NOX的种类以及生成机理
燃煤NOx产生机理及控制
燃煤 NOx 产生机理及控制摘要：简要介绍了燃煤电厂NOx产生机理及相应控制措施。
关键词：NOx产生机理1.NOx产生机理NOx 主要指 NO 和 NO2,其次是 N2O3, N2O , N2O4和 N2O5。
发电厂锅炉的煤粉燃烧程中NOx的形成途径主要有两条:一是有机地结合在煤中的氮化物在高温火焰中发生热分解,并进一步氧化而生成 NOx ；二是供燃烧用的空气中的氮在高温状态与燃烧空气中的氧发生化合反应而生成 NOx 。
在煤粉锅炉生成的 NOx 中,主要是NO, 约占95%,而 NO2仅占5%左右, N2O3, N2O3, N2O4和 N2O5的量很少。
NOx 的生成量与锅炉的容量、结构、燃烧设备，煤种、炉内温度水平和氧量、运行方式等有关。
煤燃烧过程中所生成的 NOx 分为三种类型,即热力型 NOx 、燃料型 NOx 和快速型 NOx[1]。
按生成比例为，燃料型NOx是最主要的，占NOx 总量60%~80%，热力型NOx次之，快速型NOx量最少[2]。
1.1热力型NOx热力型NOx，也称温度型NOx，是指在高温环境中，燃烧用空气中的氮被氧化生成的NOx。
热力型NOx的产生机理是由前苏联科学家Zeldovich提出的，按照这一机理，其产生过程可由链锁反应原理来说明，主要的反应方程式如下[1]：O2+M→2O+M （2-1）O+N2→NO+N （2-2）N+O2→NO+O （2-3）N+OH→NO+H （2-4）其总反应式为：N2+O2=2NO （2-5）2NO+O2=2NO2（2-6）燃烧系统中共存着以上两个反应，主要是反应式2-5，所以，烟气中同时存在NO、NO2，主要是NO，大约占总 NOx的95%，其余是NO2[13]。
Arrhenius定律适用于热力型NOx的产生速率，以下速率表达式用于计算其产生速率[1]：（2-7）式中 [NO]、[O2]、[N2]——相应组分NO、O2、N2的摩尔浓度，mol/cm3；t——反应时间，s；T——反应温度，K；根据速率表达式可以看出,温度与热力型NOx产生速率为指数函数关系，温度为影响热力型NOx产生的主要因素。
煤粉燃烧器燃烧过程中的NOx生成机理研究
煤粉燃烧器燃烧过程中的NOx生成机理研究煤粉燃烧是一种常见的能源转化方式，可以为工业生产和居民供暖提供大量的热能。
然而，煤粉燃烧过程中生成的氮氧化物（NOx）是一种重要的大气污染物，对大气环境和人体健康产生负面影响。
因此，研究煤粉燃烧器燃烧过程中NOx生成的机理，对于减少大气污染、改善空气质量具有重要意义。
NOx是指一类氮氧化物，主要包括一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）。
在煤粉燃烧器燃烧过程中，NOx的生成主要是由两个主要反应路径引起的：热力生成途径和燃料成分生成途径。
首先，热力生成途径是指NOx生成与燃烧温度有关。
这个途径中，NOx的生成主要发生在大气氮气的三体反应中，该反应需要高温才能发生。
在煤粉燃烧中，燃料燃烧的高温区域通常是在燃烧器的燃烧区域。
燃烧室中的高温条件促使氮气分子发生不完全的氧化反应，生成一氧化氮和二氧化氮。
其次，燃料成分生成途径是指NOx生成与燃料中的氮化物有关。
煤粉燃烧过程中，煤中的氮在相对较低的温度下，与燃料中的氢或氧发生反应，生成氨和硝酸盐。
这些氮化物在燃烧气氛中进一步氧化，生成NOx。
此外，煤中的有机氮也会发生同样的氧化反应。
因此，烟气中产生的NOx含量与煤中的氮含量、煤的粒度以及燃烧过程中的温度和氧浓度等因素有关。
针对上述机理，研究人员通过实验和数值模拟等手段进行了深入研究。
实验方面，通过调节燃烧温度、氧浓度等条件，并对生成的燃烧产物进行分析，可以获得在不同条件下NOx生成特点。
数值模拟方面，基于流体力学、化学动力学等原理，建立了煤粉燃烧过程的模型，模拟了燃烧过程中的温度场、浓度场等参数，从而预测和优化煤粉燃烧器的设计。
在实验研究中，一些控制措施和技术被提出，以减少煤粉燃烧过程中NOx的生成。
其中包括燃烧器高效低氮燃烧技术、循环燃烧技术和SNCR（选择性非催化还原）技术等。
这些措施通过改变燃烧室的设计、调整燃烧参数、添加NOx还原剂等方式，有效降低了煤粉燃烧过程中NOx的生成。
燃烧过程中氮氧化物的生成机理
燃烧过程中氮氧化物的生成机理一、本文概述氮氧化物（NOx）是燃烧过程中产生的一类重要污染物，对人类健康和环境质量构成了严重威胁。
本文旨在深入探讨燃烧过程中氮氧化物的生成机理，为有效控制其排放提供理论基础。
文章首先概述了氮氧化物的主要来源和危害，然后详细介绍了燃烧过程中氮氧化物的生成途径，包括热力型NOx、快速型NOx和燃料型NOx的生成过程。
接着，文章分析了影响氮氧化物生成的主要因素，如燃烧温度、氧气浓度、燃料种类等。
在此基础上，文章探讨了降低氮氧化物排放的技术措施，如低氮燃烧技术、烟气脱硝技术等。
文章对氮氧化物生成机理的未来研究方向进行了展望，旨在为燃烧过程氮氧化物减排技术的研发和应用提供有益参考。
二、氮氧化物的生成途径氮氧化物的生成主要发生在高温、富氧的燃烧环境中，其生成途径主要分为三种：热力型NOx、快速型NOx和燃料型NOx。
热力型NOx：在高温条件下，空气中的氮气与氧气直接发生反应，生成NO，这是热力型NOx的主要生成方式。
这种反应通常在燃烧区域的温度高于1500℃时发生，且随着温度的升高，NO的生成速率会显著增加。
快速型NOx：快速型NOx主要在碳氢燃料浓度较高的区域生成，其中燃料中的碳氢化合物与氮气、氧气以及羟基自由基（OH）等发生反应，生成NO。
这种反应方式在火焰前锋的富燃料区域中特别显著，因为这里的碳氢化合物浓度最高。
燃料型NOx：燃料型NOx的生成与燃料中的氮元素有关。
在燃烧过程中，燃料中的氮元素首先被氧化为氨（NH3）和氰化氢（HCN）等中间产物，这些中间产物再进一步与氧气反应生成NO和NO2。
燃料型NOx的生成量取决于燃料的种类和燃烧条件，如火焰温度、氧气浓度以及燃料与氧气的混合程度等。
在燃烧过程中，这三种NOx生成途径可能同时发生，但在不同的燃烧条件和燃料类型下，它们对总NOx生成量的贡献可能会有所不同。
例如，在燃气轮机和高温工业锅炉中，热力型NOx是主要的NOx生成途径；而在柴油机和某些燃煤锅炉中，燃料型NOx的贡献可能更为显著。
第一节 NOx的危害及燃煤NOx的生成
NOx的形成
燃料中氮含量对NOx转化率的影响
0.6 0.5
余气系数＝1.2
0.4
CR
0.3
µ Ð Ï Á 1
0.2
0.1
0 0.5 1 1.25 » Ï È È Á ±(FC/V) 1.5 1.75 2
含氮量
过量空气系数对NOx转化率的影响
0.7 0.6 0.5 ß Ó ¢ Ö ¹ · º ··Ã Ö Ð Ó ¢ Ö ¹ Ö º ··Ã Ö Í Ó ¢ Ö ¹ µ º ··Ã Ö
NO生成，但NO2量仍然很小
燃料中氮分解为挥发分N和焦炭N的示意图
燃料型NOx的形成
• 燃料中的N通常以原子状态与HC结合，C—N键的键能 较N ≡N 小，燃烧时容易分解，经氧化形成NOx • 火焰中燃料氮转化为NO的比例取决于火焰区NO/O2的 比例 NO • 燃料中20％～80％的氮转化为NOx
NOX的污染及危害
• 光化学反应使NO2分解为NO和O3，大气中 臭氧对人体健康十分有害。 • 光化学烟雾中对植物有害的成分主要为臭 氧和氮氧化合物：臭氧浓度超过0.1ppm时 便对植物产生危害。NO2浓度达1ppm时， 某些植物便会受害。 • 氮氧化物在大气的催化反应中可形成硝酸。
不同浓度的NO2对人体健康的影响
• 高温下N2与O2反应生成的NOx
–燃料型NOx
• 燃料中的固定氮生成的NOx
–快速型NOx
• 低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NOx
NOx的形成机理
• 热力型NOx的形成
产生NO和NO2的两个重要反应
N 2 O2 2NO 1 NO O2 NO2 2
CR
0.1 0.05 0 900 1000 1100 1200 1300 1400 1450 Â È (É Ï È ) Î ¶ ã Ê ¶
氮氧化物的产生机理及脱氮技术原理
氮氧化物的产生机理及脱氮技术原理：一、氮氧化物的产生机理在氮氧化物中，NO占有90%以上，二氧化氮占5%-10%，产生机理一般分为如下三种：（a）热力型燃烧时，空气中氮在高温下氧化产生，其中的生成过程是一个不分支连锁反应。
其生成机理可用捷里多维奇(Zeldovich)反应式表示。
随着反应温度T的升高，其反应速率按指数规律。
当T<1500℃时，NO的生成量很少，而当T>1500℃时，T每增加100℃，反应速率增大6-7倍。
热力型氮氧化物生成机理(Zeldovich反应式)在高温下总生成式为（b）瞬时反应型(快速型)快速型NOx是1971年Fenimore通过实验发现的。
在碳氢化合物燃料燃烧在燃料过浓时，在反应区附近会快速生成NOx。
由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基可以和空气中氮气反应生成HCN和N，再进一步与氧气作用以极快的速度生成，其形成时间只需要60ms，所生成的与炉膛压力0.5次方成正比，与温度的关系不大。
上述两种氮氧化物都不占NOx的主要部分，不是主要来源。
（c）燃料型NOx由燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成。
由于燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度，在600－800℃时就会生成燃料型，它在煤粉燃烧NOx产物中占60－80％。
在生成燃料型NOx过程中，首先是含有氮的有机化合物热裂解产生N，CN，HCN和等中间产物基团，然后再氧化成NOx。
由于煤的燃烧过程由挥发份燃烧和焦炭燃烧两个阶段组成，故燃料型的形成也由气相氮的氧化（挥发份）和焦炭中剩余氮的氧化（焦炭）两部分组成。
燃料中氮分解为挥发分N和焦炭N的示意图二、低NOx燃烧技术原理对于没有脱硝设备和脱硝燃烧器的燃煤锅炉来说，也就是采用低氮燃烧技术来减少NOx的生成机会。
1）在燃用挥发分较高的烟煤时，燃料型NOx含量较多，快速型NOx极少。
燃料型NOx是空气中的氧与煤中氮元素热解产物发生反应生成NOx，燃料中氮并非全部转变为NOx，它存在一个转换率，降低此转换率，控制NOx排放总量，可采取：（1）减少燃烧的过量空气系数；（2）控制燃料与空气的前期混合；（3）提高入炉的局部燃料浓度。
PPT教学课件nox的产生机理及排放控制技术
• (c).炉膛内反应区烟气的气氛，即烟气内氧气， 氮气，NO和CHi的含量。
• (d).燃料及燃烧产物在火焰高温区和炉膛内的停 留时间。
不同燃煤设备所生成的NOx的原始排放值及为达到 环境保护标准所需的NOx降低率
举例：固态除渣煤粉炉，当要求NOx排放值为650mg/m3时，所需的NOx降低率为36％。
CR
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
0 0.5
余气系数 =1.2
1
1.25 1.5 1.75
2
燃料比(FC/V)
过量空气系数对NOx转化率的影响
CR
0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
0 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 过量空气系数
N2 O2 2NO
NO
1 2
O2
NO2
热力型NOx的生成浓度与温度的关系
NO浓度(ppm)
800
700
600
500
400
系列1
300
200
100
0 1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 温度(摄氏度)
• (b).瞬时反应型(快速型) • 快速型NOx是1971年Fenimore通过实验发现的。
120
NOx降低率(%)
100
循环床
80
链条炉
抛煤机炉
60
鼓泡床
40
固态除渣煤粉炉
20
液态除渣煤粉炉
0
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
NOx排放值(mg/m3)
NOx的产生机理及排放控制
根本内容目录
• NOx的危害及目前排放情况
• 氮氧化物的产生机理 • 煤的燃烧方式对排放的影响和降低
排放的主要措施
• 低NOx燃烧技术 • 烟气处理降低NOx排放技术
NOx的危害性及排放情况(一)
• 氮氧化物是化石燃料与空气在高温燃烧 时产生的，包括一氧化氮(NO)、二氧化 氮(NO2)和氧化二氮(N2O)。还有NmOn
• 采用炉膛喷射脱硝，喷射点必须在950－1050 摄氏度之间。
• 喷入的氨与烟气良好混合是保证脱硝复原反响 充分进展、使用最少量氨到达最好效果的重要 条件。
• 假设喷入的氨未充分反响，那么泄漏的氨会到 锅炉炉尾部受热面，不仅使烟气飞灰容易沉积 在受热面，且烟气中氨遇到三氧化硫会生成硫 酸氨〔粘性，易堵塞空气预热器，并有腐蚀危 险〕。
NH3储罐 蒸发器
气/油燃烧器或 蒸汽换热器
SCR反响器
空气预热器
空气
静电除 尘器
湿法烟 气脱硫
系统
气/气加热器
去烟囱
• 布置在静电除尘器和空气预热器之间
• 布置在FGD(湿法烟气脱硫装置)之后其优点显 而易见,此时可使用高活性CATA.且构造紧凑, 其寿命较长.问题:反响器在FGD之后,温度仅有 50-60度,故需加热升温。
• 高活性CATA.会使二氧化硫氧化成三氧化硫.
SCR喷氨法催化剂反响器置于空气预 热器与静电除尘器之间
空气
NH3+空气
NH3
锅炉
NH3储罐 蒸发器 空气预热器
空气
SCR反响器
静电除 尘器
湿法烟 气脱硫
系统
去烟囱
SCR喷氨法催化剂反响器布置在
FGD(湿法烟气脱硫装置)之后
烧结过程中氮氧化物生成机理及控制
1.燃料型NOx指燃料中的氮在燃烧过程中经过一系列的氧化－还原反应而生成 NOx，它是 煤燃烧过程NOx生成的主要来源。反应机理：
2.燃料型NOx既受燃烧温度、过量空气系数、煤种、煤颗粒大小等影响同时 也受燃烧过程中燃料－空气混合条件的影响以及高温下的自由基。 3.控制方法（1）通过改变煤或其它化石燃料的燃烧条件，从而减少燃料型 NOx的生成量，即燃烧过程中NOx的脱除；（2）对燃烧后的含NOx的烟气 进行 烧结一般属于这种类型
燃烧方式的改进通常是一种相对简便易行的减少NOx排放的措施 ，但这种措施 会带来燃烧效率的降低，不完全燃烧损失增加，而且NOx的脱除率也不够高， 因此随着环保要求的不断提高，燃烧的后处理越来越成为必然。
二级污染预防措施是指在NOx的生成后的控制措施，即对燃烧后产生的含NOx 的烟气(尾气)进行脱氮处理，又称为烟气脱硝（Flue gas deNOx）或废气脱硝
热力型NOx源于在燃烧过程中空气中的N2被氧化而成NO，它主要产生于温度高于1800K的高温区，其反应机理： N2＋O＝NO＋N N＋O2＝NO＋O N＋OH＝NO＋H 分子氮比较稳定，它被氧原子氧化为NO的过程需要较大的活化能，整个反应的速度决定于第一式的反应速度。 氧原子在反应中起活化链的作用，它来源于高温下O2的分解。 2. 热力型NOx的主要影响因素是温度和氧浓度。随温度和氧浓度的增加，热力型NOx的浓度增加。
2018年1月21日星期W
光化学反应使NO2分解为NO和O3，大气中臭氧对人体健康十分有害。 光化学烟雾中对植物有害的成分主要为臭氧和氮氧化合物：臭氧浓度超 过0.1ppm时便对植物产生危害。NO2浓度达1ppm时，某些植物便会受 害。 氮氧化物在大气的催化反应中可形成硝酸。
热力型 燃烧时，空气中氮在高温下氧化产生，其中的生成过程是一个不分支连锁反 应。其生成机理可用捷里多维奇(Zeldovich)反应式表示。 随着反应温度T的升高，其反应速率按指数规律增加。当T<1500oC时,NO的 生成量很少,而当T>1500oC时,T每增加100oC,反应速率增大6-7倍。 因烧结温度低于1500℃，一般不宜产生。
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NOX的种类以及生成机理
一、氮氧化物种类
1.1一般意义上的氮氧化物包括N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等但对大气造成污染的主要是NO、NO2和N2O。
1.2燃烧过程中产生的氮氧化物主要是NO和NO2——被统称为NOx。
在绝大多数燃烧方式中，产生的NO占90%以上。
1.3由于NO在大气环境中很快会氧化成NO2，因此通常用NO2的质量浓度来表示NOx浓度。
二、如何产生氮氧化物
2.1热力生NO：
它是燃料在水泥窑头1400℃以上燃烧时产生大量NO；
2.2燃料NO：
它是由燃料中所含的化学接合氮所产生的。
例如煤中约含有0．5％~2％的氮(按质量计)。
因为燃料中氮原子的接合能较小，所以在水泥窑系统相对较低温的分解炉内产生的燃料NO较多；
2.3瞬发NO
它是有碳氢根存在时，于火焰前端瞬发形成的NO，一般这种瞬发NO生成量的比例很小；
2.4生料NOx
它是由窑喂料中含氮的化合物分解后而形成的NOx，例如NHx等。