[科普中國(guó)]-低氮燃燒

低氮燃燒是氮氧化物的生成是燃燒反應(yīng)的一部份：燃燒生成的氮氧化物主要是NO和NO2，統(tǒng)稱為NOx。

影響氮氧化物生成的因素影響燃料型NOX生成因素較多，與溫度、氧含量、反應(yīng)時(shí)間，及煤粉的物理和化學(xué)特性有關(guān)。

溫度溫度的升高對(duì)燃料型NOX生成量有促進(jìn)作用。在1200℃以下時(shí)，其隨溫度升高顯著增加，溫度在1200℃以上時(shí)，增速平緩。對(duì)于燃料型NOX，燃料中N越高、氧濃度越高、反應(yīng)停留時(shí)間越長(zhǎng)，NOX生成量越大，與溫度相關(guān)性越差。

氧含量氧含量的增加，可以形成或強(qiáng)化窯爐內(nèi)燃燒的氧化氣氛，增加氧的供給，促進(jìn)燃料中N向NOX的轉(zhuǎn)化。燃料型NOX隨過?？諝庀禂?shù)的降低而降低，在a1.1時(shí)，熱力型NOX含量下降，燃料型NOX仍上升。

燃料型NOX與煤的熱解產(chǎn)物和火焰中氧濃度密切相關(guān)，如果在主燃燒區(qū)延遲煤粉與氧氣的混合，造成燃燒中心缺氧，可使絕大部分揮發(fā)份氮和部分焦碳N轉(zhuǎn)化為N2。1

煤粉的性質(zhì)不同種類的煤，揮發(fā)份含量、氮含量等差異較大。通常揮發(fā)份和氮含量高的煤種生成NOX較多。煤粉細(xì)度較細(xì)時(shí)，揮發(fā)份析出速度快，燃燒速度快，加快了煤粉表面的耗氧速度，使煤粉顆粒局部表面易形成還原氣氛，產(chǎn)生抑制NOX生成的作用。煤粉細(xì)度較粗時(shí)，揮發(fā)份析出慢，也會(huì)減少NOX的生成量。特別是對(duì)劣質(zhì)煤或是著火點(diǎn)較高的煤，這種情況會(huì)更明顯，控制合適煤粉細(xì)度可依據(jù)窯況和NOX生成量綜合考慮。

煤揮發(fā)份中氧氮比越大，NOX轉(zhuǎn)化率越高。相同氧氮比條件下，過?？諝庀禂?shù)越大，NOX轉(zhuǎn)化率越大。

1.3瞬時(shí)型NOX：在燃燒反應(yīng)的過程中空氣中的N2與燃料過程中的部分中間產(chǎn)物反應(yīng)而產(chǎn)生的，以煤為主要燃料的系統(tǒng)中，瞬時(shí)型NOX生成量很少。可以不作重點(diǎn)關(guān)注。1

氮氧化物的危害在燃料的燃燒過程中，大氣中的NOx溶于水后會(huì)生成為硝酸雨，酸雨會(huì)對(duì)環(huán)境帶來廣泛的危害，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，如：腐蝕建筑物和工業(yè)設(shè)備；破壞露天的文物古跡；損壞植物葉面，導(dǎo)致森林死亡；使湖泊中魚蝦死亡；破壞土壤成分，使農(nóng)作物減產(chǎn)甚至死亡；飲用酸化物造成的地下水，對(duì)人體有害。 同樣的酸濃度下硝酸雨對(duì)樹木和農(nóng)作物的損害是硫酸的1倍。NOx還對(duì)人的身體健康有直接損害，NOx濃度越大其毒性越強(qiáng)，因?yàn)樗着c動(dòng)物血液中的血色素結(jié)合，造成血液缺氧而引起中樞神經(jīng)麻痹。NOx經(jīng)太陽紫外線照射與汽車尾氣中的碳?xì)浠衔锿瑫r(shí)存在時(shí)，能生成一種淺藍(lán)色的有毒物質(zhì)硝基化合物會(huì)形成光化學(xué)煙霧。城市光化學(xué)煙霧是指含有碳?xì)浠衔锖偷趸锏纫淮挝廴疚锏某鞘写髿?，由于陽光輻射發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的生成物與反應(yīng)物的特殊混合霧。光化學(xué)煙霧對(duì)人體有很大的刺激性和毒害作用。它刺激人的眼、鼻、氣管和肺等器官，產(chǎn)生眼紅流淚、氣喘咳嗽等癥狀，長(zhǎng)期慢性危害使肺機(jī)能減退、支氣管發(fā)炎，以至發(fā)展成癌。嚴(yán)重時(shí)可使人頭暈胸痛，惡心嘔吐，手足抽搐，血壓下降，昏迷甚至死亡。光化學(xué)煙霧可導(dǎo)致成千上萬人受害或死亡，還可使植物褪掉綠色、改變顏色，造成葉傷、葉落、花落和果落，直到減產(chǎn)或絕收。此外，還可使家畜發(fā)病率增高，使橡膠制品龜裂老化、腐蝕金屬、損壞各種器物、材料和建筑物等。由于城市里氮氧化物和烴類排放量較大以及特有的氣候條件，所以容易形成光化學(xué)煙霧。

低氮燃燒的技術(shù)爐內(nèi)脫氮爐內(nèi)脫氮就是采用各種燃燒技術(shù)手段來控制燃燒過程中NOx的生成，又稱低NOx燃燒技術(shù)。

尾部脫氮尾部脫氮又稱煙氣凈化技術(shù)，即把尾部煙氣中已經(jīng)生成的氮氧化物還原或吸附，從而降低NOx排放。煙氣脫氮的處理方法可分為：催化還原法、液體吸收法和吸附法三大類。

催化還原法是在催化劑作用下，利用還原劑將NOx還原為無害的N2。這種方法雖然投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高，且需消耗氨和燃料，但由于對(duì)NOx效率很高，設(shè)備緊湊，故在國(guó)外得到了廣泛應(yīng)用，催化還原法可分為選擇性非催化還原法和選擇性催化還原法相比，設(shè)備簡(jiǎn)單、運(yùn)轉(zhuǎn)資金少，是一種有吸引力的技術(shù)。

液體吸收法是用水或者其他溶液吸收煙氣中的NOx。該法工藝簡(jiǎn)單，能夠以硝酸鹽等形式回收N進(jìn)行綜合利用，但是吸收效率不高。

吸附法是用吸附劑對(duì)煙氣中的NOx進(jìn)行吸附，然后在一定條件下使被吸附的NOx脫附回收，同時(shí)吸附劑再生。此法的NOx脫除率非常高，并且能回收利用。但一次性投資很高。

技術(shù)比較：爐內(nèi)脫氮與尾部脫氮相比，具有應(yīng)用廣泛、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)有效等優(yōu)點(diǎn)。各種低NOx燃燒技術(shù)是降低燃煤鍋爐NOx排放最主要也是比較成熟的技術(shù)措施。一般情況下，這些措施最多能達(dá)到50%的脫除率。當(dāng)要進(jìn)一步提高脫除率時(shí)，就要考慮采用尾部煙氣脫氮的技術(shù)措施，SCR和SNCR法能大幅度地把NOx排放量降低到200mg/m，但它的設(shè)備昂貴、運(yùn)行費(fèi)用很高。

各爐內(nèi)脫氮技術(shù)又以燃料分級(jí)效率較高。燃料再燃技術(shù)是有效的降低NOx排放的措施，早在1980年日本的三菱公司就將天然氣再燃技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際鍋爐，NOx排放減少50%以上。美國(guó)能源部的“潔凈煤技術(shù)”計(jì)劃也包括再燃技術(shù)，其示范項(xiàng)目分別采用煤或天然氣作為再燃燃料，NOx排放減少30%到70%。在日本、美國(guó)、歐洲再燃技術(shù)大量應(yīng)用于新建電站鍋爐和已有電站鍋爐的改造，在商業(yè)運(yùn)行中取得良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。在我國(guó)燃料再燃燒技術(shù)研究和應(yīng)用起步較晚，主要是因?yàn)槲覈?guó)過去對(duì)環(huán)保的要求較低，另一方面則是出于技術(shù)經(jīng)濟(jì)上的考慮。進(jìn)入90年代，我國(guó)嚴(yán)重缺電局面開始緩和，大氣污染日益嚴(yán)重，1994年全國(guó)85個(gè)大中城市中NOx超標(biāo)的城市就有30個(gè)，占35%。1998年對(duì)全國(guó)322個(gè)省控城市量監(jiān)測(cè)結(jié)果分析，NOx年日平均值范圍在0.006一0.152mg/m3，全國(guó)平均為0.037mg/m3，治理大氣污染成為十分迫切的任務(wù)。隨著環(huán)保要求的不斷提高，研究適應(yīng)我國(guó)國(guó)情的低成本的再燃低NOx燃燒技術(shù)具有良好的前景。2

分級(jí)燃燒抑制NOx 的生成可采取的措施有：

1.降低鍋爐峰值溫度，將燃燒區(qū)的煤粉量降低。

2.降低氧濃度（即降低過量空氣系數(shù)），將部分二次風(fēng)管堵住。

3.由于要保證鍋爐的出力，可將部分煤粉和空氣從鍋爐上部投入，這樣就控制了燃燒火焰中心區(qū)域助燃空氣的數(shù)量，縮短燃燒產(chǎn)物在高溫火焰區(qū)的停留時(shí)間，避免了高溫和高氧濃度的同時(shí)存在。

4．在爐膛中設(shè)立再燃區(qū)，利用在主燃區(qū)中燃燒生成的烴根CHi和未完全燃燒產(chǎn)物CO、H2、C和CnHm等，將NO的還原成N2。

將80%～85%的燃料送入主燃區(qū)，燃料在主燃區(qū)燃燒生成NOx ，15%～20%的燃料送入再燃區(qū)，再燃區(qū)過量空氣系數(shù)小于1.0(α