燒結過程中氮氧化物生成機理及控制

謝劍Zsq-XiZuo-2017年4月2日燒結過程中NxO2 生產機理及排放技術NOx的形成機理（一）一、NOx的形成機理在燃料的燃燒過程中，NOx的生成通過三種機理，三種機理所生成的NOx分別稱作燃料型NOx（FuelNOx）、溫度型或熱力型NOx（ThermalNOx）和快速型（或速度型）NOx（PromptNOx）：1．燃料型NOx燃料本身所含的氮的有機物諸如喹啉(C5H5N)、吡啶(C9H7N)等，在高溫下釋放出氮和氧化合生成的NOx，稱作燃料型NOx。2．溫度型或熱力型NOx燃燒時空氣中的Ｎ2在高溫下氧化生成的NOx，稱作溫度型或熱力型NOx。3．快速型（或速度型）NOx碳氫燃料在燃料過多時燃燒所產生的NOx，稱作快速型（或速度型）NOx，對于大多數的礦物燃料，這類NOx含量較小3．快速型（或速度型）NOx碳氫燃料在燃料過多時燃燒所產生的NOx，稱作快速型（或速度型）NOx，對于大多數的礦物燃料，這類NOx含量較小NOx的控制方法分類見諸于文獻資料上有關NOx的治理方法有幾十種之多，這些方法大體上可以分為兩大類——一級污染預防措施和二級污染預防措施。一級污染預防措施是指在NOx生成前的所有控制措施。一級污染預防措施主要是通過改進燃燒方式減少NOx的生成量?；贜Ox的形成受溫度的影響極大這一規(guī)律，可以通過改進燃燒方式避開使NOx大量生成的溫度區(qū)間，從而實現NOx的減排。燃燒方式的改進通常是一種相對簡便易行的減少NOx排放的措施，但這種措施會帶來燃燒效率的降低，不完全燃燒損失增加，而且NOx的脫除率也不夠高，因此隨著環(huán)保要求的不斷提高，燃燒的后處理越來越成為必然。二級污染預防措施是指在NOx的生成后的控制措施，即對燃燒后產生的含NOx的煙氣(尾氣)進行脫氮處理，又稱為煙氣脫硝（FluegasdeNOx）或廢氣脫硝（WastegasdeNOx）。NOx的危害性及排放情況氮氧化物是化石燃料與空氣在高溫燃燒時產生的，包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)和氧化二氮(N2O)。還有NmOn氮氧化物的危害性表現在：對人體健康的直接危害。參與形成光化學煙霧，形成酸雨，造成環(huán)境污染。氧化二氮是一種溫室氣體，會破壞臭氧層。光化學反應使NO2分解為NO和O3，大氣中臭氧對人體健康十分有害。光化學煙霧中對植物有害的成分主要為臭氧和氮氧化合物：臭氧濃度超過0.1ppm時便對植物產生危害。NO2濃度達1ppm時，某些植物便會受害。氮氧化物在大氣的催化反應中可形成硝酸。熱力型燃燒時，空氣中氮在高溫下氧化產生，其中的生成過程是一個不分支連鎖反應。其生成機理可用捷里多維奇(Zeldovich)反應式表示。隨著反應溫度T的升高，其反應速率按指數規(guī)律增加。當T<1500oC時,NO的生成量很少,而當T>1500oC時,T每增加100oC,反應速率增大6-7倍。因燒結溫度低于1500℃，一般不宜產生。熱力型NOx源于在燃燒過程中空氣中的N2被氧化而成NO，它主要產生于溫度高于1800K的高溫區(qū)，其反應機理：

N2＋O＝NO＋NN＋O2＝NO＋ON＋OH＝NO＋H

分子氮比較穩(wěn)定，它被氧原子氧化為NO的過程需要較大的活化能，整個反應的速度決定于第一式的反應速度。氧原子在反應中起活化鏈的作用，它來源于高溫下O2的分解。2.熱力型NOx的主要影響因素是溫度和氧濃度。隨溫度和氧濃度的增加，熱力型NOx的濃度增加。3.控制對策：（1）降低燃燒溫度，避免其生成所需要的高溫條件；（2）降低分子氮的濃度；（3）降低分子氧的濃度；（4）縮短在熱力型NOx生產區(qū)的停留時間；4.工程實踐中常用手段（1）通過向火焰面噴射水/水蒸氣來降低燃燒溫度；（2）通過煙氣循環(huán)使一部分煙氣和新鮮空氣混合，既降低氧濃度，同時可以降低火焰的溫度；（3）分級燃燒和濃淡燃燒等技術控制熱力型NOx1.燃料型NOx指燃料中的氮在燃燒過程中經過一系列的氧化－還原反應而生成NOx，它是煤燃燒過程NOx生成的主要來源。反應機理：2.燃料型NOx既受燃燒溫度、過量空氣系數、煤種、煤顆粒大小等影響同時也受燃燒過程中燃料－空氣混合條件的影響以及高溫下的自由基。3.控制方法（1）通過改變煤或其它化石燃料的燃燒條件，從而減少燃料型NOx的生成量，即燃燒過程中NOx的脫除；（2）對燃燒后的含NOx的煙氣進行燒結一般屬于這種類型氮癢化合物：是指空氣中主要以一氧化碳和二氧化碳形式存在的氮癢化合物?？諝庵泻难趸镉幸谎趸∟2O）一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）、三氧化二氮(N2O3)、等、但是主要成分是NO和N2O，一般將這兩者統(tǒng)稱為氮癢化物，用Nox表示。

鋼鐵廠各種設備排出的氮氧化物，總量占固定污染源的第二位，其中燒結占一半左右。

燒結過程中氮氧化物主要來源于燒結過程中燃料的燃燒。燒結生產中的燃料分點火燃料和燒結燃料。點火燃料一般為氣體燃料和液體燃料。成分/%質量分數CO2COCH4CmHnH2N2O2焦爐煤氣1.5-2.525-3123-282-354-593-50.3-0.6高爐煤氣14-2220-260.3-0.52-355-58工業(yè)部門各種燃料類型的Nox排放因子燃料/kg/t排放因子燃料/kg/t排放因子煤7.5焦炭9原油5.09汽油16.7煤油7.46柴油9.62燃料油5.84LPG2.63煉廠干氣0.53天然氣20.85煤氣9.5點擊添加文本點擊添加文本降低燃燒過程Nox排放措施：

技術主要有降低Nox燃燒技術和終端治理（也即是脫硝）我們只說控制燃燒技術。