减少氮氧化物发生量的方法

网站编辑：admin │ 发表时间：2025-03-05 │

随着能源消耗的增长，燃料燃烧后排放出来的有害物质越来越多，成为大气污染的一个重要因素。烟气中的有害物为：水、碳氧化物、氮氧化物和硫化物等。其中特别是一氧化碳、氮氧化物和硫化物对人的危害最大。

在正常条件，气体燃料是经过脱硫净化的，燃烧以后生产的    数量很少。只要燃烧完全，烟气中CO 的含量也是很小的，因此在燃气燃烧过程中如何减少氮氧化物的发生量，就成了一个比较突出的问题。

氮氧化物的生成机理

在多数工业炉的燃烧过程中，排放出来的氮氧化物主要是一氧化氮，以后再氧化成二氧化氮。

一氧化氮的生成反应为：O2+N2=2NO—180kJ

其链反应为：O+N2=NO+N   

            N+O2=NO+O

总反应中，正反应的活化能为E=53.9x10⁴ J/mol，逆反应的活化能为-E=36.0x10⁴ J/mol。由于正反应的活化能很大，因此NO的生成在很大程度上=依赖于温度。当温度较低时NO的生成速度减慢。另一方面，NO的生成速度与氧的浓度有关，在空气不足的情况下，NO的生成量也减少。

如上图所示出了在火道式燃烧器试验台的测得的NO排出量与过剩空气系数及空气预热温度的关系。在试验中燃气和空气是完全预混的。可以看到，过剩空气系数对NO的排出量有很大的影响。当α=1.2时，NO的排出量最大，这是由于氧分子的浓度和燃烧温度这两个因素同时起作用的结果。α<1.2时，自由氧的减少使NO的生成量减少；。α>1.2时，由于过剩空气过多，燃烧区温度下降，也使NO生成量减少。因此，在燃烧过程中应当严格控制过剩空气系数。

减少氮氧化物生成量的措施

根据氮氧化物生成的条件可以确定，减少氮氧化物生成的主要途径是降低火焰温度（或减少烟气在高温区停留的时间）和减少过剩空气量。

在实际工程上采取的措施有以下几方面：

1.分段燃烧   在炉子总的过剩空气量保持不变的前提下，把送往燃烧器的空气量减少到低于理论空气量。将另一部分空气在燃烧室上方送入炉膛，当未燃尽的燃气上升时，遇到上方送入的空气而得到完全燃烧。这种燃烧方式就称为分段燃烧。

在天然气锅炉上采用分段燃烧的温度分布曲线和正常燃烧时的温度分布线对比于图5-27上。可以看出，分段燃烧使火焰温度的峰值和平均值都降低了，这样可以使   的发生量减少80%左右。

2.烟气再循环  将炉窑尾部排出的部分低温烟气同燃烧用的空气在燃烧器入口以前相混合。当烟气达到一定循环量时，炉膛温度将进一步下降，因而使烟气中氮氧化物的含量更加减少。

3.设计新型燃烧器， 如上所述，可以利用较冷的燃烧产物来降低燃烧温度，以减少氮氧化物的发生量。如果燃烧器设计合理，也可以利用空气动力学原理在炉膛内达到这一要求。

工业燃气燃烧系统的燃烧区域

对于一个工业燃气燃烧器系统，大体上都存在四个燃烧区域，如上图所示。1区是点火和稳焰区。2区是主燃烧区。3区是混合区，高温烟气和炉内烟气在该区域混合。4区为炉膛区，该区内烟气的浓度及温度比较均匀。

通过实验知道，大部分氮氧化物是在主燃烧区2和其后的混合区3内形成的。因此，降低氮氧化物发生量的燃烧设计原则应当是：

（1）减少气体在高温点火区和稳焰区的停留时间；

（2）降低主燃烧区的温度；

（3）让温度较低的烟气和炽热的燃烧产物尽快混合；

（4）将炉膛温度维持在一个适当的水平上。

目前已经制造了这种新型燃烧器。这种燃烧器出口附近的稳焰区很小，气流在那里停留的时间很短。紧接着就是喷口的高速燃烧产物卷吸炉膛内温度较低的烟气，使燃烧温度降低。

4.采用催化燃烧  采用催化剂可以使燃烧反应的温度下降，从而减少氮氧化物的发生量，甚至有可能完全消除氮氧化物的产生。