燃煤锅炉的低NO x燃烧技术
NOx是对N2O、NO2、NO、N2O5以及PAN等氮氧化物的统称。在煤的燃烧 过程中，NOx生成物主要是NO和NO2,其中尤以NO是最为重要。实验表明， 常规燃煤锅炉中NO生成量占NOx总量的90%以上，NO2只是在高温烟气在急 速冷却时由部分NO转化生成的。N2O之所以引起关注，是由于其在低温燃烧的 流化床锅炉中有较高的排放量，同是与地球变暖现象有关，对于
抑制的内容我们将结合流化床燃烧技术进行介绍。
因此在本章的讨论中，NOx即可以理解为NO和NO2。
N2O的生成和
一、燃煤锅炉NOx的生成机理
根据NOx中氮的来源及生成途径，燃煤锅炉中 NOx的生成机理可以分为三 类：即热力型、燃料型和快速型，在这三者中，又以燃料型为主。它们各自的 生成量和炉膛温度的关系如图3-1所示。试验表明，燃煤过程生成的 NOx中NO 占总量的90%，NO2只占5%?10%。
埜0热力型NOT
1500
1000
500
^000
1400
炉膛温度/C
1800
炉膛内不同类型NQ的
生成量与炉膛温度的关系
1、热力型NOx
热力型NOx是参与燃烧的空气中的氮在高温下氧化产生的， 其生成过程是
个不分支的链式反应， 又称为捷里多 ，维
奇
(Ze Idovich)机理
。2
2O NO NO
(3-1)
O N2
N O
(3-2) (3-3)
N 。2
如考虑下列反应
N OH NO H (3-4)
则称为扩大的捷里多维奇机理。由于 N-N三键键能很高，因此空气中的氮非常 稳定，在室温下，几乎没有
NOx生成。但随着温度的升高，根据阿仑尼乌斯
(Arrhe nius)定律，化学反应速率按指数规律迅速增加。实验表明，当温度超过 1200r时，已经有少量的NOx生成，在超过1500r后，温度每增加100C，反 应速率将增加6?7倍，NOx的生成量也有明显的增加，如图 3-1所示。
但总体上来说，热力型NOx的反应速度要比燃烧反应慢，而且温度对其生成 起着决定性的影响。对于煤的燃烧过程，通常热力型
NOx不是主要的，可以不
予考虑。一般来说通过降低火焰温度、控制氧浓度以及缩短煤在高温区的停留时 间可以抑制热力型NOx的生成。 2、快速型NOx
快速型NOx中的氮的来源也是空气中的氮，但它是遵循一条不同于捷里多维 奇机理的途径而快速生成的。其生成机理十分复杂，如图
3-2所示。
N:+O― NO+N N+CH— NOH 捷里多维寿MS 燃料 起源于煤中的氟成分
(HCN? NHJ
阳煤粒HftjNO.的生成机題
通常认为快速型NOx是由燃烧过程中的形成活跃的中间产物 CHi与空气中的 氮反应形成HCN、NH和N等，再进一步氧化而形成的。在煤的燃烧过程中， 煤炭挥发分中的碳氢化合物在高温条件下发生热分解，
生成活性很强的碳化氢自
由基（CH ?, CH2，）,这些活化的CHi和空气中的氮反应生成中间产物 HCN、 NH和N，随后又进一步被氧化成 NO,实验表明这个过程只需60ms,故称为快 速型NOx,这一机理是由费尼莫（Fenimore）发现的，所以又称为费尼莫机理。
CH N 2 HCN N （3-5） （3-6）
C N2 CN N
由图3-1可以看出，在煤粉燃烧过程中快速型 NOx生成量很小，大致在（10? 100）
X10\,且和温度关系不大。但随着 NOx排放标准的日益严格，对于某些碳 氢化合物气体燃
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料的燃烧，快速型 NOx的生成也应该得到重视。 3、燃料型NOx
由燃料中的N生成的NOx称为燃料型NOx，由图3-1可知，燃料型NOx是 煤粉燃烧过程中NOx的主要来源，占总量60%?80%。同时由于煤的热解温度低 于其燃烧温度，因此在 600?800C时就会生成燃料型 NOx，而且其生成量受温 度不大。
空气
一次燃烧 | 二次燃烧
挥发分Nd HCN *
NH, 叫
析出挥发分
煤紛颗粒
挥发分气体 挥发分N
焦炭顆粒 蟆炭N
焦就
未燃尽焦炭
图3?3燃料型NO,的生成机理
煤的氮含量在0.4%?2.9%之间，且随其产地的不同有较大差异。煤中绝大 多数的氮都是以有机氮的形式存在。在燃烧过程中，一部分含氮的有机化合物挥 发并受热裂解生成N、CN、HCN和NHi等中间产物，随后再氧化生成 NOx；另
