NOx生成及控制要求措施

实用标准文案 NOx 生成及控制措施 一 概述 中国是一个以煤炭为主要能源的国家，煤在一次能源中占75％， 其中 84％以上是通过燃烧方法利用的。煤燃烧所释放出废气中的氮 氧化物(NOx)，是造成大气污染的主要污染源之一。氮氧化物 (NOx) 引起的环境问题和人体健康的危害主要有以下几方面： 氮氧化物(NOx) 的主要危害： (1)NOx 对人体的致毒作用，危害最大的是 NO2，主要影响呼吸系统， 可引起支气管炎和肺气肿等疾病；(2)NOx 对植物的损害；(3)NOx 是 形成酸雨、酸雾的主要污染物；(4)NOx 与碳氢化合物可形成光化学 烟雾；(5)NOx 参与臭氧层的破坏。 (2)不同浓度的 NO2 对人体健康的影响 浓度浓度(ppm)(ppm) 1.01.0 5.05.0 10-1510-15 5050 8080 100-150100-150 200200以上以上 影影响响 闻到臭味闻到臭味 闻到很强烈的臭味闻到很强烈的臭味 眼、鼻、呼吸道受到强烈刺激眼、鼻、呼吸道受到强烈刺激 1 1分钟内人体呼吸异常，鼻受到刺激分钟内人体呼吸异常，鼻受到刺激 3 3－－5 5分钟内引起胸痛分钟内引起胸痛 人在人在3030－－6060分钟就会因肺水肿死亡分钟就会因肺水肿死亡 人瞬间死亡人瞬间死亡 二、燃煤锅炉 NOx 生成机理 氮氧化物(NOx)是造成大气污染的主要污染源之一。通常所说的 NOx 有多种不同形式：N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4 和 N2O5，其中 NO 和 NO2 是重要的大气污染物，另外还有少量N2O。我国氮氧化物的排 放量中 70％来自于煤炭的直接燃烧，电力工业又是我国的燃煤大户， 文档 实用标准文案 因此火力发电厂是 NOx 排放的主要来源之一。 煤的燃烧过程中产生的氮氧化物（NOx）主要是一氧化氮（NO） 和二氧化氮（NO2），在煤燃烧过程中氮氧化物的生成量和排放量与 煤的燃烧方式，特别是燃烧温度和过量空气系数等密切相关。 燃烧形 成的 NOx 生成途径主要由以下三个： 为燃料型、 热力型和快速型 3 种。 其中快速型 NOx 生成量很少,可以忽略不计。 1. 热力型 NOx 指空气中的氮气（N2）和氧(O2)燃料燃烧时所形成的高温环境 下生成的 NO 和 NO2 的总和，其总反应式为： N 2 O2 2NO NO O2 NO2 当燃烧区域温度低于 1000℃时，NO 的生成量较少，而温度在 1300℃—1500℃时，NO 的浓度约为 500—1000ppm，而且随着温度的 升高，NOx 的生成速度按指数规律增加，当温度足够高时热力型 NOx 可达 20%。因此，温度对热力型NOx 的生成具有绝对性的作用，过量 空气系数和烟气停留时间对热力型 NOx 的生成有很大影响。 根据热力型 NOX 的生成过程，要控制其生成，就需要降低锅炉炉 膛燃烧温度，并避免产生局部高温区，以降低热力型NOX 的生成。 2. 燃料型 NOx 燃料型 NOx 的生成是燃料中的氮化合物在燃烧过程中氧化反应 而生成的 NOx，称为燃料型 NOx。燃煤电厂锅炉中产生的 NOx 中大约 75%～90%是燃料型 NOx，因此燃料型NOx 是燃煤电厂锅炉产生 NOx 的 主要途径。研究燃料型 NOx 的生成和破坏机理，对于控制燃烧过程中 文档 实用标准文案 NOx 的生成和排放， 具有重要的意义。 在燃料燃烧生成 NOx 的过程中， 如遇到烃（CH m）或碳（C）时，NO 将会被还原成氮分子 N2,，这一过程 中被称为 NO 的再燃烧或燃料分级燃烧。根据这一原理，将进入锅炉 炉膛的煤粉分层分级引入燃烧，可以有效地控制NOx 的生成与排放。 燃料型 NOx 的生成和破坏过程不仅与煤种特性、 燃料中的氮化合 物受热分解后在挥发分和焦炭中的比例、 成分和分布有关，而且其反 应过程还和燃烧条件（如温度和氧）及各种成分的浓度密切相关。在 燃料进入炉膛被加热后，燃料中的氮有机化合物首先被热分解成氰 （HCN），氨（NH4）和 CN 等中间产物，它们随挥发份一起从燃料中 析出， 被称为挥发分 N。 挥发分 N 析出后仍残留在燃料中的氮化合物， 称为焦炭 N。 在一般情况下，燃料型 NOx 的主要来源是挥发 N，其占总量的 60%～80%，其余为焦炭 N 所形成。在氧化性环境中生成的NOx，遇到 还原性气氛时，会还原成N2。因此锅炉燃烧最初形成的NOx，并不等 于其排放浓度， 而随着锅炉燃烧条件的改变， 生成的 NOx 可能被还原， 或被破坏。 煤中的 N 在燃烧过程中转化为 NOx 的量与煤的挥发份及燃 烧过量空气系数有关，在过量空气系数大于 1 的氧化性气氛中，煤的 挥发分越高，NOx 的生成量就越多，过剩空气系数小于 1，高挥发份 燃煤的 NOx 生成量较低，其主要原因是高挥发份的燃料迅速燃烧， 使 燃烧区域氧量降低，不利于 NOx 的生成。 综合的说， 燃料型 NOx 指燃料中含氮化合物在燃烧过程中进行热 分解，继而进一步氧化而生成NOx。其生成量主要取决于空气燃料的 文档 实用标准文案 混合比。燃料型 NOx 约占 NOx 总生成量的 75%～90%。过量空气系数 越高, NOx 的生成和转化率也越高。 3. 快速型 NOx， 指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 NOx。主要是指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,与燃烧空气中的 N2 发生反应，形成的 CN 和 HCN 继续氧化而生成的 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。 在这三种形式中，快速型 NOx 所占比例不到 5％；在温度低于 1300℃时，几乎没有热力型 NOx。对常规燃煤锅炉而言，NOx 主要通 过燃料型生成途径而产生。 控制 NOx 排放的技术指标可分为一次措施 和二次措施两类，一次措施是通过各种技术手段降低燃烧过程中的 NOx 生成量；二次措施是将已经生成的NOx 通过技术手段从烟气中脱 除。 三、燃煤锅炉 NOx 生成因素 1.炉温对NOX生成的影响:炉温主要影响热力NOX的生成量从而影 响总的 NOX 生成量。炉温越高,所占比例越大。 2.过剩空气系数对 NOX 生成的影响：过剩空气系数对燃料 NOX 、 热力 NOX 及快速 NOX 均有影响， 但影响的趋势不同， 当α开始增加时， 热力 NOX 和燃料 NOX 都增加，当超过1.1 时热力 NOX 减少，燃料 NOX 继续增加，总的 NOX 随α的增加而增加。 3.预热空气温度对 NOX 生成的影响：如果提高预热空气温度，则 煤粉着火提前，这样可提高炉内温度水平，使热力NOX 增加，同时燃 文档 实用标准文案 烧初始区的温度水平， 使挥发分大量析出， 因而挥发分 NOX 大量增加。 所以预热空气温度越高，NOX 生成量越多。 4.煤质对 NOX 生成的影响： （1）挥发分的影响：当挥发分增加时，着火提前，温度峰值和平均 温度均会有所提高，热力NOX 增加；同时挥发分含量增多，使得燃料 型 NOX 也会提高； （2）水分的影响：水分增加，着火延迟，则燃料与空气之间的混合 良好，即着火区氧浓度增