在当今社会，环境保护已经成为了我国的一项基本国策，针对这一问题全国在近年来进行了大规模、多种方式的环境治理措施，尤其是近三年来，我国针对雾霾的主要成份之一的NOx的综合治理。在全国范围内，针对在用天然气锅炉进行了大规模的低氮改造，也取得了比较显著的效果。

　　在这个大的背景下，本文详细的阐述了雾霾的成因，主要是人类的活动造成，其主要成分是由NOx、二氧化硫、粉尘颗粒等组成，它直接危害到人类的生存。同时又详细的说明其主要成分NOx形成原理，分为热力型、燃料型、快速型。在这三种原理中天然气锅炉NOx最主要的产生方式是热力型。

　　近几年来，本人通过理论学习结合实际工作，希望通过本文的阐述，让我们对低氮改造政策、NOx形成原理、低氮改造技术、改造方式优缺点、改造过程中存在的问题以及未来的发展趋势有个清晰的了解。

　　近些年来，我国经济得到了飞速的发展，无论是生产还是生活，都有了巨大的进步，同时也产生了经济发展与环境保护矛盾日益突出。从现状来看，节能减排问题日益突出，可持续发展成为了我们研究的主要课题。从内外形式上看，围绕环境和新能源，已经成为当今社会经济发展的前提。一方面，能源问题日益突出，全世界各国都在谋求能源转型，发展绿色环保的新能源成为各国一直研究的方向。另一方面，节能减排压力日渐增大，世界各国都在出台环保、节能的扶持政策，其中大部分发达国家和部分发展中国家大量投入，支持节能、严控环保、发展新能源等，希望通过一系列措施，让我们赖以生存环境更美好。

　　环境中诸如空气、水、土壤的污染，导致极端天气增多等等。目前森林植被越来越受重视，人为砍伐破坏也大幅减少，但我国总体环境问题依然非常严峻，环境的污染无论在城市还是乡村，都随处可见，只是程度不一。在城市交通拥挤的道路上无数量汽车排出的浓浓黑烟，城市及周边各大中小燃煤锅炉排出的滚滚浓烟，小吃档门前的垃圾臭气熏天，东北、西北、华北农村取暖做饭排出的缕缕青烟。这些烟气、污染物、废气在空气中结合形成了特殊的污染物——雾霾，这也成为了我国近些年来日益严重，从北到南挥之不去的阴霾。

　　虽然近年来全国针对雾霾做了大量的工作，如控制工地扬尘、污染企业治理、煤改气、机动车限行和排放治理、天然气锅炉低氮改造等等，尤其是煤改气和天然气锅炉低氮改造成为了近两年来主要治理策略，从2016年京津冀地区开始初步实行低氮改造，在整个2017年，就完成了2.3万蒸吨，年减排NOx4800吨。取得了不错的成绩。

　　通过表中数据来看（详见表1-1）。2017年，全国主要城市平均优良天数比例为73.4%，较2013年提升7.4pct；PM2.5浓度为43μg/m3，比2013年降低22.7%；全国空气质量明显好转，PM10浓度为75μg/m3，比2013年降低44.2%。全国平均雾霾日数2017年比2013年减少19.4天。主要城市重度污染天数2017年28天，2013年58天，比2013年减少51.8%。

　　京津冀、、山西、陕西和河南成为雾霾治理的主战场，治理措施执行到位是空气质量改善必然结果。北京、天津、河北、山西、陕西、河南等城市秋冬季节空气质量明显好转。这样的好转与各项综合治理措施密不可分，如天然气锅炉低氮改造、北京乃至周边区域散乱污整治、散煤替代等减排措施。

　　虽然北方区域雾霾较2017年以前有所缓解，从总体来看有所下降，但依然形式严峻。在此严峻的环保形势下，2017年起天然气锅炉低氮改造政策由京津冀地区开始推广到全国各地。在此背景下，结合网络文章、国家政策、学术论文、科技论文、行业内人士咨询等，结合实际工作，通过文献研究、功能分析、调查分析、总结经验等，针对天然气锅炉低氮改造技术中分级燃烧、预混燃烧、烟气再循环等应用进行分析、优缺点对比以及适用条件等进行详细介绍。并针对这些技术具体落实到低氮改造的改造方式进行阐述，提出改造过程中存在的问题及未来发展趋势，希望为全国范围的天然气锅炉低氮改造提供点建议，为雾霾的治理做出贡献。

　　结合近两年来国家大力推行天然气低氮改造，本文针对NOx形成机理、低氮燃烧技术、低氮改造政策、改造方法和实践应用、优缺点对比等进行详细阐述，对我国天然气锅炉低氮改造过程中存在的问题进行罗列，并对低氮改造未来发展趋势进行展望。

　　雾霾是指在一定的气候条件下，由人们生产生活中产生的排放污染物，通过一系列物理和化学转化过程，形成的微颗粒子，并与水蒸气彼此协同导致的大气消光现象。它的粒径介于0.01～100μm。

　　其中把微粒径小于或者等于2.5μm的空气中微小颗粒物（气溶胶）的统称为PM2.5。它的形成极其复杂，其组成包含了很多有毒有害的物质如包括硝酸盐、硫酸盐、氨盐、碳黑、有机物、重金属等等。PM2.5直接排放量非常少，多是各种污染物在一定的气象条件下生成。

　　雾霾的形成绝大部分由人类的生产和生活产生的，自然界中自然排放的非常少。针对重度雾霾污染分析得出，雾霾污染物中包括NOx、二氧化硫、粉尘颗粒、硝酸盐、硫酸盐等等。有机挥发物（包括汽车尾气、锅炉过程中排放的污染物、烹饪过程中产生油烟型有机物、粉尘颗粒等）与二氧化硫和NOx在一定的气象条件下产生物理和化学反应，生成危害大的且具毒性的可吸入微颗粒污染物。

　　这些可吸入微颗粒物的形成与人类的生产和生活息息相关。对雾霾成分进行分析，发现燃煤污染、扬尘、机动车尾气、天然气锅炉NOx超标排放为最主要来源。

　　霾的湿度比较大，能够直接携带细菌和病毒，在空气中形成传染病传播。会引起传染病大规模传播。其中PM2.5俗称为可吸入颗粒物，可以进入人体肺内甚至血液循环系统中，引起呼吸系统、血液循环和脑血管病变。另外，可吸入颗粒物能够携带各种重金属和有机污染物，引发癌症，严重危害了人们的身体健康。

　　雾霾中的PM1~2.5和PM2.5~10大量漂浮在空中，导致能见度降低，甚至出现沙尘暴。阻碍航空、公路和铁路的交通顺畅通行，严重影响了人们的生产和生活。

　　同时，雾霾中PM2.5和PM10覆盖在大气层中，影响阳光辐射到地面，抑制了植物光合作用破环了空气成分比例，导致很多地方出现大气酸雨、光化学烟雾现象。让气候变得异常，出现极寒、极热、台风、洪水、干旱等自然灾害频发，导致全球气候变化，同时能够加重大气层热效应，破坏原有的气候。

　　雾霾主要由\t/item/%E9%9B%BE%E9%9C%BE/_blank可吸入微颗粒物、\t/item/%E9%9B%BE%E9%9C%BE/_blankNOx、\t/item/%E9%9B%BE%E9%9C%BE/_blank二氧化硫和其他排放污染物组成，它们在特定的气候条件下与雾气结合在一起而形成。从雾霾的组成来看，前三项是主要组成部分，采用有效的手段去减少这三种物质的形成是阻止雾霾形成的重要手段。

　　从雾霾治理角度，永远是防大于治理，所以如何阻止雾霾少形成和不形成是环境污染防治的重点。诸如煤改气、大型燃煤锅炉脱硫和除尘、提高油品质量、提高汽车尾气排放标准、绿色出行、天然气锅炉低氮改造等等措施，其中，NOx按照环保部门对运行中天然气锅炉检测发布的数据，在2017年以前大部分天然气锅炉NOx排放量在300mg/m3左右，NOx排放量小于400mg/m3的占94%，小于200mg/m3的只占35%。这一数据也表明天然气锅炉低氮改造又大幅的下降空间，降低NOx成为了我国雾霾严重区域的各级政府工作中迫切需要开展的环保措施，是雾霾治理的一把利剑。

　　按照NOx生成原理，天然气锅炉燃烧过程中所生产的NOx量与燃烧方式、燃烧温度、燃烧后烟气在炉膛停留时间和过剩空气系数等因素紧密相关。在NOx中，NO占有90-95%，二氧化氮占5-10%。燃料燃烧产生NOx的主要来源，占90%。

　　天然气的主要成分是烷烃，其中烷烃占绝大部分，另有少量的其他物质。它本身不产生NOx，只是在火焰温度很高时，空气中氮气和氧气高温条件下氧化反应生成了NOx，如果能够将炉膛控制在1400度以下，能够大幅度减少NOx生成，但是锅炉热效率也将有一定损失。通常情况下，1吨天然气燃烧产生6.35公斤NOx。

　　天然气燃烧产生的主要有热力型、燃料型和瞬时型三种类型，其中瞬时型和燃料型产生的NOx量非常少，不是主要方式，可以不予考虑。热力型是天然气锅炉产生NOx主要方式。

　　热力型指燃烧时，炉膛内空气中氮气和氧气在高温下氧化反应生成NOx。反应温度（达到1400℃以后）与反应量成正比。当燃烧大于1400℃时，T每增加100℃，反应速率增大6-7倍，当燃烧温度小于1400℃时，NOx的生成量很少。

　　燃料型NOx是燃料中氮化合物在燃烧过程中热分解，同时通过氧化而生成，因为天然气中NOx含量微乎其微，所以，在天然气锅炉低氮改造技术应用中燃料型NOx可以不考虑。

　　在燃烧过程中，空气中的氮和燃料中的碳氢离子团，在炉膛内快速反应生成的NOx；其反应在瞬间内发生，只需要60ms，时间非常短，所以称为瞬时型。它产生与炉膛压力有关，与炉膛压力的0.5次方成正比，不会随着炉膛温度的变化有太大变化。

　　热力型NOx的产生与温度是成正比例（温度达到1400度以上），一般炉膛越高，NOx的产生越多，炉膛温度越低越少。低氮技术一般是采用控制炉膛温度和过剩空气系数。控制炉膛温度主要采提高热交换效率和速度，降低燃烧温度。控制过剩空气系数主要是采用分级燃烧、贫燃预混等。

　　通过调整燃料燃烧环境和燃烧条件的办法达到减少NOx的生产量，称为低NOx燃烧技术。现有的天然气锅炉低氮改造技术主要围绕如何降低炉膛温度、控制过剩空气系数和加快燃烧区内热交换速度和效率而实现的，通过这些手段可以有效减少热力型NOx产生。按不同技术方式可为分级燃烧、预混燃烧、烟气再循环、多孔介质催化燃烧和无焰燃烧等。

　　在燃烧过程中未充分燃烧产物CnHm、C、CO、H2和烃根CHi与燃烧时产生的NO，发生NO的还原反应，从而减少NOx的排放量。具体反应方程式为：

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