燃煤锅炉NOx生成及控制措施

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(ppm) 影响

1.0 闻到臭味

5.0 闻到很强烈的臭味

10-15 眼、鼻、呼吸道受到强烈刺激

50 1分钟内人体呼吸异常，鼻受到刺激

80 3－5分钟内引起胸痛

100-150 人在30－60分钟就会因肺水肿死亡

200以上人瞬间死亡

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，

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：

2

222

2NO O NO NO O N 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

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

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