燒結(jié)過(guò)程中氮氧化物生成機(jī)理及控制

謝劍Zsq-XiZuo-2017年4月2日燒結(jié)過(guò)程中NxO2 生產(chǎn)機(jī)理及排放技術(shù)NOx的形成機(jī)理（一）一、NOx的形成機(jī)理在燃料的燃燒過(guò)程中，NOx的生成通過(guò)三種機(jī)理，三種機(jī)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(jī)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(shí)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?xì)淙剂显谌剂线^(guò)多時(shí)燃燒所產(chǎn)生的NOx，稱作快速型（或速度型）NOx，對(duì)于大多數(shù)的礦物燃料，這類NOx含量較小3．快速型（或速度型）NOx碳?xì)淙剂显谌剂线^(guò)多時(shí)燃燒所產(chǎn)生的NOx，稱作快速型（或速度型）NOx，對(duì)于大多數(shù)的礦物燃料，這類NOx含量較小NOx的控制方法分類見(jiàn)諸于文獻(xiàn)資料上有關(guān)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(jí)污染預(yù)防措施和二級(jí)污染預(yù)防措施。一級(jí)污染預(yù)防措施是指在NOx生成前的所有控制措施。一級(jí)污染預(yù)防措施主要是通過(guò)改進(jìn)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(guò)改進(jìn)燃燒方式避開(kāi)使NOx大量生成的溫度區(qū)間，從而實(shí)現(xiàn)NOx的減排。燃燒方式的改進(jìn)通常是一種相對(duì)簡(jiǎn)便易行的減少NOx排放的措施，但這種措施會(huì)帶來(lái)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(lái)越成為必然。二級(jí)污染預(yù)防措施是指在NOx的生成后的控制措施，即對(duì)燃燒后產(chǎn)生的含NOx的煙氣(尾氣)進(jìn)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(shí)產(chǎn)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(xiàn)在：對(duì)人體健康的直接危害。參與形成光化學(xué)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(huì)破壞臭氧層。光化學(xué)反應(yīng)使NO2分解為NO和O3，大氣中臭氧對(duì)人體健康十分有害。光化學(xué)煙霧中對(duì)植物有害的成分主要為臭氧和氮氧化合物：臭氧濃度超過(guò)0.1ppm時(shí)便對(duì)植物產(chǎn)生危害。NO2濃度達(dá)1ppm時(shí)，某些植物便會(huì)受害。氮氧化物在大氣的催化反應(yīng)中可形成硝酸。熱力型燃燒時(shí)，空氣中氮在高溫下氧化產(chǎn)生，其中的生成過(guò)程是一個(gè)不分支連鎖反應(yīng)。其生成機(jī)理可用捷里多維奇(Zeldovich)反應(yīng)式表示。隨著反應(yīng)溫度T的升高，其反應(yīng)速率按指數(shù)規(guī)律增加。當(dāng)T<1500oC時(shí),NO的生成量很少,而當(dāng)T>1500oC時(shí),T每增加100oC,反應(yīng)速率增大6-7倍。因燒結(jié)溫度低于1500℃，一般不宜產(chǎn)生。熱力型NOx源于在燃燒過(guò)程中空氣中的N2被氧化而成NO，它主要產(chǎn)生于溫度高于1800K的高溫區(qū)，其反應(yīng)機(jī)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(guò)程需要較大的活化能，整個(gè)反應(yīng)的速度決定于第一式的反應(yīng)速度。氧原子在反應(yīng)中起活化鏈的作用，它來(lái)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(duì)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(chǎn)區(qū)的停留時(shí)間；4.工程實(shí)踐中常用手段（1）通過(guò)向火焰面噴射水/水蒸氣來(lái)降低燃燒溫度；（2）通過(guò)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(shí)可以降低火焰的溫度；（3）分級(jí)燃燒和濃淡燃燒等技術(shù)控制熱力型NOx1.燃料型NOx指燃料中的氮在燃燒過(guò)程中經(jīng)過(guò)一系列的氧化－還原反應(yīng)而生成NOx，它是煤燃燒過(guò)程N(yùn)Ox生成的主要來(lái)源。反應(yīng)機(jī)理：2.燃料型NOx既受燃燒溫度、過(guò)量空氣系數(shù)、煤種、煤顆粒大小等影響同時(shí)也受燃燒過(guò)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(guò)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(guò)程中NOx的脫除；（2）對(duì)燃燒后的含NOx的煙氣進(jìn)行燒結(jié)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。空氣中含氮的氧化物有一氧化二氮（N2O）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(shè)備排出的氮氧化物，總量占固定污染源的第二位，其中燒結(jié)占一半左右。

燒結(jié)過(guò)程中氮氧化物主要來(lái)源于燒結(jié)過(guò)程中燃料的燃燒。燒結(jié)生產(chǎn)中的燃料分點(diǎn)火燃料和燒結(jié)燃料。點(diǎn)火燃料一般為氣體燃料和液體燃料。成分/%質(zhì)量分?jǐn)?shù)CO2COCH4CmHnH2N2O2焦?fàn)t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(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本降低燃燒過(guò)程N(yùn)ox排放措施：

技術(shù)主要有降低Nox燃燒技術(shù)和終端治理（也即是脫硝）我們只說(shuō)控制燃燒技術(shù)。