第五章 氮氧化物的生成与控制.pptVIP

第五章 氮氧化物的生成和控制 主要内容 5.1 NOx的形成、分类和危害 5.2 温度型NOx的生成机理 5.3 快速型NOx的生成机理 5.4 燃料型NOx的生成机理 5.5 煤燃烧时NOx的控制机理 5.6 降低NOx排放的主要技术措施 5.1 NOx的形成、分类和危害 在燃烧过程中生成的氮氧化物，几乎全是NO和NO2通常把这两种氮的氧化物称为NOx。 NOx的危害 NO：2NO + O2 2NO2 NO2：红棕色有害的恶臭气体，发生光化学反应 NO2 → NO+O O+O2+M→O3+M O3+NO→NO2 +O2 N2O: 破坏大气平流层中的臭氧层 NO2和O3浓度的日变化 三种不同生成机理的NOx 燃料燃烧过程生成的三种不同生成机理的NOx： (1)温度型NOx(也称热机理型NOx，Thermal NOx) (2)快速型NOx(也称瞬时NOx，Prompt NOx) (3)燃料型NOx(Fuel NOx) NO和NO2的热力学平衡 在高温下生成NO和NO2的总反应式可以简写为： 实际上排烟中约有90～95%的NOx仍然是NO，这主要是由于当温度降到1300℃以下时，生成NO2的反应速率将变得非常缓慢 5.2温度型NOx的生成机理 5.2.1捷里道维奇机理:NO的生成是在存在氧原子的条件下由以下这一组链锁反应来进行的 按照化学反应动力学，NO的生成速率 ： N处于稳定状态： 因此， 将上市代入NO的生成速率一式，可得， 在求解过程中作出下列假定： a.氧气的离解反应处于平衡状态， b.k-1[NO] k2 [O2] 最后可得NO的浓度计算公式： 扩大的捷里道维奇机理还需要考虑以下反应： 5.2.2热力型NOx的生成的影响因素 影响热力NO生成量的主要因素是温度，氧气浓度和停留时间。 左图:不同温度,不同停留时间,NO生成量与化学平衡浓度的关系右图:理论燃烧温度时,NO浓度与过剩空气系数,停留时间的关系 控制热力NO生成量的方法 降低燃烧温度水平，避免局部高温； 降低氧气浓度； 使燃烧在偏离α=1的条件下进行； 缩短在高温区内的停留时间。 5.3快速型NOx的生成机理 快速型NOx，燃料燃烧时产生的含碳自由基(CHi)等撞击燃烧空气中的N2分子而生成CN(氰),HCN(氰化氢)，然后HCN等再被氧化成NO。 弗尼莫尔反应机理，快速型NOx生成过程由四组反应构成 （1）燃料中形成的CH、CH2、CH3、C2等自由基通过如下反应破坏燃烧空气中的N2分子键，而生成HCN、CN等 弗尼莫尔反应机理 (2)燃烧火焰中生成大量的O、OH等原子团，它们与上述反应生成的HCN、CN等反应生成NCO (3)NCO被进一步氧化成NO (4)氨化物（NHi）和氧原子等快速反应而被氧化成NO 快速型NOx生成途径(弗尼莫尔反应机理) CH4/O2/N2火焰中HCN等浓度和温度的分布 快速型NOx特点 从NOx的氮来源看，快速型NOx是由燃烧空气中的N2经氧化而生成的NO，类似热力型NOx，但其反应机理和热力型NOx很不相同。 快速型NOx只产生于CHi类原子团较多、氧浓度相对较低的富燃料燃烧情况。 研究表明，快速型NOx实际上与温度的关系并不大，对温度的依赖性很弱。 一般对不含氮的碳氢燃料在较低温度燃烧时，才重点考虑快速型NOx。 5.4燃料型NOx的生成机理 5.4.1弗尼莫尔提出的模型 从燃料N向NO的转换是由两个互相竞争的过程所决定的。 含有N原子的中间生成物I（主要是N、CN、HCN和NHi等化合物）；含有氧原子的反应物R（O、OH、O2等含氧化合物） 5.4.3燃料氮的转变率 燃烧过程中燃料N只有一部分转变成NO，故把实际生成的NO浓度与燃料N全部转变成NO时的浓度比，定义为燃料型NOx的转变率或燃料N的转变率ηN，即 燃料N的转变率ηN受到许多因素的影响： 1.燃料含N量的影响 一般燃料N含量越多，转变率反而降低。 燃料型NO转变率和燃料N含量n关系的试验结果： ηN＝100(1-4.58n+9.5n2-6.67n3)% 2.过剩空气系数的影响 随过剩空气系数降低，燃料NO转变率一直降低 3.燃烧温度的影响 燃料型NOx受温度的影响很小。 左图：燃料含氮量对NO的影响 右图：燃料NO与过剩空气系数的关系 控制燃料NOx生成的方法主要有： a.使用含氮量低的燃料； b.采用燃料过浓燃烧，即α 1； c.扩散燃烧时，抑制燃料与空气的混合。 5.4.4煤燃烧时燃料