氮氧化物(NOx)的生成机理
燃料燃烧生成的NOx主要有NO和NO2,另外还有少量的N2O。
在燃料的燃烧过程中,NOx的生成量和排放量与燃烧方式(特别是燃烧温度和过量空气系数等)密切相关,在燃烧过程中,NOx的产生按生成机理分为以下三类:(1)在高温燃烧时,空气中的N2和O2在燃烧中形成的NOx,称为热力型NOx;(2)燃料中有机氮经过化学反应而生成的NOx,称为燃料型NOx;(3)在火焰边缘形成的快速型NOx。
其中燃料型NOx占70%~95%。
热力型NOx是燃烧时空气中的N2和02在高温条件下反应生成的NOx。
温度对热力型NOx的生成具有决定性的作用,其生成速度和温度的关系符合阿伦尼乌斯定律,随着温度的升高,热力型NOx的生成速度按指数规律迅速增长。
实验表明,当温度达到1500℃时,温度每提高100℃,反应速度将增加6-7倍。
除了反应温度外,热力型NOx还和N2、O2浓度及停留时间有关,也就是说,燃烧设备的过量空气系数和烟气停留时间对热力型NOx的生成也有较大的影响。
因此,要降低热力型NOx的生成,需要降低燃烧温度,避免产生局部高温区,缩短烟气在炉内高温区的停留时间和降低烟气中O2的浓度。
燃料型NOx是燃料中的氮化合物经热分解再和空气中的氧进行反应生成。
燃料中的氮一般以氮原子的形态与各种碳氢化合物结合,形成氮的环状或链状化合物,而氮在燃料中的含量一般在0.5%-2.5%左右。
燃料型NOx的生成机理和还原过程非常复杂,它们有多种可能的反应途径。
燃料型NOx不仅和燃料的特性、结构、挥发份氮的比例有关,而且还和燃烧条件密切相关。
快速型NOx主要是燃料中碳氢化合物在燃料浓度较高的区域燃烧时所产生的烃与空气中的N2反应,形成的CN和HCN等化合物继续被氧化而生成的NOx。
在燃煤锅炉中,其生成量很小,一般在燃用不含氮的碳氢燃料时才予以考虑。
目前,国家相关标准规范中推荐的脱硝方式有低氮燃烧(LNB)技术、选择性非催化还原(SNCR)脱硝技术、选择性催化还原(SCR)脱硝技术。