NOx产生机理及控制技术
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。
NOx的产生机理及排放控制解析
• 高活性CATA.会使二氧化硫氧化成三氧化硫.
SCR喷氨法催化剂反应器置于空气预 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反应器
静电除 尘器
湿法烟 气脱硫
系统
去烟囱
SCR喷氨法催化剂反应器布置在
• 3.4烟气再循环法
• 4．炉膛喷射脱硝
• 实质为向炉膛喷射某种物质，可在一定温 度条件下还原已生成的一氧化氮，以降低的排 放量。包括喷水法、二次燃烧法、喷氨法。
• 4.1 喷水法反应为： • 但一氧化氮氧化较困难，需喷入臭氧或高锰酸
钾，不现实。
• 4.2喷二次燃料： • 即前述燃料分级燃烧，但二次燃料不会仅选择
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％。
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)
• 喷入的氨与烟气良好混合是保证脱硝还原反应 充分进行、使用最少量氨达到最好效果的重要 条件。
• 若喷入的氨未充分反应，则泄漏的氨会到锅炉 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）。
• 总之，SNCR喷氨法投资少，费用低，但适用范 围窄，要有良好的混合及反应空间、时间条件。 当要求较高的脱除率时，会造成氨泄漏过大。
氮氧化物的生成机理及防治措施
燃料型氮氧化物的生成机理
燃料中的氮元素：当燃料中含有氮元素 时，燃烧过程中燃料中的氮与氧气反应
生成氮氧化物。
中间产物生成：燃料燃烧过程中产生的 中间产物，如烃类、醛类、酮类等，与
空气中的氮气反应生成氮氧化物。
针对不同类型的氮氧化物生成机理，可 以采取相应的防治措施。例如，降低燃 烧温度、优化燃烧过程、减少燃料中的 氮元素含量等，都是有效的防治氮氧化
。
富氧燃烧技术：利用纯氧替代 空气作为燃烧氧化剂，降低氮
氧化物的排放。
催化燃烧技术：采用催化剂降 低燃烧反应活化能，实现低温 燃烧，减少氮氧化物的生成。
以上防治措施可根据实际情况 单独或组合使用，以实现氮氧
化物的高效减排。
03 氮氧化物防治政策的现状 与未来趋势
当前主要的政策与法规
环保税法
环保税法中明确规定了氮氧化物 的排放标准和相应的税收制度， 企业超标排放将需要缴纳额外的
物生成的方法。
02 氮氧化物的防治措施
燃烧优化防治措施
01
02
03
燃料选择
选用低氮或无烟燃料，降 低燃烧过程中氮氧化物的 产生。
燃烧参数调整
通过调整燃烧温度、氧气 浓度等参数，减少氮氧化 物的生成。
燃烧器设计
采用先进的燃烧器设计， 实现燃料充分燃烧，降低 氮氧化物的排放。
烟气脱硝防治措施
1 2
政策调整
随着技术进步，政策可能会调整排放标准，更加严格控制氮氧化物排放。同时 ，政策可能会加大对清洁能源的扶持力度，进一步推动能源结构调整。
企业和社会在防治氮氧化物中的责任与角色
企业责任
企业应严格遵守相关法规和政策，积极采用先进的防治技术，减少氮氧化物的排放。同时，企业也应积极参与公 共事务，推动行业间的合作与交流。
NOX形成机理,如何控制NOX浓度
NOX形成机理,如何控制NOX浓度1、NOx的危害：氮氧化物（NOx）是重要的空气污染物质，其产生的途径为燃烧火焰在高温下氮气与氧气的化合，以及燃料中的氮成分在燃烧时氧化而成。
氮氧化物的环境危害有二种，在阳光的催化作用下，氮氧化物易与碳氢化物光化反应，造成光雾及臭氧之二次空气污染;此外氮氧化物也易与水气结合成为含有硝酸成分的酸雨。
2、NOx生成机理和特点2.1 NOx生成机理在NOx中，一氧化氮约占90％以上，二氧化氮占5％~10％，产生机理一般分为如下3种：（1）热力型NOx，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，即O2+N→2O+N, O+N2→NO+N, N+O2→NO+O在高温下总生成式为N2+O2→2NO, NO+0.5O2→NO2随着反应温度T的升高，其反应速率按指数规律增加。
当T<1 500 ℃时,NO的生成量很少,而当T>1 500 ℃时,T每增加100 ℃,反应速率增大6~7倍。
（2）快速型NOx，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NOx，其形成时间只需要60 ms，所生成的NOx与炉膛压力的0.5次方成正比,与温度的关系不大。
（3）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。
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NOx。
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NOx的形成也由气相氮的氧化和焦炭中剩余氮的氧化两部分组成。
氮氧化物生成的原理
氮氧化物生成的原理
氮氧化物（NOx）生成的原理主要有两个方面：热氧化生成和燃烧生成。
1. 热氧化生成：在高温条件下，氮气和氧气会发生氧化反应生成氮氧化物。
这种情况经常出现在工业燃烧过程中，特别是高温燃烧。
2. 燃烧生成：在燃烧过程中，燃料中的氮（通常是空气中的氮气）会与氧气反应生成氮氧化物。
这主要是由于燃料氮在高温燃烧区域内与氧气发生复杂反应，其中包括氧化、还原和氮气的氧化等过程。
总体来说，氮氧化物的生成与燃料中的氮含量、燃烧过程中的温度和氧气的供应有关。
高温和富氧条件下，气体燃烧过程中产生的氮氧化物含量较高。
烧结砖窑炉氮氧化物的产生及控制
烧结砖窑炉氮氧化物的产生及控制一、NOx（氮氧化物）中国是一个以煤炭为能源的国家，煤在一次能源中占75%，其中84%以上是通过燃烧方式利用的。
NOx是煤与空气在高温燃烧时产生的，是造成大气污染的主要污染源之一。
其主要危害有：对人体健康的直接危害，主要影响呼吸系统；对植物有损害；参与形成光化学烟雾，形成酸雨，污染环境；N2O（一氧化碳）是一种温室气体，会破坏环臭氧层。
二、NOX产生机理煤在燃烧过程中产生的氮氧化物主要是一氧化氮和二氧化氮，其生成量和排放量与燃烧方式、特别是烧成温度和空气过剩系数等密切相关。
NOX生成途径主要有燃料型、热力型和快速性三种方式。
其中快速型生成量很少，可以忽略不计。
1、热力型NOX指空气中的氮气和氧气在燃料燃烧时所形成的高温环境下生成的一氧化氮和二氧化氮总和。
其反应式为：N2+O2=2NO2NO+ O2=2NO2当燃烧区域温度低于1000℃时，一氧化氮的生成量较少，而温度在1300~1500℃时，一氧化氮的浓度为500~1000ppm，而且随温度的升高，NOX的生成速度按指数规律增加。
当温度足够时，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，就需要降低溶炉的最高烧成温度，并免产生场部高区，以降低热力型N0的生成2、燃料型NOX燃料型NOx的生成是燃料中的氮化台物在燃烧过程中氧化反应而生成的，称为料型一般的炉察产生的0中大约%%是燃料型的NOx因此，燃料型O是察产生x的主要途径。
燃料型NOx的生成和破坏过程不仪与煤种性燃料中氮化合物受热分解后在发分和焦影中的例，成分和分布有关，而目其反应过程还和燃烧多件(如温度和氧)及各种成分的浓度密切相关，在接加燃料的坯体进入察炉被加热以后，燃料中的氮有机化台物首先被分解成(HCN)。
氢(NH4)和CN等中间产物，它们随挥发分一起从燃料中析出，被称为挥发分析出后仍残留在燃料中的氢化合物称为焦炭N。
NOx的产生机理及排放控制技术
• 低NOx排放主要技术措施
• 1 .改变燃烧条件：包括低过量空气燃烧法，空气 分级燃烧法，燃料分级燃烧法，烟气再循环法。 • 2 .炉膛喷射脱硝：包括喷氨及尿素，喷入水蒸汽， 喷入二次燃料。 • 3 烟气脱硝： • (1)干法脱硝。(烟气催化脱硝，电子束照射烟气 脱硝) • (2).湿法脱硝。
• 2.3 喷氨法（尿素等氨基还原剂） • 由于氨只和烟气中反应，而一般不和氧 反应，这种方法亦称选择性非催化剂吸 收（SNCR）法。但不用催化剂，氨还原 NO仅在950－1050这一狭窄范围内进行， 故喷氨点应选择在炉膛上部对应位置。 • 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还 原反应充分进行、使用最少量氨达到最 好效果的重要条件。
• 与SNCR一样,SCR也应注意喷氨量的控制。
• 硫化物,硝化物和粉尘联合控制工艺 • 近年来,美国巴布科克.威尔科克斯(B&W)公 司开发了一种SNRB技术.其特点是使用一种高 温布袋除尘器,将脱硫脱硝和除尘结合到一起. 其原理为:将钙基或钠基碱性吸收剂喷入烟气 中脱硫,将高温催化剂喷入耐高温陶瓷纤维袋 内并通过喷氨脱硝,高温脉冲喷射布袋除尘.
SCR喷氨法催化剂反应器(SCR反应 器) 置于空气预热器前的高尘烟气中
NH3+空气 NH3
SCR反应器 锅炉
NH3
NH3储罐蒸发器 空气预热器 去湿法烟气脱 硫系统
静电除尘器
空气
• 此时,烟气中含有飞灰,二氧化硫,故反应器在 “ • 不干净”的高尘烟气中.但此处温度在300到 500oC之间,适用于多数催化剂,但寿命受下列因 素影响: • 烟气飞灰中Na,K,Ca,Si,As会使催化剂中毒或 污染. • 飞灰对催化剂反应器的磨损和使催化剂反应器 蜂窝堵塞. • 如烟气温度升高,会使CATA.烧结或使之再结晶 失效. • 如烟气温度降低,氨会和三氧化硫生成硫酸氢 铵,堵塞烟道. • 高活性CATA.会使二氧化硫氧化成三氧化硫.
NOX形成机理-如何控制NOX浓度
NOX形成机理,如何控制NOX浓度1、NOx的危害：氮氧化物（NOx）是重要的空气污染物质，其产生的途径为燃烧火焰在高温下氮气与氧气的化合，以及燃料中的氮成分在燃烧时氧化而成。
氮氧化物的环境危害有二种，在的催化作用下，氮氧化物易与碳氢化物光化反应，造成光雾及臭氧之二次空气污染;此外氮氧化物也易与水气结合成为含有硝酸成分的酸雨。
2、NOx生成机理和特点2.1 NOx生成机理在NOx中，一氧化氮约占90％以上，二氧化氮占5％~10％，产生机理一般分为如下3种：（1）热力型NOx，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，即O2+N→2O+N, O+N2→NO+N, N+O2→NO+O在高温下总生成式为N2+O2→2NO, NO+0.5O2→NO2随着反应温度T的升高，其反应速率按指数规律增加。
当T<1 500 ℃时,NO的生成量很少,而当T>1 500 ℃时,T每增加100 ℃,反应速率增大6~7倍。
（2）快速型NOx，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NOx，其形成时间只需要60 ms，所生成的NOx与炉膛压力的0.5次方成正比,与温度的关系不大。
（3）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。
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NOx。
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NOx的形成也由气相氮的氧化和焦炭中剩余氮的氧化两部分组成。
关于锅炉燃烧NOx生成机理及调整控制方法
关于锅炉燃烧NOx生成机理及调整控制方法锅炉燃烧产生的NOx可分为热力型、燃料型和快速型三种，热力型、燃料型和快速型NOx在煤粉燃烧时会同时生成。
但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。
热力型NOx产生的主要条件是高的燃烧温度使氮分子游离增本化学活性，其次是高的氧浓度，要减少热力型NOx的生成，可采取： (1)减少燃烧最高温度区域范围；(2)降低锅炉燃烧的峰值温度；(3)降低燃烧的过量空气系数和局部氧浓度。
燃料型NOx是燃料内含氮在燃烧过程中成离子析出与含氧物质反应形成NOx，或与含氮物质反应又成氮分子。
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。
根据NOx的生成机理，在燃烧器设计上采用了SOFA和OFA分级燃烧技术的同时，还采用了煤粉浓淡分离技术，尽可能抑制NOx的生成。
另外，我厂锅炉在高负荷时产生的NOx降低、低负荷时升高的情况，原因主要是由于负荷降低时，各层燃烧器煤粉浓度降低，炉膛内局部还原性气氛减弱，引起NOx产生增加。
根据NOx产生的机理，从降低排放NOx浓度方向，提出以下调整方法：1.根据NOx产生机理，以下调整主要通过燃烧、配风等方式的改变来减少NOx的生成。
但可能造成汽温的变化时，应通过燃烧器摆角的调整来调节汽温；2.提高炉膛与风箱差压，满负荷时0.65~0.75kPa，低负荷区段保持在0.4~0.55kPa。
高负荷开足上部OFA和SOFA风门挡板，关小周界风挡班开度至20%，除下部AA层挡板开度在60%，其余各层挡板开度30%；3.经常检查氧量测点及标定表计，并根据总风量以及送风机的电流、开度等，判断炉内燃烧是否正常，在保证燃烧安全的前提下，尽量维持低氧量燃烧，对降低NOx排放有利；4.调整各层煤量，最下层和最上层的煤量要少于中间两层10~15%，如果总煤量是120T/h，则B：28 T/h、C：32 T/h、D：32 T/h、E：28 T/h，并且根据各层煤量，按规程控制磨的出口温度；5.在减少漏煤、飞灰和炉渣的含碳量，且不明显增加磨煤机电耗的情况下，调整煤粉细度，A、E两层R90=19%，其余各层R90=24%，如果磨煤机有较大裕量，还可以适当减小细度，以增加煤粉初期的低氧燃烧生成还原性强的CO，以抑制NO的形成。
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。
NOx影响因素分析及控制措施
152.99mg/m³升高至216.23mg/m³，将上述两指标上下限作为曲线终点得上线性关系图。发现在
NOx排放浓度控制在200mg/m³，煤质含硫量指标为1.482%。
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【NOx影响因素及控制措施】
四、NOx控制技术考察
技术交流 咨询电科院环保所所长关于我厂NOx超标问题，祁所回复近期将派技术人员现场诊断。
NOx测量值偏大。
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【NOx影响因素及控制措施】
二、NOx影响因素（二）煤质特性
+1.14
1#系统改造试验后数据
给料 机转 速平 均值
28.99
30.13
NOx排放 浓度为 124.63mg/m³
试验 后
现阶 段
1#系统近期运行数据数据 在给料机平均转速（给料量）基本相同 NOx排放 浓度为 212.50mg/m³
的情况下，在改造后一个阶段内燃用煤质含
硫量为1.853%的煤种时，NOx排放浓度平均 值为124.63mg/m³；在现阶段燃用煤质含硫 量为1.85%的煤种时，NOx排放浓度平均值为
212.50 mg/m³ 。
结论：煤质因素造成NOx排放浓度变化。
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Hale Waihona Puke 【NOx影响因素及控制措施】
二、NOx影响因素（二）煤质特性
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【NOx影响因素及控制措施】
三、NOx控制措施三（脱硫剂投加量）
脱硫剂的影响 为了提高脱硫效率，在循环流化床锅炉 运行的中需要投入更多的石灰石，以提
脱硫系统改造前后对比
高钙硫摩尔比，但研究表明，富余的CaO
是燃料氮转化为NO的强催化剂，因此脱 硫剂的投入最终将增加NOx的排放。
脱硫系统改造前后排放浓度平均值 计划采取的措施 改造后严格 执行新标准
燃气轮机NOx生成机理及降低措施
燃气轮机NO x生成机理及降低措施一燃烧过程中N Ox生成机理1.热力型NOx生成机理（泽尔道维奇机理）热力型NOx是指空气中的N2在高温条件下氧化生成的氮氧化物，其主要成分是NO。
按照这一机理，空气中的N2氧化，是通过如下一组不分支的链式反应进行在高温下的，生成速率如下式所示：生成NO所需的活化能很大，通常氧原子与燃料中可燃成分之间的活化能较小，反应较快，因此，NO通常不在火焰面上生成，主要生成区域位于火焰下游高温区。
温度对热力型N Ox的影响是非常明显的，当温度低于1800K时，热力型NOx生成量很少，当温度高于 1800K时，反应逐渐明显，而且随着温度的升高，NOx生成量急剧升高。
从图中可以大致看出，温度在1800K左右时，温度每升高l00K，反应速度将增大6一7倍。
由于在实际燃烧过程中，燃烧室内温度分布通常是不均匀的，如果有局部的高温区域，则在这个区域会生成较多的NOx，它可能会对整个燃烧室内的NOx生成起到关键的作用。
因此，在实际的燃烧器设计过程中应尽量避免局部高温区的形成。
过量空气系数对热力型N O x的影响也是非常明显的，热力型NOx生成量与氧浓度的平方根成正比，即氧浓度增大，在较高的温度下会使氧分子分解的氧原子浓度增加，从而使热力型N Ox的生成量增加。
但在实际燃烧过程中情况会更复杂一些，因为过量空气系数的增加一方面增加了氧浓度，另一方面也降低了火焰温度，从总体趋势上来看，随着过量空气系数的增加，NOx生成量先增加，到达一个极值后下降。
气体在高温区域的停留时间对热力型NOx生成也有影响，主要是因为N o x生成反应速度较慢，没有达到化学平衡所致。
在其它条件不变的情况下，气体在高温区停留时间越长，NOx生成量就越大，直到达到化学平衡浓度。
焦炉烟气氮氧化物生成机理及控制
焦炉烟气氮氧化物生成机理及控制1. 焦炉烟气氮氧化物生成机理及控制一、焦炉烟气氮氧化物生成机理1. 烟气中的氮氧化物的生成及影响因素焦炉烟气中的氮氧化物（NOx）是由焦炉燃烧过程中产生的一种有害物质，其主要成分包括NO和NO2。
氮氧化物的生成主要依赖于燃烧过程中温度和氮气浓度等，且受到发电机组参数、燃料品质和燃烧器的设计有关。
（1）燃烧温度氮氧化物的生成主要受到燃烧温度的控制，温度上升会导致其生成分解反应的反应速率加快，应避免燃烧温度过高。
（2）氮气浓度烟气中含有一定量的氮气，氮气的浓度增加会导致氮氧化物的生成量增加，因此应当采用控制吸入空气中的氮气浓度的方法来控制其氮氧化物的生成量。
（3）发电机组参数发电机组参数也会影响氮氧化物的生成量，如排放量、排放速率等。
这些参数可以通过控制和调节发电机组的参数来控制烟气中的氮氧化物含量。
（4）燃料品质燃料品质也会影响氮氧化物的生成量。
烟道燃料的中碳含量越高，烟道燃料中NOx的生成量就越大。
另外，烟道燃料中的氧含量也会影响NOx的生成量，如果烟道燃料含氧量太低，NOx的生成量也会增加。
（5）燃烧器的设计燃烧器的设计也会影响氮氧化物的生成量，如长度、断面尺寸等都会影响氮氧化物的生成量。
烟道内的混合度会影响烟气中的氧气分布，同时也会影响NOx的生成量。
二、焦炉烟气氮氧化物控制技术1. 氮氧化物控制设备（1）NOx捕捉与脱硝装置NOx捕捉与脱硝装置是一种常用的控制氮氧化物排放的设备，它可以捕捉烟气中的NOx，并将其以氧化物的形式转化为无害的产物。
一般而言，NOx的捕捉可以通过加入富氧化剂（如硫酸锌、硝酸钾等）和吸收剂（如碳酸钠）来实现。
（2）燃烧器优化燃烧器优化是控制氮氧化物排放的有效措施之一，它的主要内容包括火焰参数调节、烟道喷嘴数量和尺寸、烟道结构设计等。
2. 氮气合成和除尘技术（1）氮气合成技术氮气合成技术可以有效减少氮气的含量，从而减少氮氧化物的排放。
这种技术利用电磁感应原理将氮气合成为无害的水蒸汽，并将其引入烟道，以替代空气中的氮气，从而减少氮氧化物的排放。
NOx生成及控制措施
NOx生成及控制措施一、NOx生成机理氮氧化物（NOx）是指一类由氮气和氧气反应而生成的氮氧化合物，包括一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）以及氮氧化合物（N2O、N2O4等）。
在大气环境中，NOx的生成主要与燃烧过程和工业生产中的高温化学反应相关。
1. 燃烧过程中的NOx生成当有机物（如煤、原油、天然气）在高温条件下与氧气反应时，会生成NOx。
燃烧过程中的NOx生成主要分为两个步骤：燃料氮的氧化和燃料和空气中氮气的反应。
燃烧过程中的氮氧化合物种类和含量取决于燃料中氮的含量、燃烧温度和氧气浓度等因素。
2. 工业生产中的高温化学反应除了燃烧过程外，工业生产过程中的高温化学反应也会产生大量的NOx。
例如，一些化学反应、电弧炉、高温窑炉等工艺过程都会释放出大量的氮氧化物。
二、NOx控制措施由于NOx对环境和人体健康造成的危害，控制和减少NOx排放已成为工业生产和城市建设中的重要任务。
下面介绍几种常见的NOx控制措施：1. 燃烧控制技术通过改变燃料供给方式、优化燃烧设备设计和调整燃烧过程参数等方法，可以有效降低NOx的生成。
例如，采用低氮燃烧器、增加过量空气系数、控制燃烧温度等手段都能降低燃烧过程中的NOx产生量。
2. 尾气处理技术尾气处理技术是一种常见且有效的NOx控制手段。
其中最常用的技术是选择性催化还原（SCR）和选择性非催化还原（SNCR）技术。
这两种技术通过添加还原剂（如氨水或尿素）来将NOx还原为无害的氮气和水蒸气。
3. 排放监测和管理对NOx排放进行实时监测和合理管理对于控制和减少NOx污染具有重要意义。
建立健全的监测系统，加强排放标准的制定和执行，并进行定期监督和评估，能够有效地减少NOx排放。
4. 新技术研发随着科技的不断进步，一些新技术也被应用于NOx控制中。
例如，低温等离子体处理技术和吸附剂材料的研发都为NOx的控制和去除提供了新的思路和方法。
总结：针对NOx污染的严重性，我们需要采取有效的措施来降低NOx的生成和排放。
NOx的产生机理及排放控制技术
快速型NOx的产生主要与燃烧温度和氧气浓 度有关，高温和高氧浓度条件下更易生成。
02
快速型NOx的生成量通常较低，但在某些特 定条件下，如富燃料燃烧时，其生成量可能
会增加。
04
NOx的排放控制技 术
低氮燃烧技术：通过优化燃烧条件，降低燃烧过程中氮氧化物的生成。
燃料脱氮技术：对燃料进行预处理，降低燃料中的氮含量，从而减少氮氧化物的排 放。
制技术之一。
燃料添加剂： 通过在燃料中 添加特殊的添 加剂，降低烧技术： 通过降低燃烧过 程中的氧气含量， 减少NOx的生成。
燃料分级燃烧技 术：将燃料分成 多个阶段燃烧， 降低燃烧温度， 减少NOx的生成。
废气再循环技术： 将部分废气循环 回到燃烧室，降 低氧气浓度和燃 烧温度，减少 NOx的生成。
吸附法：利用吸附 剂吸附氮氧化物， 再进行脱附和回收 处理
液体吸收法：利用 吸收剂吸收氮氧化 物，再进行再生和 排放处理
NOx排放控制技术 的优缺点
优点：可以减少燃料的氮含 量，从而减少NOx的生成
缺点：技术难度较大，需要 精确控制燃料的成分和反应 条件
优点：燃烧中控制技术可以有效降低NOx的排放，减少对环境的污染。
烟气再循环技术： 将部分冷却的烟 气循环回燃烧区 域，降低燃烧温 度和氧气浓度， 从而减少NOx的
生成。
浓淡燃烧技术： 通过改变燃料和 空气的混合比， 使燃料在缺氧或 富氧条件下燃烧， 降低NOx的生成。
还原燃烧：通过降 低燃烧温度和减少 氧气浓度，减少氮 氧化物的生成
催化还原：利用催 化剂将氮氧化物还 原为氮气和水蒸气
NOx排放控制技术 的发展趋势
电子控制技术： 通过电子控制 系统精确控制 发动机的燃烧
NOx的生成机理
NOx的生成机理
在燃烧过程中, NOx生成的途径有3条:
1,是空气中氮在高温下氧化产生,称为热力型NOx；
2,是由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基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NOx，称为快速型NOx；
3,是燃料中含氮化合物在燃烧中氧化生成的NOx，称为燃料型NOx。
关于热力NOx的生成机理是高温下空气的N2氧化形成NO；，其主成速度与燃烧温度有很大关系，当燃烧温度低于1400℃时热力NOx生成速度较慢，当温度高于1400℃反应明显加快，根据阿累尼乌斯定律，反应速度按指数规律增加。
这说明，在实际炉内温度分别不均匀的情况下，局部高温的地方会生成很多的NOx；并会对整个炉内的NOx生成量起决定性影响。
热力NOx的生成量则与空气过剩系数有很大关系，氧浓度增加，NOx生成量也增加。
当出现15％的过量空气时，NOx生成量达到最大：当过量空气超过15％时。
由于NOx被稀释，燃烧温度下降，反而会导致NOx生成减少。
热力NOx 的生成还与烟气在高温区的停留时间有关，停留时间越长，NOx越多。
NOx的产生机理及排放控制解读
SCR喷氨法催化剂反应器置于空气预 热器与静电除尘器之间
空气 NH3+空气 NH3
锅炉
NH3储罐 蒸发器
SCR反应器 空气预热器 湿法烟 气脱硫 系统
空气
静电除 尘器
去烟囱
SCR喷氨法催化剂反应器布置在
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％。
120 100 Ñ » ·² ´ ´ Ì Á õ  ¯ ׺ Å Ã » ú ¯ Â Ä Å ¹ Ý ´ ² Ì Ì ¹ ¬ ³ ý Ô ü º à · Û Â ¯ º Ì Ò ¬ ³ ý Ô ü à º Û ·Â ¯
• 若喷入的氨未充分反应，则泄漏的氨会到锅炉 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）。 • 总之，SNCR喷氨法投资少，费用低，但适用范 围窄，要有良好的混合及反应空间、时间条件。 当要求较高的脱除率时，会造成氨泄漏过大。
燃料型NOx的转化率CR
• 定义燃烧过程中最终生成的NO浓度和燃 料中氮全部转化成NO时的浓度比为燃料 型NOx的转化率CR • CR＝【最终生成的NO浓度】÷ • 【燃料全部转化成NO的浓度】 • 试验研究表明，影响CR的主要因素是煤 种特性以及炉内的燃烧条件。
从热力型对、燃料型和快速型三种NOx生成机理可以得出 抑制NOx生成和促使破坏NOx的途径，图中还原气氛箭头 所指即抑制和促使NOx破坏的途径
影
响
闻到臭味 闻到很强烈的臭味 眼、鼻、呼吸道受到强烈刺激 1 分钟内人体呼吸异常，鼻受到刺激 3－5 分钟内引起胸痛 人在 30－60 分钟就会因肺水肿死亡 人瞬间死亡
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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％。
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µ Í Ê NOx¼ µ Â (%)
80 60 40 20 0
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
NOxÅ ·Ö (mg/m3) Å Å µ
1800
• 低NOx排放主要技术措施 • 1 .改变燃烧条件：包括低过量空气燃烧法，空气 分级燃烧法，燃料分级燃烧法，烟气再循环法。
• 2 .炉膛喷射脱硝：包括喷氨及尿素，喷入水蒸汽， 喷入二次燃料。 • 3 烟气脱硝： • (1)干法脱硝。(烟气催化脱硝，电子束照射烟气 脱硝) • (2).湿法脱硝。
从热力型对、燃料型和快速型三种NOx生成机理可 以得出抑制NOx生成和促使破坏NOx的途径，图中 还原气氛箭头所指即抑制和促使NOx破坏的途径
空气中的氮 空气N2 烃生成物中结合的氮 燃料中氮的转换 NO再燃烧 杂环氮化物 烃生成物 CH，CH2
氰 (HCN, CN)
Zeldovich机理 氰氧化物 (OCN, HNCO) 氨类(NH3, NH2，NH，N) 还原气氛 氧化气氛 N2O NOx H
快速型NOx的费尼莫尔反应机理
HCN
(c) O,OH
NCO
O2
CN
H
(d)O,O2
NO
NH3
NO, N
N2
(a) CH,CH2,CH3,C2
• (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600－800oC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。
500 400 300 200 100 0 1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 Â È ã Ï È Î ¶ (É Ê ¶ )
µ Ð Ï Á 1
• (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。
NO2浓度的日变化
1.4 1.2
NO2(ppm)
1 0.8
µ Ð Ï Á 1
0.6 0.4 0.2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
±» Ê ä (h)
1.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。
NOx转化率与燃烧温度和过量空气系 数的关系
0.25 0.2 0.15 à ø µ ý ¼ Ó Æ Ï Ê £ 1.25 à ø µ ý ¼ Ó Æ Ï Ê £ 1.0 à ø µ ý ¼ Ó Æ Ï Ê £ 0.83
CR
0.1 0.05 0 900 1000 1100 1200 1300 1400 1450 Î ¶ (É Ê ¶ ) Â È ã Ï È
• 3.低NO燃烧技术
• 凡通过改变燃烧条件来控制燃烧关键参数，以 抑制生成或破坏已生成的达到减少排放的技术 称为低燃烧技术。
• 3.1 低过量空气燃烧：使燃烧过程在尽可能接 近理论空气量的条件下进行。但如果氧含量 （浓度）<3%时，会使CO浓度剧增，使热效率 降低。此外，低氧浓度会使炉膛内的某些地区 成为还原性气氛，从而降低灰熔点引起炉壁结 渣与腐蚀。
• 3.2 空气分级燃烧： • 将燃料的燃烧过程分阶段完成。第一阶 段减少供气量到70%--75%上方的专门空气喷口OFA（Over Fire Air）”火上风”喷入炉膛。为了保 证既能减少排放，又能保证锅炉燃烧的 经济、可靠性，必须正确组织空气分级 燃烧过程。
NOx
N2
• 2.煤的燃烧方式对排放的影响 和降低排放的主要措施
• 煤的燃烧方式对NO排放的影响 • 探讨生成规律可以知道，NO的生成及破坏与以下 因素有关： • (a).煤种特性，如煤的含氮量，挥发份含量，燃 料比FC/V以及V-H/V-N等。 • (b).燃烧温度。 • (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。
Ó ¢ Ö » Ï º ··N/È Á N(%)
à ø µ ý ¼ Ó Æ Ï Ê £ 0.6 à ø µ ý ¼ Ó Æ Ï Ê £ 0.8 à ø µ ý ¼ Ó Æ Ï Ê £ 1.2
挥发分N中最主要的氮化合物是HCN 和NH3， HCN氧化的主要反应途径为：
燃料N 挥发分N O HCN NCO N H NH NH2 N2 NH3 NO O,OH
• 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NxOy • 氮氧化物的危害性表现在： • 对人体健康的直接危害。 • 参与形成光化学烟雾，形成酸雨，造成 环境污染。 • 氧化二氮是一种温室气体，会破坏臭氧 层。
NOx的危害性及排放情况(二)
Ó ¢ Ö » Ï º ··N/È Á N(%)
120-150Ä ¿ 11£ 120Ä ¿ 70£ 100Ä ¿
过量空气系数对燃料N转化为挥发分 N比例的影响
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 ±» Ê ä (ms)
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
CR
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 ý ¿ Õ ø µ ý ¸ Á ¿ Æ Ï Ê
• 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。
NOx的危害性及排放情况(三)
影
响
闻到臭味 闻到很强烈的臭味 眼、鼻、呼吸道受到强烈刺激 1 分钟内人体呼吸异常，鼻受到刺激 3－ 5 分 钟 内 引 起 胸 痛 人 在 30－ 60 分 钟 就 会 因 肺 水 肿 死 亡 人瞬间死亡
一些大城市对空气中NO含量的测定
NO 含 量 日最大含量 月最小含量 月最大含量 年平均含量 0 .1 3 -0 .3 7 p p m 0 .0 1 -0 .0 4 p p m 0 .0 5 -0 .11 p p m 0 .0 3 -0 .0 7 p p m NO2 含 量 0 .0 5 -0 .1 2 p p m 0 .0 1 -0 .0 4 p p m 0 .0 4 -0 .0 6 p p m 0 .0 2 -0 .0 5 p p m
NOx的产生机理及排放控制 技术
清华大学煤清洁燃烧技术重点实验室
清华大学煤清洁燃烧国家工程研究中心
姚强教授
基本内容目录
• 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)
NH3氧化的主要反应途径为：
NH 燃料N
挥发分N
O,H,OH O,H,OH NH2 NH3 NO N2
O2,H,OH
NO
NH2,NH,N
燃料型NOx的转化率CR
• 定义燃烧过程中最终生成的NO浓度和燃 料中氮全部转化成NO时的浓度比为燃料 型NOx的转化率CR • CR＝【最终生成的NO浓度】÷ • 【燃料全部转化成NO的浓度】 • 试验研究表明，影响CR的主要因素是煤 种特性以及炉内的燃烧条件。
• 美国光化学烟雾对农业和林业的危害曾 波及27个州。 • 1952年美国洛杉矶发生光化学烟雾，附 近农作物一夜之间严重受害；6.5万公顷 的森林，29％严重受害，33％中等受害， 其余38％也受轻度损害。
不同浓度的NO2对人体健康的 影响
浓 度 (p p m )
1 .0 5 .0 1 0 -1 5 50 80 1 0 0 -1 5 0 200 以 上
煤粉燃烧时一次风比例和烟气中飞灰 含碳量与NOx含量的关系
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0.8 0.9 1 1.1 º Î ç È ý Ò ´ ·±À 1.2 1.3 1.4 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0