粉燃烧中各种类型NOx的生成量和炉膛温度的关系 * §2 热力型 NOx的生成机理 热力型NOx是燃烧时空气中的氮（N2）和氧（O2）在高温下生成的NO和NO2 O2十M←→2O十M O十N2←→NO十N N十O2←→NO十O 因此，高温下生成NO和NOx的总反应式为 N2十O2←→2NO NO十1/2O2←→NO2 Zeldovich 捷里多维奇机理 * N2和O2生成NO的平衡常数Kp 当温度低于l000K时Kp值非常小，也就是NO的分压力(浓度)很小 * 温度和N2／O2(ppm)初始比对NO平衡浓度的影响 40N2／O2(ppm)是N2和O2之比为40:1