锅炉燃烧过程中成成的氮氧化物(主要是NO 和NO)严重地污染了环境。因此，

　　一。锅炉燃烧过程中产生的NOX 一般可分为三大类:即热力型NOX(Thermaol

　　组成随燃料含氮量不同有差别。对于燃煤，通常燃料型NOX 占70,,85,，热力型

　　热力型NOX 是高温下空气中氮气氧化而成，其生成机理是由原苏联科学家捷里

　　道维奇提出来的。温度对热力型NOX 的影响十分非常明显，热力型NOX 又称为温度

　　型NOX。当燃烧温度低于1800K 时，热力NOX 生成极少;当温度高于1800K 时，反

　　应逐渐明显，且随温度的升高，NOX 生成量急剧升高。控制热力型NOX 的关键在于

　　上述反应是一个连锁反应，决定NO 生成速度的是原子N 的生成速度，反应式

　　N+O?NO+O 相比于式 N+O?NO+N 是相当迅速的，因而影响NO 生成速度的关键反应链

　　是反应式 N+O?NO+N，反应式 N+O?NO+N 是一个吸热反应，反应的活化能由反应

　　3 反应和氧分子离解反应的活化能组成，其和为542X10J/mol。分子氮比较稳

　　定，只有较大的活化能才能把它氧化成NO，在反应中氧原子的作用是活化链接的

　　环节，它源于O 在高温条2 件下的分解。热力型NOX 的生成量伴随氧气浓度和温度

　　的增大而加大。正因为氧原子和氮分子反应的活化能很大，而原子氧和燃料中可燃

　　成份反应的活化能又很小，在燃烧火焰中生成的原子氧很容易和燃料中可燃成份反

　　应，在火焰中不会生成大量的NO，NO 的生成反应基本上在燃料燃烧完了之后才进

　　行。热力型NOX 的生成速度要比相应的碳等可燃成份燃烧速度慢，主要生成区域是

　　在锅炉燃烧水平下，NO 生成反应还没有达到化学平衡，因而NO 的生成量将随

　　烟气在高温区内的停留时间增长而增大。另外，氧气的浓度直接影响NO 的生成

　　量，氧浓度水平越高，NO 的生成量就会越多。当温度高于1500?时，NO 生成反应

　　加。通过实验得到，温度在1500?以上附近变化时，温度每升高100?，上述反应的

　　速度将增大6-7 倍。可见温度具有决定性影响。因此也就把这种在高温下空气中的

　　热力型NOX 的产生源于空气中的氮气在1500 ?以上的高温反应环境下氧化，所

　　或纯氧燃烧技术就是以减少N 从而减少热力型NOX 的一种方法。降低燃烧温度

　　实现。使一部分烟气和新鲜空气混合，既可以降低氧浓度，同时可以降低火焰的温

　　快速型NOX 主要是指燃料中的碳氢化合物在燃料浓度较高区域燃烧时所产生的

　　烃与燃烧空气中的N2 分子发生反应形成的CN、HCN，继续氧化而生成氮氧化物。

　　因此，快速型氮氧化物主要产生于碳氢化合物含量较高、氧浓度较低的富燃料区。

　　快速温度型NOX 是空气中的氮分子在着火初始阶段，与燃料燃烧的中间产物烃(CHi)

　　等发生撞击，生成中间产物HCN 和CN 等，在经氧化最后生成NOX。其转化率取决

　　故。测定发现氧原子的浓度比平衡时的浓度高出十倍，并且发现在火焰内部，由于

　　可见，快速温度型NOX 的生成可以用扩大的泽尔多维奇机理解释，但不遵守氧

　　火焰面背后降低下来。在HCN 浓度降低的同时，NO 生成量急剧上升。还发现在HCN

　　浓度经最高点转入下降阶段时，有大量的NHi 存在，这些胺化合物进一步氧化生成

　　NO。其中HCN 是重要的中间产物，90%的快速温度型NOX 是经HCN 而产生的。快速

　　温度型NOX 的生成量受温度的影响不大，而与压力的0. 5 次方成正比。在煤粉炉

　　中，其生成量很小，一般在5%以下。正常情况下，对不含氮元素的碳氢燃料的较

　　快速型NOX 的特征是温度依赖性低，生成速度快。根据快速型NOX 的生成机理

　　考虑，它是由N2 分子和CHI 自由基反应生成的HCN ， HCN 又被数个基元反应氧化

　　而成的。所以快速型NOX 的控制主要从两个方面来入手考虑:抑制N2 分子和CHI 自

　　燃料型NOX 是燃料中氮化合物在燃烧过程中热分解且氧化而生成的，是燃煤电

　　NOX 包括挥发分中均相生成的NOX 和由残焦中异相生成的NOX 两部分。挥发分中的

　　氮主要以HCN 和NH 的形式析出，随后氧化生成NOX。焦炭中氮可以通过异相反应

　　发分燃料氮转化而成的燃料型NOX(简称挥发分燃料型NOX)约占60,,80,，由焦

　　比，其结合键能量较小，因而这些有机化合物中的原子氮较容易分解出来，氮原子

　　的生成量大大增加，液体与固体燃料燃烧时，由于氮的有机化合物放出大量的氮原

　　子，因此无论是挥发燃烧中还是焦炭燃烧阶段都生成大量的NO。就煤而言，燃料

　　氮向NOX 转化过程大致有三个阶段:首先是有机氮化合物随挥发分析出一部分，其

　　燃煤中的氮生成NOX 主要取决于煤中的含氮量，显然煤中的含氮量越高，生成

　　生在700?~800?温度区间内。因为燃料NO 既可通过均相反应又可通过多相反应生

　　成，燃烧温度很低时，绝大部分氮留在焦炭内;而温度很高时，70% -90%的氮以挥

　　究表明，850?时，70%的NO 来自焦炭燃烧;1150?时，这一比例降至50%。由于

　　多相反应的限速机理，在高温时可能向扩散控制方向转变，故温度超过900?以

　　其主要的生成阶段是燃烧起始时候，在煤粉炉占NOX 生成总量的约60%一80%

　　2.5%，以N 目前对燃料型NOX 的研究仍在继续深入。燃煤中氮元素的含量一般

　　约为0.5%~原子状态与煤中的碳氢化合物相紧密结合，以链状或环状形式存在，主

　　要是以N-C 和N-H 键的形式存在，N-C 和N-H 键要比分子氮的N-N 键能小的多，更

　　容易被氧化断裂生成NOX，从这个反应的机理可以看出燃料型NOX 要比热力型NOX

　　更容易产生。由于这种氮氧化物是燃料中的氮化合物经过热分解和氧化产生的，故

　　而焦炭氮煤在通常的燃烧温度下以产生燃料型和热力型NOX 为主，对不含氮的

　　碳型燃料，只在较低温度燃烧时，才需要重点考虑快速型NOX，而当温度超过1000?

　　时，则主要生成热力型NOX。可见，降低燃烧温度可有效减少NO 的生成，但当温

　　度降低到900?以下时，燃料N 向NO 的转化率将提高。因此，仅通过降低燃烧温度

　　经理论和试验研究结果表明，煤粉中氮转化成NOX 的量主要取决于炉内过量空

　　气系数的高低，当煤粉在缺氧状态下燃烧时，挥发出来的N 和C，H 竞争环境中不

　　足的氧气。但是由于氮竞争能力相对较弱，这就减少了NOX 的形成;氮虽竞争氧能

　　力较差，但是却可以之间相互作用而生成无害的氮气分子。由以上结论可以看出，

　　在富燃料条件下降低炉内的过量空气系数能在很大程度上抑制燃料型NOX 的生成。

　　同时，燃料中的含氮量也是影响燃料型NOX 生成的一个重要因素。研究发现，

　　含氮量越高的燃料生成NOX 的转化率越低。但是由于基数相对较大，实际燃烧过程

　　中高含氮量燃料最终所产生的燃料型NOX 要远大于含氮量低的燃料。研究表明燃料

　　中的氮是在较低温度下就开始分解，故温度对燃料型NOX 的生成影响不是很大。

　　综上所述，降低燃料型NOX 的主要因素是减少反应环境中的氧气浓度，使煤粉

　　在a1 环境中进行燃烧反应;在扩散燃烧时候推迟空气和燃料的混合;在允许条件下

　　燃烧过程中最终生成的NO 浓度和燃料中氮全部转化成NO 时的浓度比为燃料型

　　NOX 的转化率CR,【最终生成的NO 浓度】?【燃料全部转化成NO 的浓度】

　　对挥发份析出时刻进行气氛的有效控制，可以有效抑制NOX 的生成，这一结论

　　煤是一种含有大量C，H，O 和少量S，N 等有机物和部分无机物的沉积岩。煤

　　里面的N 原子一般是以链状或者环状两种形态存在于物质当中，经研究发现，如果

　　N 以环状形态存在于物质中，通过燃烧一般不会转化成为氮氧化物，所以对环境的

　　污染相对较少，但是如果以链状的形态存在于物质中，经过剧烈的燃烧化学反应多

　　数被氧化成氮氧化物，造成大气污染。然而煤中的N 元素的主要存在形式为链状，

　　物，其中石油的平均含氮量为0.65%左右，煤的含氮量一般在0.5%,2.5%左右。通

　　含量超过0.1%时，燃料型NOX 排放将是最主要的。燃料的N 含量增加时，虽然生

　　成的燃料型NOX 量增加，但NOX 的转化率却减少;煤的燃料比FC/V 越高， NOX 的

　　挥发分含量(Vdaf )的增加，收到基N 含量(Nar)呈逐渐降低的趋势，只有少数挥发

　　锅炉燃用煤种主要是贫煤和烟煤，但挥发分含量在20,,30,之间的较少，因为

　　这一范围的烟煤主要是炼焦煤(不用作锅炉燃料 对于所统计的锅炉和煤种。燃煤高

　　挥发分含量煤的锅炉NO 排放量一般较低。相比起来，燃用贫煤比燃用烟煤的锅炉

　　图1-2 无烟煤挥发份氮η v 与α 关系 图1-3 烟煤挥发份氮η v 与α 关系

　　量是影响锅炉NOX 生成和排放量的主要因素之一，这是因为煤中挥发分的释放和燃

　　烧相当程度上决定了煤粉火焰特别是燃烧初期高温区的温度及其分布，因此(在燃

　　烧空气充分的条件下(高挥发分煤燃烧的火焰温度高，这种情况下燃烧生成的NOX

　　质量浓度随煤的挥发分的增加而增加， 但另一方面(挥发分的释放和快速燃烧可迅

　　速、大量消耗O，导致燃烧初期火焰区贫氧甚至出现还原气氛区。从而抑制挥发分

　　氮向NOX 的转化和燃料NOX 的生成，这是低NOX 煤粉燃烧器控制NOX 生成的主要

　　依据之一。此时，煤中挥发分含量增加，随热解析出到火焰中的氮一般较多且较多