1、2017年年4月月2日日NOx的形成機(jī)理（一）的形成機(jī)理（一）一、一、 NOx的形成機(jī)理的形成機(jī)理 在燃料的燃燒過(guò)程中，在燃料的燃燒過(guò)程中，NOx的生成通過(guò)三種機(jī)理，三種機(jī)理所生成的的生成通過(guò)三種機(jī)理，三種機(jī)理所生成的NOx分別稱作燃料型分別稱作燃料型NOx（ Fuel NOx）、溫度型或熱力型）、溫度型或熱力型NOx（Thermal NOx）和快速型（或速度型）和快速型（或速度型）NOx（Prompt NOx）：）：1燃料型燃料型NOx 燃料本身所含的氮的有機(jī)物諸如喹啉燃料本身所含的氮的有機(jī)物諸如喹啉(C5H5N)、吡啶、吡啶(C9H7N)等，在高溫下釋放出氮和氧化等，在高溫下釋放出氮和氧化

2、合生成的合生成的NOx，稱作燃料型，稱作燃料型NOx。2溫度型或熱力型溫度型或熱力型NOx 燃燒時(shí)空氣中的燃燒時(shí)空氣中的2在高溫下氧化生成的在高溫下氧化生成的NOx，稱作溫度型或熱力型，稱作溫度型或熱力型NOx。3快速型（或速快速型（或速度型）度型）NOx碳?xì)淙剂显谌剂线^(guò)多時(shí)燃燒所產(chǎn)生的碳?xì)淙剂显谌剂线^(guò)多時(shí)燃燒所產(chǎn)生的NOx，稱作快速型（或速度型），稱作快速型（或速度型）NOx，對(duì)于大多數(shù)的礦，對(duì)于大多數(shù)的礦物燃料，這類物燃料，這類NOx含量較小含量較小3快速型（或速度型）快速型（或速度型）NOx碳?xì)淙剂显谌剂线^(guò)多時(shí)燃燒所產(chǎn)生的碳?xì)淙剂显谌剂线^(guò)多時(shí)燃燒所產(chǎn)生的NOx，稱作快速型（或，稱作快速型

3、（或速度型）速度型）NOx，對(duì)于大多數(shù)的礦物燃料，這類，對(duì)于大多數(shù)的礦物燃料，這類NOx含量較小含量較小NOx的控制方法分類的控制方法分類見(jiàn)諸于文獻(xiàn)資料上有關(guān)見(jiàn)諸于文獻(xiàn)資料上有關(guān)NOx的治理方法有幾十種之多，這些方法大體上可以分為兩大類的治理方法有幾十種之多，這些方法大體上可以分為兩大類 一級(jí)污染預(yù)防措施和二級(jí)污染預(yù)防措施。一級(jí)污染預(yù)防措施和二級(jí)污染預(yù)防措施。一級(jí)污染預(yù)防措施是指在一級(jí)污染預(yù)防措施是指在NOx生成前的所有控制措施。生成前的所有控制措施。一級(jí)污染預(yù)防措施主要是通過(guò)改進(jìn)燃燒方式減少一級(jí)污染預(yù)防措施主要是通過(guò)改進(jìn)燃燒方式減少NOx的生成量?；诘纳闪??；贜Ox的形成受溫度的的形成

4、受溫度的影響極大這一規(guī)律，可以通過(guò)改進(jìn)燃燒方式避開(kāi)使影響極大這一規(guī)律，可以通過(guò)改進(jìn)燃燒方式避開(kāi)使NOx大量生成的溫度區(qū)間，從而實(shí)現(xiàn)大量生成的溫度區(qū)間，從而實(shí)現(xiàn)NOx的減排。的減排。燃燒方式的改進(jìn)通常是一種相對(duì)簡(jiǎn)便易行的減少燃燒方式的改進(jìn)通常是一種相對(duì)簡(jiǎn)便易行的減少NOx排放的措施排放的措施 ，但這種措施，但這種措施會(huì)帶來(lái)燃燒效率的降低，不完全燃燒損失增加，而且會(huì)帶來(lái)燃燒效率的降低，不完全燃燒損失增加，而且NOx的脫除率也不夠高，的脫除率也不夠高，因此隨著環(huán)保要求的不斷提高，燃燒的后處理越來(lái)越成為必然。因此隨著環(huán)保要求的不斷提高，燃燒的后處理越來(lái)越成為必然。二級(jí)污染預(yù)防措施是指在二級(jí)污染預(yù)防措施

5、是指在NOx的生成后的控制措施，即對(duì)燃燒后產(chǎn)生的含的生成后的控制措施，即對(duì)燃燒后產(chǎn)生的含NOx的煙氣的煙氣(尾氣尾氣)進(jìn)行脫氮處理，又稱為煙氣脫硝（進(jìn)行脫氮處理，又稱為煙氣脫硝（Flue gas deNOx）或廢氣脫硝）或廢氣脫硝（Waste gas deNOx）。）。NOx的危害性及排放情況的危害性及排放情況氮氧化物是化石燃料與空氣在高溫燃燒時(shí)產(chǎn)生的，包括一氧化氮氮氧化物是化石燃料與空氣在高溫燃燒時(shí)產(chǎn)生的，包括一氧化氮(NO)、二氧化氮、二氧化氮(NO2)和氧化二氮和氧化二氮(N2O)。還有。還有NmOn氮氧化物的危害性表現(xiàn)在：氮氧化物的危害性表現(xiàn)在：對(duì)人體健康的直接危害。對(duì)人體健康的直接危

6、害。參與形成光化學(xué)煙霧，形成酸雨，造成環(huán)境污染。參與形成光化學(xué)煙霧，形成酸雨，造成環(huán)境污染。氧化二氮是一種溫室氣體，會(huì)破壞臭氧層。氧化二氮是一種溫室氣體，會(huì)破壞臭氧層。 光化學(xué)反應(yīng)使光化學(xué)反應(yīng)使NO2分解為分解為NO和和O3，大氣中臭氧對(duì)人體健康十分有害。，大氣中臭氧對(duì)人體健康十分有害。光化學(xué)煙霧中對(duì)植物有害的成分主要為臭氧和氮氧化合物：臭氧濃度超光化學(xué)煙霧中對(duì)植物有害的成分主要為臭氧和氮氧化合物：臭氧濃度超過(guò)過(guò)0.1ppm時(shí)便對(duì)植物產(chǎn)生危害。時(shí)便對(duì)植物產(chǎn)生危害。NO2濃度達(dá)濃度達(dá)1ppm時(shí)，某些植物便會(huì)受時(shí)，某些植物便會(huì)受害。害。氮氧化物在大氣的催化反應(yīng)中可形成硝酸。氮氧化物在大氣的催化反應(yīng)

7、中可形成硝酸。熱力型熱力型 燃燒時(shí)，空氣中氮在高溫下氧化產(chǎn)生，其中的生成過(guò)程是一個(gè)不分支連鎖反燃燒時(shí)，空氣中氮在高溫下氧化產(chǎn)生，其中的生成過(guò)程是一個(gè)不分支連鎖反應(yīng)。其生成機(jī)理可用捷里多維奇應(yīng)。其生成機(jī)理可用捷里多維奇(Zeldovich)反應(yīng)式表示。反應(yīng)式表示。 隨著反應(yīng)溫度隨著反應(yīng)溫度T的升高，其反應(yīng)速率按指數(shù)規(guī)律增加。當(dāng)?shù)纳撸浞磻?yīng)速率按指數(shù)規(guī)律增加。當(dāng)T1500oC時(shí)時(shí),T每增加每增加100oC,反應(yīng)速率增大反應(yīng)速率增大6-7倍。倍。 因燒結(jié)溫度低于因燒結(jié)溫度低于1500，一般不宜產(chǎn)生。，一般不宜產(chǎn)生。熱力型熱力型NOx源于在燃燒過(guò)程中空氣中的源于在燃燒過(guò)程中空氣中的N2被氧化而成被氧

8、化而成NO，它主要產(chǎn)生于溫度高于，它主要產(chǎn)生于溫度高于1800K的高溫區(qū)，其反應(yīng)機(jī)理：的高溫區(qū)，其反應(yīng)機(jī)理： N2ONON NO2NOO NOHNOH 分子氮比較穩(wěn)定，它被氧原子氧化為分子氮比較穩(wěn)定，它被氧原子氧化為NO的過(guò)程需要較大的活化能，整個(gè)反應(yīng)的速度決定于第一式的反應(yīng)速度。的過(guò)程需要較大的活化能，整個(gè)反應(yīng)的速度決定于第一式的反應(yīng)速度。氧原子在反應(yīng)中起活化鏈的作用，它來(lái)源于高溫下氧原子在反應(yīng)中起活化鏈的作用，它來(lái)源于高溫下O2的分解。的分解。2. 熱力型熱力型NOx的主要影響因素是溫度和氧濃度。隨溫度和氧濃度的增加，熱力型的主要影響因素是溫度和氧濃度。隨溫度和氧濃度的增加，熱力型NOx的

9、濃度增加。的濃度增加。3. 控制對(duì)策：（控制對(duì)策：（1）降低燃燒溫度，避免其生成所需要的高溫條件；（）降低燃燒溫度，避免其生成所需要的高溫條件；（2）降）降低分子氮的濃度；（低分子氮的濃度；（3）降低分子氧的濃度；（）降低分子氧的濃度；（4）縮短在熱力型）縮短在熱力型NOx生產(chǎn)區(qū)的生產(chǎn)區(qū)的停留時(shí)間；停留時(shí)間；4. 工程實(shí)踐中常用手段（工程實(shí)踐中常用手段（1）通過(guò)向火焰面噴射水）通過(guò)向火焰面噴射水/水蒸氣來(lái)降低燃燒溫度；水蒸氣來(lái)降低燃燒溫度；（2）通過(guò)煙氣循環(huán)使一部分煙氣和新鮮空氣混合，既降低氧濃度，同時(shí)可以降）通過(guò)煙氣循環(huán)使一部分煙氣和新鮮空氣混合，既降低氧濃度，同時(shí)可以降低火焰的溫度；（低火

10、焰的溫度；（3）分級(jí)燃燒和濃淡燃燒等技術(shù)控制熱力型）分級(jí)燃燒和濃淡燃燒等技術(shù)控制熱力型NOx1.燃料型燃料型NOx指燃料中的氮在燃燒過(guò)程中經(jīng)過(guò)一系列的氧化還原反應(yīng)而生成指燃料中的氮在燃燒過(guò)程中經(jīng)過(guò)一系列的氧化還原反應(yīng)而生成NOx，它是，它是煤燃燒過(guò)程煤燃燒過(guò)程N(yùn)Ox生成的主要來(lái)源。反應(yīng)機(jī)理生成的主要來(lái)源。反應(yīng)機(jī)理：2.燃料型燃料型NOx既受燃燒溫度、過(guò)量空氣系數(shù)、煤種、煤顆粒大小等影響同時(shí)既受燃燒溫度、過(guò)量空氣系數(shù)、煤種、煤顆粒大小等影響同時(shí)也受燃燒過(guò)程中燃料空氣混合條件的影響以及高溫下的自由基。也受燃燒過(guò)程中燃料空氣混合條件的影響以及高溫下的自由基。3.控制方法（控制方法（1）通過(guò)改變煤或其

11、它化石燃料的燃燒條件，從而減少燃料型）通過(guò)改變煤或其它化石燃料的燃燒條件，從而減少燃料型NOx的生成量，即燃燒過(guò)程中的生成量，即燃燒過(guò)程中NOx的脫除；（的脫除；（2）對(duì)燃燒后的含）對(duì)燃燒后的含NOx的煙氣的煙氣進(jìn)行進(jìn)行燒結(jié)一般屬于這種類型燒結(jié)一般屬于這種類型氮癢化合物：氮癢化合物： 是指空氣中主要以一氧化碳和二氧化碳形式存在的氮癢化合物?？諝庵泻难趸镉惺侵缚諝庵兄饕砸谎趸己投趸夹问酱嬖诘牡W化合物?？諝庵泻难趸镉幸谎趸ㄒ谎趸∟2O）一氧化氮（）一氧化氮（NO）、二氧化氮（）、二氧化氮（NO2）、三氧化二氮）、三氧化二氮(N2O3)、等、但、等、但是主要成分是是

12、主要成分是NO和和N2O，一般將這兩者統(tǒng)稱為氮癢化物，用，一般將這兩者統(tǒng)稱為氮癢化物，用Nox表示。表示。 鋼鐵廠各種設(shè)備排出的氮氧化物，總量占固定污染源的第二位，其中燒結(jié)占一半左右。鋼鐵廠各種設(shè)備排出的氮氧化物，總量占固定污染源的第二位，其中燒結(jié)占一半左右。 燒結(jié)過(guò)程中氮氧化物主要來(lái)源于燒結(jié)過(guò)程中燃料的燃燒。燒結(jié)生產(chǎn)中的燃料分點(diǎn)火燃料和燒結(jié)過(guò)程中氮氧化物主要來(lái)源于燒結(jié)過(guò)程中燃料的燃燒。燒結(jié)生產(chǎn)中的燃料分點(diǎn)火燃料和燒結(jié)燃料。燒結(jié)燃料。點(diǎn)火燃料一般為氣體燃料和液體燃料。點(diǎn)火燃料一般為氣體燃料和液體燃料。成分成分/%質(zhì)量分質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù)CO2COCH4CmHnH2N2O2焦?fàn)t煤氣焦?fàn)t煤氣1.5-2.5

13、25-3123-282-354-593-50.3-0.6高爐煤氣高爐煤氣14-2220-260.3-0.52-355-58工業(yè)部門(mén)各種燃料類型的工業(yè)部門(mén)各種燃料類型的Nox排放因子排放因子燃料燃料/kg/t排放因子排放因子燃料燃料/kg/t排放因子排放因子煤7.5焦炭9原油5.09汽油16.7煤油7.46柴油9.62燃料油5.84LPG2.63煉廠干氣0.53天然氣20.85煤氣9.5點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本降低燃燒過(guò)程降低燃燒過(guò)程N(yùn)ox排放措施排放措施： 技術(shù)主要有降低技術(shù)主要有降低Nox燃燒技術(shù)和終端治理（也即是脫硝）我們只說(shuō)控制燃燒技術(shù)。燃燒技術(shù)和終端治理（也即是脫硝）我們只說(shuō)控制燃燒技術(shù)。 通過(guò)氮氧化物生成機(jī)理我們可以看出，燃燒條件對(duì)通過(guò)氮氧化