8燃燒污染物生成與控制8.1空氣污染和空氣污染物空氣污染和空氣污染物

由于人類活動和自然過程，引起某種物質進入大氣中呈現出足夠濃度、達到足夠時間，因而危害了人體健康、舒適感和環境的，都叫做空氣污染。能引起空氣污染的物質，叫做空氣污染物。空氣污染物濃度的兩種方法表示方式：1、以氣體污染物占體積的百萬分之一，縮寫為ppm2、單位體積內空氣污染物的重量，μg/m3，每立方米中多少微克，在標準溫度（25℃）和壓力1atm時，兩者換算關系為：8.1空氣污染和空氣污染物空氣污染和空氣污染物成分清潔空氣污染空氣SO20.001-0.01ppm0.02-2ppmCO2310-330ppm350-370ppmCO<1ppm5-200ppmNOx0.001-0.01ppm0.01-0.5ppmCmHn1ppm1-20ppm氧化劑0.02ppm0.2-0.4ppm顆粒物質10-20μg/m370-700μg/m3清潔空氣與污染空氣載某些成分的含量：8.1空氣污染和空氣污染物空氣污染物的組成1、按形成過程分類：原始污染物：直接從污染源排放到大氣中的有害物質，常見的原始污染物有：SO2、CO、NOx及顆粒物次生污染物：進入大氣中原始污染物之間相互作用，或它們與大氣中正常組分發生一系列化學或光化學反應而后生成新的污染物，最常見的次生污染物有臭氧、醛類（甲醛、乙醛和丙烯醛等），過氧乙酰硝酸酯（PAN）以及硫酸煙霧和硝酸煙霧。8.1空氣污染和空氣污染物空氣污染物的組成2、按存在狀態分類：顆粒狀污染物：除了純水以外的任何一種以液態或固態形式存在于大氣中的物質如塵、煙、霧塵：散布在氣體中的固體微粒（粒徑1-200μm）煙：較高濃度的過飽和蒸氣凝結形式的小顆粒（0.01-1μm）霧：水蒸氣凝結生成的懸浮小液滴煙霧：具有煙、霧的二重性，即當煙霧同時形成時為煙霧硫酸煙霧：燃燒產生的SO2與SO3遇水合成硫酸霧＋煙硝酸煙霧：汽車排放中NOX及HC遇水合成硝酸霧＋煙8.1空氣污染和空氣污染物空氣污染物的組成2、按存在狀態分類：氣態污染物：以SO2為主的含硫化合物，以NO和NO2為主的含氮化合物，碳的氧化物，碳氫化合物及鹵素化合物等類別原始污染物次生污染物人為源含硫化合物SO2、H2SSO3、H2SO4、MSO4燃燒含硫燃料含氮化合物NO、NH3NO2、MNO3高溫燃燒碳氫化合物HC醛、酮、過氧乙酰、基硝酸酯（PAN）燃燒、精煉石油碳的化合物CO、CO2無燃燒鹵素化合物HF、HCl無冶金作業8.1空氣污染和空氣污染物空氣污染物的來源燃料燃燒過程工業生產過程交通運輸過程我國對煙塵、SOx、NOx和CO四種污染物的統計分析表明：燃燒料燃燒產生的空氣污染物約占70%，其中煤燃燒污染占95%工業生產產生的約占20%，機動車產生約10%。8.1空氣污染和空氣污染物空氣污染的影響1、空氣污染對大氣性質的影響降低能見度形成霧及降水減少太陽輻射改變溫度和風的分布2、空氣污染對原材料的影響3、空氣污染對植物的影響酸性或堿性顆粒會腐蝕原材料（如油漆、石質、金屬）臭氧極易損壞橡膠制品破壞葉綠素，致使光合作用無法進行8.1空氣污染和空氣污染物空氣污染的影響4、空氣污染對人類健康的影響CO窒息性氣體，與紅血球里血紅蛋白結合成碳氧血紅蛋白后，使血液載氧的能力降低。當CO的濃度達到0.5%，只需20-30min，血液中碳氧血紅蛋白即可達70%。CO2非有害物質，但它使空氣中含氧量減少，因而使人感到頭痛和呼吸短促；CO2還會影響氣候，產生溫室效應。NOxNO無色無臭，有毒，與血液中血色素結合，造成血液缺氧而引起中樞神經麻痹癥；NO2紅褐色有窒息性臭味氣體，毒性為NO的4-5倍。SO2易溶解，易被上呼吸系統所吸收，空氣中1ppm的SO2就導致呼吸道阻礙。生成硫酸煙霧后，可形成酸雨。8.1空氣污染和空氣污染物空氣污染的影響4、空氣污染對人類健康的影響HC烷烴、烯烴和芳香烴，苯對人體的心血管系統和神經系統都有明顯的影響。煙霧一種含有固體微粒和流體微粒的氣溶膠。固體微粒有煙黑、粉粒等，煙黑中含有蒽、菲、芘等物質，這些物質對人體危害極大，其中不少是強致癌物質；塵是固體分散性微粒，其中粒徑會引起呼吸道疾病。8.1空氣污染和空氣污染物大氣環境質量標準我國于1982年制定了第一個《大氣環境質量標準》（GB3095－82），規定大氣環境質量標準分為三級：三級標準：為保護自然生態和人民健康，在長期接觸情況下，不發生任何危害性影響的空氣質量要求。一級標準：二級標準：為保護人民健康以及城市、鄉村和動、植物在長期或短期接觸情況下，不發生傷害的空氣質量要求。為保護人體不發生急性或慢性中毒以及城市一般動、植物能正常生長的空氣質量要求。8.2煙塵的形成與防治煙塵種類及生成機理燃料燃燒時生成的煙塵，按其生成機理可分為氣相析出型、剩余型煙塵和粉塵三種：（1）氣相析出型氣相析出型的煙塵來源于氣體燃料、已蒸發的液體燃料氣和固體燃料的揮發分氣體，在空氣不足的高溫條件下熱分解所生成的固體煙塵。粒徑很小，一般在0.02-0.05μm范圍內。火焰中含有這種炭黑后，輻射力增強，發出亮光，形成發光焰，由于其粒子細，容易粘附于物體而難于清除。研究表明，氣相析出型煙塵是經過一系列氫聚合反應面生成的。8.2煙塵的形成與防治碳黑種類及生成機理（1）氣相析出型甲烷在缺氧條件下進行熱分解：乙烷的熱分解：一次反應：二次反應：500℃：900－1100℃：8.2煙塵的形成與防治碳黑種類及生成機理（2）剩余型煙塵液體燃料燃燒時剩余下來的固體顆粒，它是由重質油霧化滴在高溫下蒸發產生蒸汽的同時，發生聚縮反應，一面激烈地發泡，一面固化，從而生成絮狀空心微珠，通常稱之為油灰或煙炱，油灰粒徑較大，約100-300μm。積炭也是剩余型煙塵的一種，它是重質油滴附著在噴口、爐壁上，并在爐內高溫加熱氣化而殘留下來的固體殘渣，它的顆粒較大，形狀不定。8.2煙塵的形成與防治碳黑種類及生成機理（3）粉塵粉塵是固體燃料燃燒時產生的飛灰，其主要成分是碳和灰，固體燃料在燃燒之后，一部分變成爐渣，一部分以飛灰形式排入大氣中。以煤粉爐為例，有85-95%的灰分以飛灰排入大氣。8.2煙塵的形成與防治影響煙塵生成的因素（1）燃料種類的影響C/H越大，產生炭黑數量越多；碳原子數越多就越容易產生炭黑；液體燃料的殘碳含量越多，產生碳黑就越大。揮發分多的煤，其炭黑生成量要比揮發分少的煤多得多，但煤燃燒時產生的煙塵主要以飛灰形式出現。對碳氫化合物燃料而言8.2煙塵的形成與防治影響煙塵生成的因素（2）氧氣濃度和過剩空氣系數的影響碳黑是在富燃缺氧條件下產生，因此如果碳氫化合物燃燒與足夠的氧氣充分混合，能防止碳黑產生，防止產生煙塵所需要的氧氣量，隨著燃燒種類而異。8.2煙塵的形成與防治影響煙塵生成的因素（3）燃料粒徑的影響燃料粒徑大，其燃燼時間也長，因而在爐內有限的停留時間內燃料滴不易燃盡，使煙塵濃度急劇增加。而且燃料滴粒徑大，所生成的空心微珠也大，當燃料滴碰到爐壁時，如果爐壁溫度低，則燃料滴焦化成炭塊，它們可能會脫落而隨煙塵排入大氣中，使煙塵濃度增加。（4）溫度與燃燒時間的影響爐內溫度越高，燃燒時間越長，產生煙塵越少。溫度越高，燃燒時間越長，直徑小的炭黑、炭和飛灰可以燃燼。8.2煙塵的形成與防治影響煙塵生成的因素（5）惰性氣體的影響空氣加入惰性氣體時，碳黑濃度降低，如加入CO2效果較好。8.2煙塵的形成與防治控制煙塵的措施1、改進燃燒方式及改善燃燒過程（1）供給足夠的空氣，而燃燒溫度又不能太低選用合適的燃燒空氣量十分重要，一般都采用過剩空氣盡可能少的情況下進行燃燒。（2）燃料和空氣要在燃燒室內良好混合燃料與空氣的良好混合，是組織燃燒非常關鍵的一個環節，因此必須掌握好空氣流動、燃料噴霧特性，使送風方式和燃料的供給相搭配，燃料和空氣能充分地接觸和混合。8.2煙塵的形成與防治控制煙塵的措施1、改進燃燒方式及改善燃燒過程（3）提高燃燒室溫度提高燃燒溫度對防止產生炭黑有顯著的效果。從炭黑反應速度可知，溫度從1200℃時燒掉炭黑需要0.1S，則在1600℃時只需不到0.01S就可以了。因此，預熱空氣、保持爐膛溫度，保證有足夠的燃燒時間與空間，都可以減少炭黑的生成。8.2煙塵的形成與防治控制煙塵的措施2、加裝除塵裝置應根據塵粒的性質、煙氣的性質、除塵的工作特性以及其通用范圍來進行，在能滿足排煙標準的前提下，應盡量選用阻力小的除塵設備，以免安裝風機，節約費用。8.3硫氧化物的形成與防治SOx的生成機理空氣中的硫氧化物主要來源于含硫燃料的燃燒。燃料中的硫，除少量非燃燒性硫(5~10%)殘留在灰分中外，絕大部分都氧化成SO2。不過即使空氣過量，也只有0.5~2%的SO2轉化成SO3。煤炭中的可燃硫有兩種：有機硫：硫茂、硫醇和二硫化物無機硫：FeS2有機硫構成煤分子的一部分，在煤中均勻分布，而無機硫顆粒尺寸較小，在煤中通常呈獨立相彌散分布。低硫煤中主要是有機硫，約為無機硫的8倍；高硫煤中主要是無機硫，約為有機硫的3倍。8.3硫氧化物的形成與防治SOx的生成機理煤受熱后分解時，煤中有機硫和無機硫同時被揮發出來，結合松散的有機硫在低溫（＜700K）下分解，結合緊密的有機硫在較高溫度（＞800K）下分解釋出，遇氧全部氧化成SO2，在還原性氣氛下，揮發分主要氣體H2S反應路線為：無機硫的分解速度很慢，在還原性氣氛和溫度＜800K以及足夠停留時間的條件下，無機硫將分解成FeS、S2和H2S，其中FeS必須在更高溫度（＞＝1700K）和更長時間下才能分解成Fe、S2等，并氧化成SO2，在氧化氣氛下，FeS2直接生成SO2：8.3硫氧化物的形成與防治SOx的生成機理（1）在火焰高溫區內：火焰溫度越高，氧原子濃度越大，則SO3生成量越大（2）受熱面積上灰和氧化膜的催化作用SO3除了從SO2與O2直接反應生成外，還可由下列兩個途徑產生：8.3硫氧化物的形成與防治影響SOx生成量的主要因素（1）燃料中含硫量越多，SO2和SO3生成量也越多（2）過剩空氣系數越大，SO3生成量也越多（3）火焰區溫度高，氧分子離解成氧原子多，因而SO3生成量也多煤中含硫量與SO2的原始生成

濃度及脫硫效率的關系煤中的SO2排放濃度煤在氧化性氣氛中燃燒時，其可燃硫將氧化生成SO2。由于可燃硫占煤中含硫量的絕大部分，因此可以根據含硫量估算出煤燃燒中SO2的生成量。煤中的硫在燃燒后生成兩倍于煤中硫重量的SO2，因此煤中每1%的硫含量就會在煙氣中生成約2000mg/Nm3的SO2濃度(此時SO2的濃度系折算到干燥基氧的體積濃度為6%時的濃度)

。8.3硫氧化物的形成與防治對于煤粉爐，煙氣中SO2排放系數K可用下式表示：

K=63+34.5×(0.99)Aj式中：K--煙氣中SO2的排放系數，即在煤燃燒過程中不采取其它脫硫措施時排放出的SO2濃度與原始總生成的SO2濃度之比；如果考慮到煤灰的自身脫硫作用，即排放系數K，就可求得在a=1.40時排出的煙氣中的SO2濃度：8.3硫氧化物的形成與防治煤的折算含硫量在不同的排放系數下與排煙中原始SO2生成濃度及要求的脫硫效率的關系如果環境保護標準規定的該種燃煤鍋爐的SO2允許排放濃度為，則為滿足環境保護要求所需達到的脫硫效率計算式為：

如圖表示出排放系數K分別為70%、80%、90%時和排放限額C*so分別為400、600和800mg/Nm3時Szs和Cso及ηSO2的關系。其中，變化范圍區帶各自的低限值ηSO2都相應于K=70%時的數值，高限值ηSO2則相應于K=90%時的數值。8.3硫氧化物的形成與防治燃燒前脫硫：洗選燃燒中脫硫：爐內脫硫，循環流化床鍋爐、型煤燃燒后脫硫：煙氣脫硫(Flue

Gas

Desulfurization)石灰石（石灰）-濕法濕式洗滌法脫硫工藝噴霧干燥法煙氣循環流化床爐內噴鈣尾部加濕活化法海水法電子束法氨法氧化鎂法鈉堿法8.3硫氧化物的形成與防治8.3硫氧化物的形成與防治SOx的抑制技術1、燃料脫硫（1）物理凈化法通過煤的粉碎，使非化學鍵結合的不純物質與煤脫離，利用FeS2的密度與煤密度的相差，用水洗除FeS2，也可利用二者表面潤濕、磁性或導電性不同加以分離。此法不能除去有機硫（2）化學凈化法如用堿液浸煤后通過微波照射，使有機硫和黃鐵礦的化學鍵被微波打斷，生成硫化氫，它與堿反應而被去除。可除去90%的無機硫和70%有機硫。（3）煤的氣化將煤進行氣化，使煤中硫轉變成H2S，然后再將其去除。8.3硫氧化物的形成與防治SOx的抑制技術2、爐內固硫噴鈣脫硫：先將脫硫劑破碎成一定粒度，然后送入爐膛，在溫度800-1000℃范圍下脫硫劑受熱分解，把燃燒過程中產生的部分SO2固化：脫硫劑分解：硫化反應：再生反應：在還原性氣氛中CaCO3和CaO遇到H2S時，會發生如下的反應：

如果CaS再遇到氧氣，則根據氧的濃度大小又會發生如下的氧化反應：

8.3硫氧化物的形成與防治

向爐內加入石灰石脫硫，對于不同燃燒方式的燃煤設備，其使用方法、使用條件及脫硫效果都是不相同的。石灰石脫硫的最佳燃燒方式是流化床燃燒，另外，在型煤加工過程中加入脫硫劑的固硫型煤燃燒脫硫也可得到較好的脫硫效果。（1）流化床燃燒脫硫流化床燃燒脫硫就是在流化床內加入石灰石(或白云石),在燃燒過程中同時脫除煙氣中存在的SO2和SO3。影響流化床脫硫效率的因素不僅有：燃燒溫度，流化床壓力，Ca/S摩爾比和床截面氣流速度，還有脫硫劑種類、煤種、脫硫劑顆粒度和煙氣中氧氣濃度等。8.3硫氧化物的形成與防治

床溫對脫硫率的影響A、燃燒溫度

由于脫硫反應是可逆反應，故而只是在一定的溫度范圍內效果較好,如圖所示。B、流化床壓力與脫硫劑種類最常用的脫硫劑有石灰石和白云石。試驗表明，在常壓下石灰石的脫硫效率高；在增壓下則是白云石的脫硫效率高，這主要是由固硫劑內部的主要成分決定的。

石灰石脫硫反應中其反應產物CaSO4首先在顆粒表面處形成。隨著CaSO4的增厚使顆粒表面孔隙大大縮小，并可能被堵死，產生氣窒息現象從而使顆粒內部的CaO難以與SO2和8.3硫氧化物的形成與防治O2分子接觸，大大降低了鈣的利用率。為了提高鈣利用率，可將石灰石制成粉后再粘結成球型，或用水合過的水泥熟料，形成多孔脫硫劑。其特點是：孔容積小而粗大的孔很多，使鈣的利用率大幅度提高。

Ca/S摩爾比對脫硫率的影響試驗條件:床溫900℃,煙氣中O2為4％C、Ca/S摩爾比

Ca/S摩爾比對脫硫率影響的典型曲線如圖所示。在其他條件不變的情況下，隨著Ca/S摩爾比的增大，脫硫率明顯提高。8.3硫氧化物的形成與防治D、顆粒尺寸用白云石作脫硫劑時顆粒尺寸對脫硫率的影響較小；但用石灰石時，顆粒尺寸越小其脫硫率越高。試驗表明：小一個數量級的細顆粒脫硫率要提高10%-20%。這主要是比表面積增大和擴散深度減少的緣故。但實際的顆粒尺寸應與氣流速度相配合，因一定的氣流速度下顆粒尺寸較小時，揚析量增加。運行經驗表明，固硫劑顆粒的尺寸也不應取得太小，考慮到揚析量和除塵器負擔，建議石灰石的平均粒徑不小于100μm。

8.3硫氧化物的形成與防治E、氣流速度

在其他條件相同時，風速增大將導致脫硫率下降。日本日立公司在550×550mm2試驗爐上得出氣流速度對脫硫劑飛逸率的影響，飛逸率增大時，脫硫率將明顯下降。氣流速度對脫硫劑的影響試驗條件：床溫900℃，Ca/S＝4，

脫硫劑：石灰石8.3硫氧化物的形成與防治F、氧濃度的影響床內氧濃度水平及其分布主要與過量空氣系數a、是否過量空氣系數對SO2排放的影響實施分段燃燒、給料方式、爐膛壓力及給料點分布有關。研究表明，過量空氣系數本身對SO2并無多大影響，除非它很低(或很高時)導致床溫下降而使石灰石利用率降低。

8.3硫氧化物的形成與防治（2）型煤燃燒固硫型煤燃燒固硫就是把固硫劑，如石灰石、生石灰、電石渣、造紙廢渣、赤泥或其它工業廢棄物固硫劑，加入到型煤配料中，加工成各種固硫型煤，型煤燃燒中生成的SOX，可直接與固硫劑發生反應，生成硫酸鹽硫等存留在灰渣中，從而防止了SOX對大氣的排放。A、固硫原理主要以石灰石和生石灰為例，介紹固硫劑的固硫原理。石灰石與SOX進行反應，主要反應式與石灰石在流化床中的固硫反應式相同。8.3硫氧化物的形成與防治在還原性氣氛中，CaO可與煤中的硫化物反應生成CaS:生石灰作為型煤固硫劑，在型煤加工中遇水后生成Ca(OH)2，Ca(OH)2性質很活潑，低溫下便與SO2、SO3發生反應，高溫下Ca(OH)2析出水分形成CaO，CaO再與SOx進行硫化反應，Ca(OH)2的硫化反應式如下：

CaSO4、CaS等保留在型煤渣中，從而減少了SOx對大氣的排放。8.3硫氧化物的形成與防治燃燒后脫硫燃燒后脫硫即通常所說的煙氣脫硫(FGD)，按吸收劑處理狀態分濕法、干法及半干法。濕法脫硫如石灰石/石灰--石膏洗滌法，雙堿法，海水洗滌

法等；干法脫硫如電子束照射法，爐內噴鈣尾部活化法，循環

流化床煙氣脫硫等，半干法如旋轉噴霧干燥法等。8.3硫氧化物的形成與防治（1）石灰/石灰石--石膏法石灰石-石膏法采用的吸收劑是石灰石，首先是將粉狀石灰石制成漿液，噴入到脫硫吸收塔中，吸收煙氣中的二氧化硫，未反應完的漿液進行再循環，反應生成的亞硫酸鈣經氧化后生成硫酸鈣，含有CaSO4·2H2O的洗滌排出液經濃縮脫水生成副產品石膏(回收法)或被排棄(拋棄法)。（2）爐內噴鈣尾部活化法(LIFAC)LIFAC工藝可以分為二個主要工藝階段，一是爐內噴鈣，二是爐外尾部活化。8.3硫氧化物的形成與防治石灰石—石膏濕法脫硫系統

在第一階段，磨細到325目左右的石灰石粉用氣力噴射到鍋爐爐膛的上部、溫度為900～1250℃的區域。CaCO3受熱分解為CaO和CO2。鍋爐煙氣中的部分SO2和幾乎全部的SO3與CaO反應生成CaSO4。新生成的CaSO4和未反應的CaO與飛灰隨煙氣(包括未被吸收的SO2)一起流到鍋爐的下游，參與下階段的反應。在第二階段，即尾部活化階段，煙氣在一個專門設計的活化器中噴入霧化水，進行增濕。煙氣中未反應的CaO與水反應生成在低溫下很高活性的Ca(OH)2，Ca(OH)2與煙氣中剩余的SO2反應生成亞硫酸鈣。部分亞硫酸鈣被氧化成硫酸鈣。最后形成穩定的脫硫產物。8.3硫氧化物的形成與防治（3）電子束照射法（EBA）基本的工藝流程由煙氣冷卻工序、氨的充入工序、電子束照射工序和副產品分離工序組成。鍋爐所產生的煙氣，經過集塵器除塵后流入冷卻塔，在冷卻塔內噴射冷卻水，將煙氣冷卻到適合的反應溫度約60～70℃，然后進入反應器，在電子束的照射下，煙氣中的硫氧化物和氮氧化物在極短時間內被氧化，并和注入反應器的氨反應，生成固體微粒，生成的副產品被除塵器收集，經造粒處理后送到副產品倉。經凈化后的煙氣排入大氣。8.3硫氧化物的形成與防治（4）旋轉噴霧干燥法旋轉噴霧半干法煙氣脫硫是利用噴霧干燥的原理，將吸收劑漿液以霧狀形式噴入吸收塔內，吸收劑霧粒在與煙氣中二氧化硫發生化學反應過程中，又不斷吸收煙氣中的熱量使霧粒中水分蒸發干燥，最后完成脫硫后的廢渣以干態灰渣形式排出。（5）煙氣脫硫技術的比較各種煙氣脫硫技術均有其固有的優缺點，選擇使用何種技術的一個基本原則就是因地制宜，幾種常見脫硫工藝條件和其主要優缺點的比較見表。8.3硫氧化物的形成與防治幾種常見脫硫工藝條件的比較一覽表

脫硫工藝優缺點比較一覽表

脫硫公司及其技術脫硫公司及其技術(續)8.3硫氧化物的形成與防治煙氣同時脫流脫硝技術活性炭吸附NH3法來同時脫硫脫硝，在溫度為80-130℃下用活性炭作SO2的吸收劑，把吸收了SO2的活性炭進行再分解，并進一步處理成硫酸和元素硫。8.4氮氧化物的形成與防治NO的生成機理燃燒過程中所產生的氮的氧化物：NO（占95%）NO2（占5%）燃燒所用的空氣中氮（分子氮）的氧化；（大多數燃燒裝置中，這是NO的主要來源）燃料中含氮化合物（燃料氮）在火焰中熱分解后再氧化（在燒原油或煤的燃燒裝置中，燃料氮是NO的主要來源）燃燒生成NO按來源不同可分為：熱力NO瞬發NO燃料NO8.4氮氧化物的形成與防治NO的生成機理熱力NO：燃燒所用的空氣中氮高溫氧化生成NO，稱為熱力NO，它的生成機理（鏈鎖反應）是Zeldovich于1946年提出的：8.4氮氧化物的形成與防治NO的生成機理—

Zedovich熱力NO生成率，與貧燃料預混火焰的實驗結果吻合。Fenimore指出富燃料燃燒還與下列反應有關：煤燃燒中“快速型”NOX“快速型”NOX是煤燃燒時空氣中的氮和燃料中的碳氫離子團如CH等反應生成的NOX。費尼莫爾認為：“快速型”NOX生成過程共由四組反應構成：如：

(2)(1)中的反應所生成的HCN和CN，與在火焰中所產生的大量、OH等原子團反應生成NCO：

(1)在碳氫化合物燃燒時，特別是富燃料燃燒時，會分解出大量的CH、CH2、CH3和C2等離子團，它們會破壞燃燒空氣中N2分子的鍵而反應生成HCN，CN等，(3)NCO被進一步氧化成NO：

(4)此外，研究還發現，在火焰中HCN濃度達到最高點轉入下降階段時，存在著大量的氨化物(NH3)，這些氨化物會和氧原子等快速反應而被氧化成NO：如

研究表明，“快速型”NOX對溫度的依賴性很弱。一般情況下，對不含氮的碳氫燃料在較低溫度燃燒時，才重點考慮“快速型”NOX。對煤燃燒設備，“快速型”NOX與“熱力型”和“燃料型”NOX相比，其生成量要少得多，一般在總NOX生成量的5%以下。8.4氮氧化物的形成與防治NO的生成機理熱力NO：限制熱力NO的生成，主要是降低溫度，具體措施可歸納為：（1）降低燃燒溫度，避免局部高溫；（2）降低氧氣濃度；（3）縮短在高溫區的停留時間；（4）在偏離α＝1的條件下進行燃燒；8.4氮氧化物的形成與防治NO的生成機理瞬發NO：大氣壓力下甲烷與空氣預混火焰中NO的生成8.4氮氧化物的形成與防治NO的生成機理瞬發NO：燃燒時燃料中碳氫化合物分解生成的CH和C等原子團，與空氣中N2進行反應而生成氰化物：氰化物生成反應活化能小，反應快，氰化物又與火焰中大量的O、OH等原子團生成NO：8.4氮氧化物的形成與防治NO的生成機理瞬發NO：8.4氮氧化物的形成與防治NO的生成機理瞬發NO：研究表明，在火焰中不僅有HCN等存在，而且還有胺化物（NH、NH2、NH3）存在，同樣與OH、N等原子團反應生成NO：8.4氮氧化物的形成與防治NO的生成機理瞬發NO：瞬發NO生成與下列三個因素有關：（1）CH原子團的濃度及其形成過程（2）N2分子反應生成氮化物的速率與下列反應有關：（3）氮化物間相互轉化率此反應對NO的生成起重要作用（富燃料及貧燃料），可以認為：8.4氮氧化物的形成與防治NO的生成機理瞬發NO形成的主要途徑：在溫度T＜2000K時，NO生成率主要取決于CH－N2反應，即瞬發NO，隨著溫度增加，瞬發NO比例減小，熱力NO增加，當T＞2500K時，NO生成主要按Zeldovich的熱力NO生機理控制。8.4氮氧化物的形成與防治NO的生成機理燃料NO：試驗表明：燃燒裝置中所用的燃料含有氮化合物時，排出燃氣中含有大量的NO，且隨著燃料中N含量增加而增加。燃料中N與各種碳氫化合物結合成環狀或鏈狀化合物，與空氣中N相比，其結合鍵較小，燃燒時易分解生成低分子含氮化合物，氧化后生成NO8.4氮氧化物的形成與防治NO的生成機理燃料NO：燃料平均含氮量（重量%）含氮量范圍（重量%）原油0.065－瀝青2.32.15－2.5重餾分1.40.6－2.15輕餾分0.070.06煤1.51－2.5不同燃料中含氮量8.4氮氧化物的形成與防治NO的生成機理燃料NO的形成途徑：8.4氮氧化物的形成與防治NO的生成機理影響燃料NO的因素：（1）燃料含N量的影響：實際燃燒過程中只有部分燃料N轉化為NO，實際生成NO與全部燃料N之比稱為燃料N轉換率，影響燃料N轉換率的因素：當α＝1.3時，NO隨著燃料N含量增加而增加，但卻下降。當α＝0.8時，NO隨著燃料N含量增加先增加后飽和，而下降。8.4氮氧化物的形成與防治NO的生成機理（2）過剩空氣系數的影響：8.4氮氧化物的形成與防治NO的生成機理（2）過剩空氣系數的影響：8.4氮氧化物的形成與防治NO的生成機理影響燃料NO的因素：（3）燃燒溫度的影響：試驗結果表明，燃料NO與熱力NO不同，它受溫度影響較小，這是因為燃料中N的熱分解溫度比火焰溫度低，當燃燒達到分解溫度而進行分解，生成NO與火焰溫度關系不大。8.4氮氧化物的形成與防治NO2的生成機理燃燒生成的NO可與與含氮原子中間產物反應使NO還原成N2，也可以與各種含氮化合物或氧化物反應生成NO2，如在火焰面附近存在下列反應：另外在燃燒區由于氧原子增加，NO2又轉變成NO，導致NO2含量較少：煤燃燒中“燃料型”NOX生成規律“燃料型”NOx：煤中的氮化合物在燃燒過程中發生熱分解，

氧化而生成的NOx。一般，當燃料中氮的含量超過0.1%時，所生成的NO在煙氣中的濃度將會超過260mg/Nm3。90%的NOX是“燃料型”NOX。“燃料型”NOX是煤燃燒時產生NOX的主要來源。“燃料型”NOX的生成機理非常復雜，主要機理有以下幾點：（1）煤在燃燒中氮化合物分為兩部分，隨揮發分一起析出的氮化合物－揮發分N和殘留在焦炭中的氮化合物－焦炭N。當煤中的揮發分增加、熱解溫度和熱解速度提高、煤的顆粒越小時，揮發分N增加，而焦炭N相應減少。（2）揮發分N中最主要的氮化合物是HCN和NH3。HCN和NH3所占揮發分N的比例與煤種、揮發分的性質、氮和煤的碳氫化合物組合狀態及燃燒條件等有關。（3）揮發分N中HCN的主要反應途徑如下圖：

揮發分N中HCN的主要反應途徑其中：〈1〉在氧化性氣氛中，NCO直接氧化成NO；

〈2〉在還原性氣氛中，NCO生成NH，NH在還原性

氣氛下生成N2（4）揮發分N中NH3的主要反應途徑：

其中：〈1〉NH3與OH，O或H反應生成NH2，NH2進一步

反生成NH，NH氧化生成NO；

〈2〉NH2還原NO生成N2。（5）在通常的煤燃燒溫度下，燃料型NOX主要來自揮發分N。煤粉燃燒時由揮發分生成的NOX占燃料型NO的60%～80%，由焦炭N所生成的NOX占20%～40%，研究表明：在氧化性氣氛中，隨著過量空氣的增加，揮發分NOX迅速增加，數量超過焦炭NOX，而焦炭N的增加則較少。（6）NOX的還原在氧化性氣氛中生成的NOX當遇到還原性氣氛時，會使NOX還原或破壞，所以煤燃燒時，NOX的排放濃度最終取決于NO的生成反應和NO的還原或破壞反應的綜合結果。（7）煤燃燒中，燃料N中只有一部分最終生成NO，其余的燃料N常以NH3的形式分解出來，再轉化為N2。燃料氮轉化為NO的轉化率與煤種特性和爐內燃燒條件有關，一般煤中固定碳的含量相對于揮發分的含量越高，過量空氣系數越低時，NOX的轉換率越低。煤燃燒N2O的生成機理

N2O是一種燃料型氮氧化物，其生成機理和燃料型NOX很相似，也是在揮發分析出和燃燒期間，揮發分N首先析出并生成揮發分NO，然后NO再和揮發分N中的HCN，NCO，NHi等反應生成N2O，同時，焦炭N也會在一定條件下通過多相反應生成N2O。

揮發分N生成N2O的反應途徑

燃料N生成N2O的反應途徑

NOx的破壞機理火焰中NOx形成和破壞機理途徑。抑制NOx的生成和促使NOx破壞途徑的示意圖

1.在富燃料火焰中有機地結合在燃料中的氮與烴根如CH和CH2反應，空氣中的氮也可能部分與烴相結合快速生成氰如HCN，CN等，氰與和反應生成中間產物氰氧化物（HNCO和NCO），接著再轉換成攜氮產物如NH3，NH2，NH和等，然后和NH根與O2、或OH反應生成快速NO：

上述反應方程式在低溫富燃料條件下占主導地位。對于上兩式所生成的NO有兩種方式可以破壞NO。一種方式是與氨類（NHx和）反應生成氮分子，另一種方式是與烴根CHi結合生成氰，氰（HCN）再與，等反應轉換成氨類NHi，然后NHi又由第一種方式把NO再燃燒或燃料分級燃燒。NOx燃料分級還原的反應途徑

即如圖所示，使NO分解的合適反應溫度要大于1200℃。1—α為2.2;2—α為0.12；3—α為0.53

O2一次濃度,1%;NO一次濃度,184-206mg/Nm3;停留時間,0.2s;氣體流率,5Nl/min;

使用的烴:丙烷NOx還原區內反應溫度與NO分解率的關系2.較高的反應溫度有助于促進NOx分解3.在煤粉火焰中產生的NO也可通過碳來還原，其產物是CO，CO2和N2。主要反應如下：式中C（N）、C（O）中的（N）和（O），表示碳吸附的氮原子和氧原子。化合吸附的氮原子釋放形成N2，化學吸附的氧原子或釋放形成CO，或與CO反應生成CO2。8.4氮氧化物的形成與防治降低NOx的燃燒技術主要途徑：選用N含量較低的燃料，包括燃料脫氮和轉變成低氮燃料降低過剩空氣系數，組織過濃燃燒，以降低燃料周圍氧濃度在過剩空氣的條件下，降低溫度峰值以減少熱力NO在氧濃度較低情況下，增加可燃物在火焰前鋒和反應區中的停留時間。減少NOx的形成和排放的具體方法為：分級燃燒、再燃燒法、低氧燃燒、濃淡偏差燃燒和煙氣再循環等。8.4氮氧化物的形成與防治降低NOx的燃燒技術分級燃燒：將燃燒所需的空氣量分成兩級送入，一級空氣所用的過剩空氣系數：氣體燃料0.7，油0.8，煤0.8－0.9，其余空氣在燃燒器附近適當位置送入，使燃燒分兩級完成。一級燃燒區：燃料在過濃情況下燃燒，因缺氧富燃料使得燃燒速度和溫度降低，從而抑制了揮發分燃燒生成的熱力NO。另外燃燒生成CO與NO還原反應及燃料中N分解成中間產物相互復合作用或與NO還原分解，從而抑制了燃料NO的生成：8.4氮氧化物的形成與防治降低NOx的燃燒技術分級燃燒：二級燃燒區：貧燃料燃燒區，因空氣量多，一些中間產物氧化生成NO：但因火焰溫度低，NO生成量不大，最終二級燃燒可使Nox生成量降低（30-40%）。

風分級、低過量空氣系數、燃料分級（再燃燒）、煙氣循環等方法就是基于這些思想來減少NOx的形成和排放.風分級風分級是一種常用的形成富燃料區的方法，該法是把供燃燒用的空氣由原來的一股分為二股或多股，在燃燒開始階段只加部分空氣，造成一次氣流燃燒區域的富燃料狀態。由于富燃料貧氧，因而該區的燃料只是部分地燃燒，使得有機地結合在燃料中氮的一部分生成無害的氮分子。從而減少了“燃料型”

NOx的形成。風分級是二次燃燒過程，可描述為：富燃料（貧氧）燃燒-貧燃料（富氧）燃燒。空氣分級低NOx燃燒器原理示意圖

燃燒過程分成三個區：煤和一次風在出口處形成的富燃料區、二次風逐漸摻混的持續富燃料區、三次風摻入最終形成的完全燃燒區。

火上風火上風方法是爐內風分級的一種基本形式，此法中供燃燒用的空氣分為兩部分：一部分空氣從主燃器內引入，在主燃燒區內進行富燃料燃燒，其余的空氣從爐內主燃燒區上方加入，以便于進行完全燃燒。空氣以二級方式分別引入以達到富燃料燃燒和富氧燃燒。這種從爐內主燃燒區上方引入的空氣，簡稱為火上風。對新設計的鍋爐和有選擇性的改型鍋爐，火上風布置在最上排燃燒器的上面，燃燒器和主燃燒區在富燃料狀態下運行。研究表明，單純火上風方法可以減少NOx排放